Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Ambiental Trabalho de Conclusão de Curso

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1 Pró-Reitoria de Graduação Curso de Engenharia Ambiental Trabalho de Conclusão de Curso EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM O USO DE DIODO EMISSOR DE LUZ LED, NA ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL Autor: Jeane Marques Pinheiro Orientador: Gustavo Antonio Carneiro Brasília - DF 2012

2 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM O USO DE DIODO EMISSOR DE LUZ LED, NA ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL Jeane Marques Pinheiro jeanemarques@hotmail.com.br Gustavo Antonio Carneiro (Professor Orientador) gcarneiro@ucb.br Curso de Graduação em Engenharia Ambiental Universidade Católica de Brasília RESUMO Nas últimas décadas, tem sido crescente o consumo doméstico de energia elétrica, sendo que a grande maioria dos sistemas de iluminação residencial tem se mostrado ineficiente do ponto de vista energético. A presente pesquisa objetivou analisar a eficiência energética em um estudo de caso de uma residência unifamiliar com o uso de Diodo Emissor de Luz - LED. Foram consideradas duas situações distintas: a primeira referente à situação real de consumo da residência, estipulada como situação otimizada, baseada nas informações fornecidas pelos moradores referentes aos seus hábitos de baixo consumo com a utilização de lâmpadas LED; a segunda situação, denominada convencional, simulou o consumo na mesma residência com o uso de Lâmpadas Fluorescentes Compactas - LFCs em todos os pontos de iluminação da residência e com menor incidência de iluminação natural. A análise dos resultados mostrou que o uso de lâmpadas LED proporciona uma economia monetária relativa, por se tratar de uma tecnologia nova que ainda apresenta um alto custo de investimento, mas que tem grande vida útil. Em relação à economia energética, o uso de lâmpadas LED representou uma redução de 7,28% no consumo total de energia, praticamente metade da parcela média de consumo em iluminação das atuais residências brasileiras, que gastam 14% do consumo mensal apenas com essa finalidade. Em larga escala, isto representaria uma economia considerável de energia para o país, que necessita urgentemente de esforços para ampliar sua capacidade de distribuição. Palavras-chave: Energia elétrica. Iluminação residencial. Eficiência energética. Diodo emissor de luz - LED. Artigo apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Católica de Brasília, como requisito para obtenção ao título de Bacharel em Engenharia Ambiental. O artigo foi aprovado por: Gustavo Antonio Carneiro Orientador e Robson Donizeth Gonçalves da Costa Examinador. Brasília, 28 de novembro de 2012.

3 3 ABSTRACT In recent decades the growth in electricity consumption has shown that residential lighting systems are still inefficient in terms of energy. This study aimed to analyze the energy efficiency in a case study of a single-family residence with the use of Light Emitting Diode - LED. We considered two different situations: the first pertaining to the actual consumption of the residence, stipulated as the optimized situation, based on information provided by the residents regarding their consumption habits; the second, stipulated as the conventional situation, assessed the situation after consumption estimates with the use of Compact Fluorescent Lamps (CFLs) in all of the light sockets of the residence. The results showed that the use of LED lamps provides relative monetary savings in a residence, because it is a new technology that has a high investment cost, but lasts longer. In terms of energy savings, LED bulbs represented a 7.28% reduction on overall energy consumption, nearly half of what is considered the current standard for Brazilian households, that spend 14% of their monthly consumption only on lighting. In a large scale this would represent considerable savings of energy for the country, which urgently requires efforts to increase its distribution capacity. Keywords: Electricity. Residential lighting. Energy efficiency. Light emitting diode - LED.

4 4 1. INTRODUÇÄO A sociedade contemporânea é cada vez mais dependente do consumo de energia elétrica. O uso residencial tem sido uma parcela impactante no aumento desse consumo, obrigando a sociedade a considerar o uso de energia elétrica de forma racional. Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, (2008, p. 39) O consumo de energia é um dos principais indicadores do desenvolvimento econômico e do nível de qualidade de vida de qualquer sociedade. Ele reflete tanto o ritmo de atividade dos setores industrial, comercial e de serviços, quanto a capacidade da população para adquirir bens e serviços tecnologicamente mais avançados, como automóveis [...], eletrodomésticos e eletroeletrônicos [...]. Os sistemas de iluminação residencial, em sua maior parte, são ainda ineficientes do ponto de vista energético. Mesmo com o recente incremento de novas tecnologias, há muito a investir. 1.1 Objetivo Geral Diante dos fatos, o presente trabalho analisou uma alternativa para a economia no consumo residencial de energia elétrica, que seja benéfica tanto para o consumidor final quanto para o país, que precisa de esforços para ampliar sua capacidade de oferta e distribuição. Assim, verificou-se a viabilidade no uso de novas tecnologias em iluminação residencial. 1.2 Objetivos específicos A presente pesquisa objetivou analisar a eficiência energética com o uso de Diodo Emissor de Luz LED, em um estudo de caso de uma residência unifamiliar. Como objetivos específicos, buscou-se comparar o nível de consumo de energia e os custos associados entre um projeto otimizado de iluminação e um projeto convencional, ambos aplicados ao estudo de caso. 1.3 Contextualização De acordo com Goldemberg e Lucon (2007), os padrões atuais de produção e consumo de energia no mundo são predominantemente baseados em fontes fósseis, o que gera emissões

