QUALIDADES E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ILUMINAÇÃO VIÁRIA URBANA

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1 QUALIDADES E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ILUMINAÇÃO VIÁRIA URBANA Elvo Calixto Burini Junior 5 de Junho de 2014 (quinta-feira) horário das 12h00 às 12h20min. 1

2 IEE-USP (antigo Instituto de Eletrotécnica e Energia) < Divisão Científica de Planejamento, Análise e Desenvolvimento Energético Serviço técnico: Sistemas de Iluminação Condicionamento Ambiental e Desempenho Energético de Edificações 2

3 SUMÁRIO (comentado) 3.1- Introdução Considerar e utilizar ferramental mínimo visando quantificar a saída de luz de equipamentos e do pavimento para avaliação de iluminação viária (IP): o caso de sistemas na CUASO. Um Cenário: Minimização de dispêndios com IP e maximização de benefícios aos usuários Histórico O trabalho acadêmico de Sergio Barone (ILUME/PMSP), é referência local, ora citado como documento representativo, ele trouxe para a discussão o tema Eficiência Energética em Sistemas de Iluminação Pública, em 2002, a partir do título [1]. 3

4 SUMÁRIO 3.2- Histórico Entre outros estudos, um foco está em: como a iluminação pública afeta a segurança do tráfego em interseções rodoviárias [2] Alguns temas e conceitos (base) - Acidentes no transito viário; - Dados sobre consumo de energia elétrica: Iluminação Pública (IP) - Eficiência energética; - Temperatura de cor correlata (T cp ); - Fator de ação circadiano (a cv ); - Luminância (L); - Aclaramento / iluminamento / Iluminância (E, no plano da via / horizontal); - Coeficiente de luminância (q); e 3.4- A parte Experimental na CUASO Resultados de amostragens (2 EXPERIMENTOS) Consumo cativo e parâmetros 3.5- Conclusões 4

5 Acidentes no/a BR 5

6 Fonte: [3]. 6

7 Fonte: [3]. 7

8 8

9 Dados (e cálculos) sobre consumo de energia elétrica: Iluminação Pública (IP) 9

10 A PARTIR DE RECEITA DECLARADA, ANO 1998, FOI ESTIMADO CONSUMO DE ELETRICIDADE EM IP, NO ESP, EM CERCA DE 260 GWh (59 MW), (Fontes: RAMALHO, E. L. et al., 2003; R$ 65,31/MWh). PARA O ANO 2012, EXISTE REGISTRO SOBRE CONSUMO PELA IP, NO ESP, DE 3,1 TWh (701MW) (Fonte: Secretaria Energia ESP, 2013). ISSO ESTÁ CORRETO? EM 14 ANOS, O INCREMENTO (x 11,9) OCORREU...??? 10

11 3.20% CONSUMO CATIVO RELATIVO DE ELETRICIDADE - SETOR ILUMINAÇÃO PÚBLICA: PAULISTA E BRASILEIRO [ref.: (12,916/448)TWh, ano 2012] 3.00% 2.80% 2.60% 2.40% 2.20% Consumo Relativo de Eletricidade pela Iluminação Pública Brasil Estado de SP Consumo relativo (BR): < 2,9 % Consumo relativo: 2,3 % 2.00% Ano Fonte: Anuário Estatístico de Energia Elétrica, Empresa de Pesquisa Energética - EPE,

12 BUSCANDO RELACIONAR: PONTOS DE LUZ E POPULAÇÃO MUNICIPAL 12

13 RELAÇÃO DE PONTOS DE LUZ POR HABITANTE Na Galícia, Espanha, existe informação sobre valor de: - 0,3 pto. de luz/hab. (e a população ser bastante dispersa); Fonte: PARAJÓ, Bernardo,

14 Eficiência Energética 14

15 Eficiência Energética Os projetos de iluminação pública devem ser desenvolvidos considerando os níveis de iluminância adequados e definidos nesta norma, evitando sistemas superdimensionados com elevado consumo de energia e ambientalmente incorretos. Fonte: ND 3.4 CEMIG, 2012 [5]. 15

16 Temperatura de Cor Correlata (T CP ) TCC 16

17 Iluminância média no plano da via (geralmente não horizontal!) A iluminância (luz branca) está menor 0,83 (25/30) lx; também a potência/ponto 0,48 (120/250) W. Fonte: Das duas figuras e valores, em lux [6]. 17

