PROPOSTA DE SUBSTITUIÇÃO DE LÂMPADAS FLUORESCENTES E MONITORES CRT S EM EDIFICAÇÕES DA FEELT COM VISTA À EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

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1 PROPOSTA DE SUBSTITUIÇÃO DE LÂMPADAS FLUORESCENTES E MONITORES CRT S EM EDIFICAÇÕES DA FEELT COM VISTA À EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Thiago Rezende Silva, Frances Nathalie Kubo, Mayara Malaquias e Ivan Nunes Santos Universidade Federal de Uberlândia CEP , Av. João Naves de Ávila, 2160, Bloco 3N, Uberlândia - MG de Contato: thiagorezende.ufu@gmail.com Resumo - O presente trabalho apresenta um estudo com vista à eficiência energética das instalações da Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia (FEELT-UFU), para tanto, foram escolhidos as cargas elétricas de iluminação e monitores de computador como objetos de investigação. No que diz respeito à iluminação, é proposto a substituição das lâmpadas fluorescentes com reator eletromagnético por equivalentes com reator eletrônico e, referente aos monitores, a substituição dos monitores CRT s (Tubo de Raios Catódicos) por equivalentes do tipo LCD (Display de Cristal Líquido). As propostas de substituição serão analisadas levando-se em consideração as economias de energia e os tempos de retorno financeiro atrelados com cada procedimento. Não obstante a tais considerações, vale ressaltar que todos os procedimentos estão em plena concordância com as orientações do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL). Palavras-Chave Eficiência Energética, Fluorescentes, Monitores CRT s, Eletromagnéticos, Eletrônicos e Telas LCD s. 1 PROPOSAL FOR REPLACEMENT OF FLUORESCENT LAMPS AND CRT MONITORS FROM FEELT BUILTING'S IN ORDER TO ENERGY EFFICIENCY Abstract - The work in question has as objective to realize a study in view to energy efficiency in the buildings of the Faculty of Electric Engineering of Federal University of Uberlandia (FEELT-UFU). This paper is focused on the analysis of electric lighting loads and monitors set this option. This work proposes a replacement of fluorescent lamps with electromagnetic reactor for equivalent with electronic reactor and encourages the replacement of CRT's (Cathode Ray Tube) for equivalent of type LCD (Liquid Crystal Display). In this sense, it will present a technical detail of such devices supplemented by a survey of these loads in buildings of FEELT. The proposed replacement will be considered taking energy savings and the payback time. Notwithstanding such considerations, it is noteworthy that all procedures used here are in agreement with the guidelines of the National Electricity Conservation (PROCEL). Keywords CRT Monitors, Electromagnetic Ballasts, Electronic Ballasts, Energy Efficiency, Fluorescent Lamps and LCD Screens. I. INTRODUÇÃO O uso consciente da energia elétrica tem se tornado um fator de grande relevância em nossa sociedade, seja pelas dificuldades atreladas à implantação de novas plantas de geração, seja pela conscientização da sociedade quanto à importância de preservação do meio ambiente. Inserido neste contexto surge a temática eficiência energética, a qual tem por objetivo a diminuição dos desperdícios de energia elétrica, promovendo, neste sentido, campanhas educacionais para o combate ao desperdício de energia, aliadas ao estabelecimento de medidas técnicas preventivas que buscam incentivar a substituição de aparelhos e máquinas elétricas obsoletas (de baixo rendimento) por equipamentos de alto rendimento. Os equipamentos assim caracterizados, alto rendimento, recebem um selo de qualidade conhecido por Selo PROCEL (Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica) [1]. Tal Selo tem, portanto, o objetivo orientar os consumidores no ato da compra, indicando os produtos que apresentam os melhores níveis de eficiência energética dentro de cada categoria. O presente artigo surge com vistas a temática apresentada, o qual se propõe a realizar, por meio de levantamentos de dados das edificações da Faculdade de Engenharia Elétrica (FEELT) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU), um estudo que propõe a substituição das lâmpadas fluorescentes de reatores eletromagnéticos por equivalentes de reatores eletrônicos, assim como, a substituição de monitores CRT s (tubo de raios catódicos) por monitores do tipo LCD (display de cristal líquido). Neste estudo é feito a caracterização das cargas destas edificações, relativo ao mês de novembro de 2009, determinando-se o tempo de retorno do investimento para substituição dos dispositivos, assim como o impacto deste procedimento no consumo de energia desta faculdade. Vale ressaltar, que apesar do levantamento das cargas não ser atual, o procedimento aqui empregado para análise é válido e aplicável à maioria das instalações em que a carga relativa à iluminação e informática seja relevante, instalações como:

2 escolas de informática, escolas em geral, faculdades, comércio, etc. Para tanto, este artigo encontra-se estruturado da seguinte forma: Considerações acerca dos tipos de lâmpadas fluorescentes e monitores de computador comercialmente encontrados; Levantamento de dados para a caracterização das cargas existentes nas edificações da FEELT; Definição de propostas, com respectivos estudos, para substituição das lâmpadas e dos monitores com vistas à eficiência energética. II. CARACTERIZAÇÃO DOS PRINCIPAIS TIPOS DE LÂMPADAS FLUORESCENTES Os principais tipos de lâmpadas fluorescentes comercialmente encontrados são: lâmpadas fluorescentes com reator eletromagnético, lâmpadas fluorescentes com reator eletrônico e lâmpadas fluorescentes compactas. Todavia, para o presente estudo estas últimas não serão consideradas, uma vez que as mesmas não são tecnicamente indicadas para tais instalações [2]. A. Fluorescentes com Reator Eletromagnético O reator eletromagnético, no contexto das lâmpadas fluorescentes, é um dispositivo auxiliar que serve para dar partida estabilizada à lâmpada fluorescente. Sem reator, a lâmpada ligada diretamente à rede irá exigir mais e mais corrente até se queimar; a corrente ideal para o funcionamento da lâmpada é limitada pelo reator [2]. Quando o reator não tem as características elétricas adequadas, ele poderá estabilizar a corrente acima ou abaixo da necessária, causando conseqüentemente queima prematura ou baixa emissão de luz, além do superaquecimento que aumenta o consumo, transformando a energia em calor e prejudicando a segurança da instalação. Na queima prematura da lâmpada, o reator estabiliza a corrente que flui dentro da mesma por meio dos eletrodos, que devem ser aquecidos à temperatura correta. Se o reator permitir muita corrente através dos eletrodos, isto vai aquecê-los em demasia, produzindo manchas escuras nas extremidades da lâmpada e reduzindo sua vida. Um reator eletromagnético é formado, basicamente, por uma bobina de fio de cobre enrolada num núcleo de material ferro-magnético. Para fazer acender a lâmpada fluorescente, este conjunto é ligado à rede elétrica. Neste momento, começa a circular uma corrente elétrica nesta bobina do reator e esta passagem de corrente elétrica pela bobina de fio de cobre gera uma perda de energia em forma de calor, motivo pelo qual o reator esquenta quando funciona. A temperatura máxima de funcionamento de um reator, segundo normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é de 90ºC. Quando um reator está operando acima dessa temperatura deve ser substituído, pois é um produto com algum defeito ou foi produzido a partir de um projeto inadequado ou com matérias primas de qualidade inferior, colocando em risco toda a instalação e a própria segurança do edifício e das pessoas que nele trabalham. Num reator de baixa qualidade, além dele próprio estar sujeito a curtos-circuitos, o aumento de temperatura dentro da luminária pode causar a fusão do material isolante dos fios da bobina de seu núcleo, causando curtos-circuitos que podem provocar incêndios, além de reduzir a vida das lâmpadas, provocando prejuízo na instalação. A importância de se utilizar um reator de qualidade é garantir partida segura e adequada à lâmpada, assegurando a vida útil de ambos, rendimento de luz adequado e a segurança da instalação. B. Fluorescentes com Reator Eletrônico Os reatores das lâmpadas fluorescentes podem ser eletromagnéticos ou eletrônicos, sendo que o princípio de funcionamento da lâmpada não muda em relação àquele anteriormente apresentado. O reator eletrônico é um dispositivo que usa de tecnologia de eletrônica de potência para controlar corrente no circuito da lâmpada fluorescente, o mesmo trabalha em uma freqüência bem superior à da rede, conforme será destacado a seguir. As lâmpadas fluorescentes com reator eletrônico, possuem diversas vantagens sobre aquelas com reator eletromagnético, tais como: baixo consumo de energia, conforto visual com a ausência de efeito flicker, baixo nível de ruído audível, dimensões reduzidas e leveza, levaram o reator eletrônico a ser o produto escolhido na maioria das especificações [2]. A vantagem