5 5 de poluentes locais, gases de efeito estufa e põe em risco o suprimento de longo prazo no planeta. É preciso mudar esses padrões, estimulando as energias renováveis. Nesse sentido, o Brasil apresenta uma condição bastante favorável em relação ao resto do mundo. Observamos que o Brasil apresenta uma matriz de geração elétrica de origem principalmente renovável. A geração interna hidráulica, de acordo com o Balanço Nacional Energético BEN 2012, responde por 81,9% da oferta da eletricidade brasileira e, quando somado às demais fontes renováveis, este percentual chega a 89% (EPE, 2012). Figura 1. Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte 2011 Fonte: Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2012). Porém, o percentual de energia renovável na oferta interna brasileira que tem sua matriz hidráulica como fonte dominante, decorrente de sua riqueza em recursos hídricos veio diminuindo até Conforme o planejamento do governo, diferentemente da maioria dos países do mundo, o País não deverá ter uma melhora no percentual renovável de sua matriz até o ano (TOLMASQUIM, GUERREIRO e GORINI, 2007). Além disso, o consumo de energia elétrica tem crescido mais que a oferta interna de energia. O consumo final de energia elétrica no país cresceu 3,6% entre os anos de 2010 e A oferta, por sua vez, cresceu apenas 3,3% para o mesmo período (EPE, 2012). Esse expressivo crescimento do consumo de energia elétrica pode ser justificado conforme constata o Relatório Brasil para a Classe Residencial, Eletrobrás (2007, p. 9): Tal fato é uma tendência mundial e, no que tange à classe residencial, pode ser explicado por um conjunto de fatores, tais como: a velocidade da transformação da antiga sociedade industrial para a de informação, e desta, para a sociedade de comunicação, possibilitando que muitos trabalhos, de cunho intelectual, possam ser executados, por meios computacionais, em domicílios; o aumento do nível de desemprego e, por consequência, da economia informal, transformando as residências em microempresas; a busca pelo conforto e lazer proporcionada pela grande disponibilidade e facilidade de aquisição de eletrodomésticos e equipamentos eletroeletrônicos, aumentando a carga instalada e, por isso, incentivando uma maior

6 6 utilização da energia elétrica; o aumento do tempo de permanência das pessoas em seus domicílios, em função da falta de segurança, notadamente em centros urbanos de médio e grande porte; a demanda reprimida, em face das desigualdades sociais, que se espera sejam reduzidas ao longo do tempo; a incorporação de novos consumidores, em função da universalização dos serviços de energia elétrica, entre outros. O consumo setorial de eletricidade aponta que as residências são responsáveis por 26% do consumo nacional, contra 43% da indústria, 17% do comércio e 14% de outros usos (EPE, 2012). Somente o setor residencial apresentou crescimento de consumo de 35% entre os anos de 2000 a 2011 (EPE, 2012), de acordo com o Balanço Energético Nacional BEN/2012, devido ao aumento da renda da população e facilidades de crédito. Para agravar, informações da Agência Internacional de Energia AIE, (2006), citada por Bastos (2011), afirmam que o setor residencial tem baixa eficiência energética. Isso pode ser atribuído a uma série de fatores, que dependem de variáveis em cada país, mas em geral à alta quantidade de lâmpadas incandescentes, como sendo uma tecnologia menos eficiente. Diante de tanta demanda por energia, a busca pela sustentabilidade do setor é imprescindível. O termo sustentabilidade foi primeiramente apresentado pela Comissão Brundtland (WCED, 1987), que postulou que o desenvolvimento sustentável deve satisfazer às necessidades da geração presente sem comprometer as necessidades das gerações futuras. Conforme John et al. (2010), existem muitas definições para o desenvolvimento sustentável. Em comum, todas elas apontam para o fato de que o desenvolvimento promovido nos últimos 250 anos pela humanidade, que permitiu enormes ganhos em termos de qualidade e expectativa de vida para os seres humanos, vem alterando significativamente o equilíbrio do planeta e ameaça a sobrevivência das espécies. Discute-se, então, a própria sobrevivência das pessoas. E ela depende de profundas alterações em seus hábitos de consumo, nas formas de produzir e fazer negócios. Entretanto, no Brasil, a sustentabilidade, por várias vezes, torna-se um termo ligado apenas a questões ecológicas, como a preservação da Amazônia. Esta associação restrita à natureza faz com que a sustentabilidade seja pouco discutida no dia a dia urbano da população. A sustentabilidade, na prática, necessita de produtos e processos baseados em inovações tecnológicas. Assim surge a busca por eficiência energética em vários setores. Eficiência energética engloba um conjunto de práticas e políticas que visam à redução dos custos com energia e aumento da quantidade oferecida, sem alterar sua fonte de geração. A eficiência energética pode ser então considerada como uma questão de economia que se reflete principalmente nas condições financeiras da população. Assim, ser entendida