18 Fator de ação circadiano (a cv ) 18

19 Curva espectral (na cor azul) de ação biológica (baseada na supressão de melatonina). Fonte: Brainard, G. C. Curva padrão atribuída a sensibilidade espectral do olho humano, V λ para o sistema com (receptor tipo) Cone (vermelha). Fonte: [7]. 19

20 A relação ou quociente entre o efeito circadiano e o efeito fotométrico possível a partir de uma fonte luminosa é expresso pelo fator de ação circadiano, ver abaixo a equação: (1) Segundo GALL, D. et al, 2004 [8], para realizar uma primeira aproximação, o fator de ação circadiano (a CV ) pode ser calculado utilizando-se duas coordenadas de cromaticidade, pelo quociente (z/y) ou a CV [(1-x-y)/y] (2) : 20

21 fator de ação circadiano (a cv ) QUALIDADES E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ILUMINAÇÃO VIÁRIA URBANA, Jun Relação entre o fator de ação circadiano (a cv ) com a temperatura de cor correlata (CCT) para duas fontes consideradas (fase da luz do dia e corpo negro). Fonte: [9]. 21

22 Duas apresentações para o fator de ação circadiano: como áreas delimitadas numa cena capturada (à esquerda, A) e plotados no diagrama de coordenadas de cromaticidade CIE 1931 (à direita, B). Fonte: [9]. 22

23 Luminância (L) 23

24 CUASO Sumário Av. Prof. Almeida Prado, sentido HU 24

25 CUASO Av. Prof. Luciano Gualberto 25

26 Iluminância (E) Fonte: ftp://ftp.sp.gov.br/ftpder/normas/ip-de-e00-001_a.pdf. 26

27 ILUMINÂNCIA, QUAL VALOR DEVE SER UTILIZADO COMO REFERÊNCIA? Faixas (3) que estão consideradas em estudo [2] ( ILUMINAÇÃO VIÁRIA AFETA A SEGURANÇA DO TRÁFEGO EM INTERSSEÇÕES ) realizado por BULLOUGH, J. D. et al, 2013: - entre 3 lux e 6 lux; - entre 8 lux e 11 lux; e - entre 13 lux e 15 lux...? 27

28 Fonte: [5]. 28

29 Coeficiente de luminância (q) q = (L / E) 29

30 Quantidade média de fluxo luminoso (lumens) necessário para obter a luminância sobre o pavimento (três tipos difusores) Fonte: [10]. 30

31 A PARTE EXPERIMENTAL na CUASO 31

32 Equipamentos para a iluminação na CUASO 32

33 Metodologia de amostragem Experimento (I) Levantamento em campo, padrão CUASO (poste curvo, em concreto), separados em 35 m, luminárias VSAP padrão PETERCO; planilha conforme especificação da empresa Bandeirantes (9 linhas longitudinais e 15 colunas, transversais à via), total de 135 (+ 2) pontos. 33

34 QUADRA NO IEE-USP E med = (8,2 ± 0,8) lux Fonte: [11]. 34

35 Experimento (II) sobre a iluminação da CUASO, realizado em 07/Nov./

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42 710 ESTIMATIVA A PARTIR DO CONSUMO CATIVO DE ELETRICIDADE (ref.: 3,072 TWh, ano 2012) - SETOR ILUMINAÇÃO PÚBLICA PAULISTA Estimativa para a Carga Elétrica da Iluminação Pública (MW) y = x R² = Taxa estimada: 11,7 MW/ano Ano Fonte: EPE,

43 ANO 2010, SETOR ILUMINAÇÃO PÚBLICA: 36 CIDADES DO ESP (Amostra: 5,6 %) Consumo de Eletricidade Municipal em IP, Estimado para o ano 2010, supondo: 365 diasx12horas (MW) Campinas Estado de SP (0,344; 670 MW); 15 cidades (0,347; 252 MW); São Paulo, Capital (0,356; 131MW). Praia Grande, Litoral Relação entre Número de Consumidores Residenciais / Total de Habitantes do Município (Censo ano 2010) Ilha Comprida, Litoral 43

44 SETOR ILUMINAÇÃO PÚBLICA: 5 CIDADE DE SP E TOTAL ESP 8.00% 48 mil (2010) mil mil 86 mil 113 mil 276 mil hab. (população 2010) 7.00% 6.00% 5.00% 4.00% 3.00% 2.00% Consumo de eletricidade, relativo ao total 1.00% 0.00% Ano Fonte: Anuário Estatístico de Energéticos por Município no Estado de São Paulo 2007 a 2012, SECRETARIA DE ENERGIA - São Paulo. 44