adquirida pelo reator eletrônico sobre o reator eletromagnético advém da freqüência de operação em que o reator eletrônico trabalha. Enquanto o reator eletromagnético fornece a lâmpada a corrente e tensão especificada na mesma freqüência da rede de alimentação (60Hz), o reator eletrônico fornece uma corrente e tensão em freqüência superior a freqüência da rede (acima de Hz). Se por um lado, tal freqüência permite ao reator eletrônico não emitir ruído audível e aumentar a eficiência luminosa da lâmpada fluorescente, por outro lado o fato de trabalhar em alta freqüência coloca os reatores eletrônicos como fonte de possíveis interferências eletromagnéticas. Desta feita, as lâmpadas com reatores eletrônicos possuem menor aquecimento e conseqüentemente menor consumo de energia. A elevada freqüência diminui os ruídos e por se tratar de dispositivo com retificador na entrada, seu fator de potência é praticamente unitário. Sua operação é segura e com longa durabilidade. Possui pesos e volumes menores e, uma melhor imunidade às interferências eletromagnéticas. A redução do consumo de energia elétrica é da ordem de 25 % em relação à equivalente a reator eletromagnético [3]. III. CARACTERIZAÇÃO DOS PRINCIPAIS TIPOS DE MONITORES DE COMPUTADOR Os monitores são classificados de acordo com a tecnologia de amostragem de vídeo utilizada na formação da imagem. Os principais tipos de monitores comercialmente encontrados são: monitores CRT s, monitores LCD s e monitores de LED (diodo emissor de luz). Contudo, para o presente estudo, não serão considerados os monitores de LED, devido ao seu elevado custo. A. Monitores CRT s O monitor CRT é constituído de um tubo, onde um feixe de elétrons é projetado por um canhão sobre uma tela de

3 vidro recoberta por um composto contendo fósforo. Este material torna-se luminoso ao ser atingido pelos elétrons, permitindo que a luz seja vista do outro lado da tela. Ao longo do percurso dos elétrons têm-se vários eletroímãs, estrategicamente colocados, que controlam eletronicamente a trajetória dos feixes de elétrons para formar a imagem na tela. Portanto, o monitor CRT possui como fundamento os campos elétricos e magnéticos para formação e controle da imagem. A Figura 1 abaixo mostra um esquema simplificado do monitor CRT. Em verde tem-se representado o feixe de elétrons. Fig. 1. Esquema simplificado do monitor CRT. As principais vantagens dos monitores CRT s em relação aos demais, conforme [4], são: Menor valor financeiro devido ao próprio custo da tecnologia; Menor tempo de resposta, diminuindo possíveis problemas como fantasmas e embaçamento de imagem. O LCD, por exemplo, possui tempo de resposta que pode chegar até 20ms, enquanto o CRT tem tempo de resposta menor que 2ms; Apresenta, em geral, melhor reprodução de cores; Os monitores CRT suportam múltiplas resoluções. Por exemplo, se a resolução máxima de um monitor CRT é de 1024x768, ele poderá suportar qualquer outra resolução da mesma razão (4:3) sem sofrer qualquer distorção na imagem, uma vez que ele usa raios de elétrons para formar as imagens. Já os monitores LCD, por conter um número definido de pixels e que corresponde à sua resolução máxima, implica que qualquer outra resolução irá distorcer a imagem, já que mais de um pixel da tela será usado para representar um ponto da imagem. B. Monitores LCD s O monitor LCD baseia-se em uma tecnologia que produz imagens sobre uma superfície plana composta por cristal líquido e filtros coloridos. O cristal líquido é uma substância cujas moléculas podem ser alinhadas quando sujeitas a campos elétricos, algo parecido com o que acontece com fragmentos de metal quando se aproximam de um ímã [5]. No caso dos monitores, quando alinhado apropriadamente, o cristal líquido permite a passagem da luz, para que a imagem seja gerada. As principais vantagens do monitores com tecnologia LCD frente aos monitores CRT s são [6]: Menor consumo de energia. Atualmente um monitor LCD consome de 1/3 a 1/2 do que um CRT consome. Por isso, a tecnologia LCD é a melhor opção para os displays de dispositivos portáteis, tais como: mp3 players, notebooks, palms, etc.; Possui menor peso e menor tamanho que um monitor CRT, sendo este outro argumento para seu uso em dispositivos portáteis; O monitor LCD liga e desliga cada pixel individualmente, ou seja, eles não têm o efeito flicker como fazem os CRT s. Assim a imagem do LCD é muito mais nítida. Não possui a radiação que os monitores CRT s apresentam, provocada, nestes, pelo impacto dos feixes de elétrons com a tela de