7 7 como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia. (LAMBERTS et al., 1997). A eficiência no uso final busca tecnologias e práticas que estimulem o consumidor a empregar o uso da eletricidade tanto em iluminação, em aquecimento e em outros usos, propiciando a conservação e o melhor uso de aparelhos para o controle do consumo de energia (MARTINS, 1999). Nesse contexto, surgiu em 1985 o Procel - Programa de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica, ligado ao Ministério das Minas e Energia e à Eletrobrás, que se concretizou ao longo de sua existência até a atualidade, como o programa pioneiro na área de conservação de energia elétrica. O Procel tem atuado na promoção do uso racional da energia, tanto do lado da produção como do lado do uso final da eletricidade (MARTINS et al. 1999, citado por FURLANETTO et al. 2012). O Procel tem abrangência nacional, com programas direcionados aos setores de marketing, indústria, iluminação pública, edificações residenciais e comerciais, prestadores de serviços de água e esgotamento sanitário, gestão municipal, educação e edificações públicas. O Selo Procel de Economia de Energia, instituído em 1993, tem como objetivo dar ao consumidor final orientação adequada quanto aos produtos que apresentam níveis mais eficientes de economia de energia, que venham a contribuir para a redução na conta de energia elétrica. Nesse sentido, o programa e seu selo contribuem para a fabricação e comercialização de produtos mais eficientes, que trazem benefícios ao meio ambiente, em decorrência de inovações tecnológicas. Segundo dados Procel, os usos finais das residências no Brasil se dividem em: cerca de 27% do consumo médio para refrigeração (geladeiras e freezers), 24% para chuveiro, 3% para ferro elétrico, 20% para condicionamento ambiental e outros, 12% para Tv e som e 14% para iluminação (ELETROBRAS, 2007). Figura 2. Usos finais de energia para residências no Brasil (ELETROBRAS, 2007).

8 8 Nessa busca por eficiência e para evitar o desperdício de energia elétrica, as Lâmpadas Fluorescentes Compactas - LFCs caíram no gosto do consumidor a partir de 2001, quando houve a necessidade de racionamento de energia elétrica em todo o país. O número de unidades comercializadas saltou de 3 milhões para 150 milhões em Vale ressaltar, no entanto, que um número relevante de 76% das residências que anteriormente haviam trocado as lâmpadas incandescentes por LFCs, durante o racionamento, retomaram seu uso pelo fato do preço das LFCs ser mais elevado (ELETROBRAS, 2007). Enquanto que as lâmpadas incandescentes apresentam pouca eficiência energética, (apenas 10% da energia consumida num sistema incandescente é transformado em luz, os outros 90% são energia térmica), as LFCs podem transformar até 80% da energia em luz, o que comprova sua eficiência. Além disso, a LFC tem durabilidade até oito vezes maior que uma incandescente comum, aquece bem menos o ambiente e apresenta um alto Índice de Reprodução de Cores IRC. Em equivalência, uma LFC de 9W de potência de consumo proporciona uma iluminação correspondente à de uma incandescente comum de 60W de potência de consumo (SILVA, 2009). As lâmpadas incandescentes, por apresentarem um péssimo desempenho em relação às LFCs, estão sendo banidas do mercado. Países como União Européia, Austrália, EUA, Cuba, Rússia e Brasil decidiram implementar políticas para a substituição dessas por lâmpadas mais eficientes. No Brasil, desde dezembro de 2010, as Portarias Interministeriais nº e nº 1.008, do Ministério de Minas e Energia e Ministério de Ciência e Tecnologia, estabeleceram níveis mínimos de eficiência energética para lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas. Desde junho de 2012, as lâmpadas incandescentes deixaram de ser produzidas no Brasil, e até 2017 serão gradativamente eliminadas do mercado. As LFCs comercializadas no Brasil podem adquirir o Selo Procel de Economia de Energia desde que comprovada, conforme normas do Programa que conta com a parceria do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), a sua eficiência energética. O mercado oferece várias marcas e modelos, com cores e potências variadas, que podem ser usados em vários tipos de ambientes, e que possuem o Selo Procel. Dados da AIE (2010), citada por Bastos (2011), afirmam que a vida média das fluorescentes compactas varia entre horas, em lâmpadas de baixa qualidade, até além de horas, em modelos de alta qualidade. Na China, a vida útil de lâmpadas fluorescentes compactas é, em média, cerca de horas, enquanto que na Europa é de horas e nos Estados Unidos horas.