45 TARIFAS IP (CONSUMIDOR RESIDENCIAL/outros) ELETROPAULO R$ 3,50 (2005); R$ 3,50/R$ 11 (2008); e R$ 4,72 (2014). QUAL CRITÉRIO???? ATUALMENTE JÁ EXISTE MUNICÍPIO TARIFANDO O CONSUMIDOR, PARA CUSTEIO DA IP, A PARTIR DO CONSUMO ( Pela lei, o valor cobrado não pode ultrapassar 15 % do valor de consumo de energia elétrica, limitado ao máximo em R$ 50,00 para residências e a R$ 100,00 para comércios e indústrias ). ESSA BARREIRA AO USO RACIONAL REQUER COIBIÇÃO. A estimativa da conta do ILUME/PMSP, em 16 milhões/mês, têm partições de: 50 % para energia; 28 % manutenção; 10 % ampliação; 8 % Reluz amortização); 4 % outros. E O CUSTO MÉDIO PARA PROVER UM PONTO R$ 589,30 (Fonte: MARCATO, M. A., 2008). 250 W AES:[(R$ 4,72/lig.mês) x 12 meses] = R$ 56,64 ou [ϵ 19/ano]???? R$ 4,72/lig.mês x lig. = R$ ,20/mês... 45

46 ILUMINÂNCIA, QUAL VALOR DEVE SER UTILIZADO COMO REFERÊNCIA? CONCLUSÃO GERAL (BULLOUGH, J. D. et al, 2013) [2]: A PRESENÇA DE ILUMINAÇÃO NOS CRUZAMENTOS, EM RELAÇÃO A FALTA DESTA FOI ASSOCIADA COM REDUÇÃO DE APROXIMADA 12 % NA RELAÇÃO OU TAXA DE ACIDENTES, PERÍODO NOTURNO DIURNO (e não 30 %). QUANTO CUSTA PARA O PODER PÚBLICO UM ACIDENTE? 46

47 E VSAP = (43 ± 12) lux QUALIDADES E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ILUMINAÇÃO VIÁRIA URBANA, Jun E pru3 = 25 lux E MVM = (13 ± 1) lux E pru2 = 61 lux E LEDi = (58 ± 12) lux E pru1 = 28 lux Situação (faixas) por equipamentos para a iluminação na CUASO 47

48 L VSAP = (1,3 ± 0,2) cd.m -2 QUALIDADES E A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ILUMINAÇÃO VIÁRIA URBANA, Jun L MVM = (0,57 ± 0,05) cd.m -2 L LEDi = (2,8 ± 0,5) cd.m -2 Situação (asfalto) por equipamentos para a iluminação na CUASO 48

49 q VSAP = (34 ± 6) mcd.lm -1 q MVM = (45 ± 5) mcd.lm -1 q LEDi = (50 ± 6) mcd.lm -1 Coeficiente de luminância (q asfalto ) para sistema iluminação CUASO 49

50 Fonte: [9] BURINI JUNIOR, E. C. RADIOMETRIA,COLORIMETRIA, FATORES e RESPOSTAS, Versão revisada do artigo publicado, on line, pela Revista Lumière Electric, edição n. 192, p.88-96, 07/Maio/

51 Argentina Brasil Chile Colômbia Equador Espanha EUA 70 resumos. 51

52 CONCLUSÃO: Iluminância E med = (8,2 ± 0,8) lux E VSAP = (43 ± 12) lux E MVM = (13 ± 1) lux E LEDi = (58 ± 12) lux 52

53 CONCLUSÃO: Iluminância E pru2 = 61 lux 53

54 Parâmetro L, E (Iluminância média, transversal a via) e q L VSAP = (1,3 ± 0,2) cd.m -2 E VSAP = (43 ± 12) lux q VSAP = (34 ± 6) mcd.lm - 1 L LEDi = (2,8 ± 0,5) cd.m -2 E LEDi = (58 ± 12) lux q LEDi = (50 ± 6) mcd.lm - 1 Valores médios: instalações na CUASO, amostragem realizada em 07/Nov./2013 para VSAP e LEDi. Fonte: [6]. 54

55 RELAÇÃO DE PONTOS DE LUZ POR HABITANTE Na Galícia, Espanha, existe informação sobre valor de: -0,3 pto. de luz/hab. (e a população ser bastante dispersa); Fonte: PARAJÓ, Bernardo, Para o Estado de SP, ano 2010, foi calculado: 0,34 pto. resid./hab.; Para a cidade de SP, ano 2010, 0,36 pto. resid./hab.; Distorções foram observadas: Ilha Comprida, 1,11 pto resid./hab. e Praia Grande; Outras cidades no ESP apresentam valores elevados, como faixas centradas em: 0,85 (2 eventos); 0,65 (4 eventos); estando a moda principal (a maior parte dos eventos) alinhada com taxa determinada para o ESP e a Capital. Amostra utilizada: 36 cidades (das 645) ou 5,6%