fósforo, conseqüentemente, os monitores LCD s proporcionam menores desconfortos visuais. Vale ressaltar, que nos últimos anos os monitores LCD s têm adquirido melhor desempenho. O tempo de resposta tem reduzido bastante enquanto que o brilho, razão de contraste, representação de cores e ângulo de visão ângulo medido a partir da perpendicular da tela - estão cada vez maiores. No entanto, os CRT s também têm recebido diversas melhorias, como a diminuição da radiação, melhora no contraste e nitidez da imagem, além da diminuição do tamanho (profundidade) do tubo. IV. LEVANTAMENTO DE DADOS REALIZADO NAS EDIFICAÇÕES DA FEELT A FEELT é composta basicamente de 5 prédios separados, a saber: blocos 1E, 1N, 3N, 1P e anexo Gilberto Arantes Carrijo. Além destes, há outras salas espalhadas no Campus Santa Mônica, contudo estas não serão objetos de nosso estudo. A Tabela I a seguir apresenta o levantamento de cargas de iluminação fluorescente nas edificações em questão, o mesmo foi realizado em meados de novembro de TABELA I Levantamento de Cargas de Iluminação Fluorescentes nas Edificações da FEELT Blocos Eletromagnéticos de 40W Eletrônicos de 32W anexo P N N E Totais É importante ressaltar, que uma lâmpada fluorescente de 40W usada para reator eletromagnético equivale à lâmpada

4 de 32W usada com reator eletrônicos, conforme já afirmado, tem-se uma redução de consumo em torno de 25%. Na Tabela II tem-se o levantamento de todos os monitores de computador encontrados na Faculdade de Engenharia Elétrica da UFU. TABELA II Levantamento dos Monitores de Computador Usados nas Edificações da FEELT Blocos Monitores CRT s Monitores LCD s anexo P N N E Totais V. ESTABELECIMENTO DE PROPOSTAS COM VISTAS À EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A seguir serão apresentadas três propostas que objetivam um uso consciente da energia elétrica nas edificações da FEELT. Complementarmente, serão tecidos comentários acerca das mesmas, e discussões sobre o tempo de retorno dos investimentos. Os procedimentos, aqui aplicados, têm por base as referências [7,8]. A. Proposta I: Substituição das Fluorescentes com Reator Eletromagnético por Equivalentes com Reator Eletrônico Na Tabela III é apresentada uma proposta de substituição das lâmpadas fluorescentes com reatores eletromagnéticos por equivalentes com reator eletrônico, passando, conforme já dito, cada lâmpada de 40W para sua equivalente de 32W. TABELA III Proposta de Substituição das Fluorescentes Eletromagnéticos de 40W Eletrônicos de 32W Nov/ Proposta Considerando-se um uso médio diário de 8 horas de cada lâmpada fluorescente das edificações da FEELT durante 22 dias por mês e, ainda, um preço de quilowatt-hora (kwh) de R$0,59, pode-se construir uma tabela comparativa que evidencie a redução do consumo devido à Proposta I em questão. Esta se encontra sintetiza na Tabela IV. Observação: não serão consideradas as variações de preço do horário de ponta, nem mesmo impostos e taxas incididos sobre o kwh. TABELA IV Estudo de Redução do Consumo Proposta I Ativa Total Nov/ , ,95 Proposta , ,41 A substituição de cada par de lâmpadas fluorescentes por sua equivalente com reator eletrônico tem, na atualidade (junho/2010), um custo médio de R$24,50. Portanto, a substituição de todas as lâmpadas fluorescente com reator eletromagnético presentes nas edificações da FEELT terá um custo em torno de R$5316,50. Levando-se em conta que a redução de consumo, de tal proposta, proporciona uma economia mensal de R$360,54, pode-se afirmar que o investimento atrelado à Proposta I terá retorno financeiro em 14,5 meses. B. Proposta II: Substituição dos Monitores de Computadores CRT s por Equivalentes LCD s A maioria dos monitores encontrados, tanto CRT quanto LCD, foi da marca LG e Samsung. A Tabela V apresenta as potências tipicamente verificadas para tais dispositivos, assim como o respectivo preço médio atualmente (junho/2010) de pago. TABELA V s e Preços Tipicamente Encontrados para Monitores Tela Monitores CRT s Monitores LCD s Preço Preço 15 65W R$150 20W R$ W R$180 27W R$ W R$250 34W R$ W R$520 A proposta de substituição dos monitores CRT s por equivalentes LCD s pode ser visualizada na Tabela VI. TABELA VI Proposta de Substituição dos Monitores Monitores CRT s Monitores Monitores LCD s Monitores Nov/ Proposta Da mesma forma, considerar-se-á um uso médio diário dos monitores de 8 horas durante 22 dias por mês, sendo o preço de quilowatt-hora o mesmo anteriormente destacado. A Tabela VII evidencia a redução do consumo devido à Proposta II.

5 TABELA VII Estudo de Redução do Consumo Proposta II Ativa Total Nov/ , ,29 Proposta ,77 687,21 A substituição de todos os monitores CRT s por seu equivalente LCD gera um custo total de em torno de R$60301,00. Sabendo-se que a redução de consumo proporciona uma economia mensal de R$843,08, pode-se afirmar que o investimento relacionado com a Proposta II terá retorno financeiro em 71,5 meses (aproximadamente 6 anos). Não obstante a tais considerações, é importante destacar que os preços dos monitores LCD s estão caindo e a compra de um elevado número destes poderá também reduzir o custo total, diminuindo, conseqüentemente, o tempo de retorno do investimento, além do fato dos monitores CRT s substituído poderem ser leiloados, o que também diminuiria significativamente este tempo de retorno de investimento. C. Proposta III: Substituição das e dos Monitores de Computadores Atuais por Equivalentes O estudo de redução de consumo proveniente da combinação de substituição de lâmpadas e monitores está sintetizado na Tabela VIII. Esta proposta é representa a associação das Propostas I e II anteriormente apresentadas. TABELA VIII Estudo de Redução do Consumo Proposta III Ativa Total Nov/ , ,24 Proposta , ,98 Tem-se que a substituição dos equipamentos terá um custo total de R$65617,50 (somatória dos custos das Propostas I e II). Sabendo-se que a redução de consumo proporciona uma economia mensal de R$1210,26 (redução de cerca de 30% do consumo atrelado a estas cargas em questão), pode-se afirmar que o investimento relacionado com a Proposta III será pago em 54 meses (4 anos e meio). VI. CONCLUSÕES O presente artigo teceu considerações sobre os principais tipos de lâmpadas fluorescentes e monitores de computador comercialmente encontrados, seguido de um levantamento de dados para a caracterização das cargas existentes nas edificações da FEELT, a partir do qual, definiram-se propostas, com respectivos estudos, para substituição das lâmpadas e dos monitores com vistas à eficiência energética. As três propostas elencadas evidenciaram uma substancial redução do consumo mensal de energia, porém, quando da avaliação do tempo de retorno financeiro dos investimentos, a proposta de substituir apenas os monitores CRT s por LCD s apresentou um tempo de retorno relativamente elevado, contudo, é sabido que o custo dos monitores LCD s está reduzindo e que a compra de um elevado número destes poderá também diminuir o montante do investimento, o que, conseqüentemente, contribuirá para a diminuição do tempo de retorno do investimento. Todavia, é importante ressaltar, que a temática da eficiência energética não pode se restringir apenas à questões de cunho financeiro, trata-se de uma mudança de paradigma, no qual o meio ambiente se apresenta como fator preponderante. Neste sentido, a diminuição do consumo energético evita a necessidade da construção de novas usinas hidrelétricas ou termoelétricas, contribuindo-se assim com a diminuição das agressões ao meio ambiente e, conseqüentemente, evitando-se o aumento do aquecimento global. Portanto, o presente trabalho gerou propostas, em concordância com as orientações do PROCEL, para as instalações da FEELT, evidenciando seus pontos positivos e negativos, tendo sempre em vista a temática da eficiência energética. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Programa Nacional de Conservação da Energia Elétrica (2010) Selo PROCEL. Acedido em 03 de Maio de 2010, em: [2] M. L. SILVA, Luz, e Iluminação, Ciência Moderna, 3ª Edição, Porto Alegre, [3] E. I. PEREIRA, Dissertação: Reator Eletrônico com Estágio de Correção do Fator de Integrado com o Inversor Ressonante, UFSC, Florianópolis, [4] F. G. OLIVEIRA, M. R. ALBERTIN, Estudo de Caso Eficiência Energética no Prédio da ETUFOR, XXVII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, Foz do Iguaçu, [5] ESCOM Escola de Comunicações (2010). Acedido em 03 de Junho de 2010, em: d_plasma.pdf. [6] E. BAPTISTA (2008). Monitores: CRT, LCD e Plasma. Acedido em 01 de Junho de 2010, em: [7] J. MAMEDE FILHO, Instalações Elétricas Industriais, LTC, 7ª Edição, Rio de Janeiro, [8] G. J. C. COSTA, Iluminação Econômica: Cálculo e Avaliação, Edipucrs, 3ª Edição, Porto Alegre, 2005.