56 A PARTIR DE DADOS SOBRE CONSUMO ANUAL SETORIAL DE ELETRICIDADE, NO ESTADO DE SÃO PAULO, (2010 a 2012) ESTIMA-SE FAIXA PARA A TAXA DE INCREMENTO DA ILUMINAÇÃO PÚBLICA: (14 ± 2) MW/ano 56

57 CONSUMO, CUSTOS DE PONTOS DE LUZ: CÁLCULO E COMPARATIVO Na Galícia, Espanha, existe informação sobre: - consumo por hab. de 195 kw/ano; e -custo por hab. de 30 (Euro/ano) ou R$ 7,50/hab.mês. NOTAS: A ELEKTRO COBROU DE CONSUMIDOR, SETOR RESIDENCIAL (em 18/Abr./2014), A QUANTIA DE R$ 22,45/ligação.mês PARA CUSTEAR A ILUMINAÇÃO PÚBLICA (ref.: R$ 0,4225/kWh) ou [(49,78 kwh/360h) = 138 W] a título de CONTR SERV ILUM PUBLICA (0,138 kw x 365 dias x 12 h) = 604,44 kwh/lig.ano; uma relação (x 3); [ϵ 90]? 250 W AES:[(R$ 4,72/lig.mês) x 12 meses] = R$ 56,64 ou [ϵ19]???? 57

58 Bibliografia (Base) [1] LOPES, Sergio Barone Eficiência Energética em Sistemas de Iluminação Pública. Dissertação de Mestrado, PIPGE (versão pdf, 218p.), Programa de Pós-Graduação em Energia (Instituto de Eletrotécnica e Energia): Universidade de São Paulo, São Paulo, [2] BULLOUGH, J. D. et al To illuminate or not to illuminate: Roadway lighting as it affects traffic safety at intersections. Accident Analysis & Prevention, v.53, p65-77, [3] BURINI JUNIOR, E C ILUMINAÇÃO E ACIDENTE BRASILEIRO. VIII Congreso PanAmericano de Iluminación - LUX AMÉRICA 2006, Montevidéu, Uruguai, 11 a 13/Out., [4] CONTRAN, Brasil. Disponível em: < >. Acesso em: [5] Distribuição Projetos de Iluminação Pública, ND 3.4, Companhia Energética de Minas Gerais CEMIG, Diretoria de Distribuição e Comercialização, [6] ROIZENBLATT, I SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA: EQUIPAMENTOS, EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E QUALIDADE. Material de apoio, A Gestão da Iluminação Pública e os Municípios, p.35, 16/Abr., [7] Van Bommel, Wout JM. Non-visual biological effects to light and the importance for the lighting practice. VIII Congreso PanAmericano de Iluminación - LUX AMÉRICA 2006, Montevidéu, Uruguai, 11 a 13/Out., [8] GALL, D., Bieske, K. (2004). Definition and measurement of circadian radiometric quantities. fig.6, CIE Symposium '04: Light and Health: non-visual effects, University of Performing Arts, Vienna, CIE. [9BURINI JUNIOR, E. C. RADIOMETRIA,COLORIMETRIA, FATORES e RESPOSTAS, Versão revisada do artigo publicado, on line, pela Revista Lumière Electric, edição n. 192, p.88-96, 07/Maio/2014. [10] Catarina Branco Leite da Silva Estudo da Eficiência Luminosa e Energética do Sistema de Iluminação Pública da Cidade do Porto, Dissertação, Porto, Portugal, [11] BURINI JUNIOR, E. C. COLÓQUIO ENERGIA, EFICIÊNCIA E SUSTENTABILIDADE: APARELHOS PÚBLICOS E EDIFICAÇÕES NA CUASO (Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira), Universidade de São Paulo, USP; Instituto de Eletrotécnica e Energia, IEE, Agosto,

59 CONTATO, Endereço: Universidade de São Paulo, Instituto de Energia e Ambiente, Av. Prof. Luciano Gualberto, n. 1289, CEP Cidade Universitária São Paulo SP Tel.: , Fax: (11) elvo@iee.usp.br Agradecimentos Questões? 59