9 9 De maneira ainda bem tímida, vêm surgindo no mercado brasileiro as lâmpadas LED abreviação em inglês de Diodo Emissor de Luz que é um dispositivo semicondutor que emite luz com um determinado comprimento de onda, com polaridade na posição direta. A luz é gerada dentro de um chip cujo tamanho não chega a ser maior que 0,25mm 2. Esse chip é um cristal em estado sólido que gerou o termo em inglês SSL Solid State Light em tradução literal luz em estado sólido (SILVA, 2012). Silva (2012) explica que o funcionamento do LED se baseia na mudança dos níveis de energia, ou seja, quando certa tensão é aplicada, os elétrons se mudam para níveis mais altos de energia e quando retornam aos níveis originais, o fazem em forma de luz no material utilizado. A cor da luz irradiada dependerá do material a ser utilizado, correspondendo cada um a uma determinada cor ou comprimento de onda. O LED, apesar de ser uma fonte de luz aparentemente nova e moderna, tem sua descoberta no século XX, em meados de 1907, por Henry Joseph Round, que acidentalmente descobriu os efeitos físicos da eletroluminescência em sua pesquisa sobre radiotransmissão. O cristal de SiC (carborundum) emitiu uma luz amarelada, ao ser aplicada uma pequena tensão elétrica. Nos anos 60 e 70, empresas que fabricavam computadores e calculadoras iniciaram a utilização dos LEDs em seus aparelhos como indicadores liga/desliga. Durante muito tempo, elas foram feitas para emitir luz somente numa parte específica do espectro visível de comprimento de onda. Nos anos 1997/98, surgiram as primeiras luminárias de uso arquitetônico, produzidas em larga escala. Os modelos foram apresentados em feiras especializadas nos EUA e na Europa. Em 2000, começaram a aparecer soluções que possibilitaram a utilização dos LEDs na iluminação geral. Somente em 2003 a Lumileds- Philips criou o Luxeon III, que emite até 80 lumens (lm), cor branca com temperatura em torno de 3.200k e IRC de 90%. Em 2008, surgiu o LED de desempenho ainda maior, com eficiência de até 120 lm/w e IRC de 80/89% (SILVA, 2012). Atualmente, os LEDs são conhecidos por sua eficiência energética, flexibilidade de design e robustez. Apresentam inúmeras vantagens em relação às outras fontes de iluminação, com destaque para a vida útil, que pode variar entre e horas, alta eficiência luminosa e o baixo consumo de energia. Os LEDs ainda apresentam variedade de cores e não aquecem o ambiente, por apresentarem baixíssima emissão de calor, por isso são ideais para decoração de ambientes, exposição de obras de arte, entre inúmeras utilidades. LEDs brancos estão se tornando cada vez mais brilhantes, mais eficientes e menos dispendiosos, principalmente nos países mais desenvolvidos. Como resultado, as lâmpadas tradicionais estão sendo gradativamente substituídas.

10 10 Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria de Iluminação-ABII, citada por Bronzatto (2012), a representatividade do LED no volume total de vendas do setor de iluminação brasileiro é baixa, na ordem de 0,04%, enquanto que as incandescentes ainda respondem por uma fatia de 45% do mercado. 2. MATERIAL E MÉTODOS A residência estudada localiza-se no SMPW-Núcleo Bandeirante/DF, com 363,80m 2 de área construída. Possui 16 cômodos e foi concebida segundo um projeto de eficiência energética com a utilização de lâmpadas LED e grandes aberturas de janelas. A situação real de consumo da residência, estipulada como situação otimizada, foi levantada com base nas informações fornecidas pelos moradores, no levantamento de seus hábitos e com base no histórico de consumo, em kwh/mês (quilowatt hora/mês), dos equipamentos e das lâmpadas LED. A mesma residência foi avaliada sob outra ótica, onde foi simulada a condição de consumo energético segundo um projeto convencional de iluminação, com LFCs e abertura mínima de janelas. Essa segunda situação avaliou o consumo após estimativas de desempenho com o uso de LFCs em todos os pontos da residência. Denominou-se a segunda hipótese de convencional, pois esta simula o consumo dentro de condições atualmente comuns nas residências brasileiras. Para esta segunda hipótese, também foi considerado que a diminuição nas áreas de abertura da residência implicaria em um aumento de horas de consumo de energia das lâmpadas, em decorrência da diminuição da incidência de iluminação natural. Os dados e informações do projeto e dos hábitos de consumo foram coletados por meio de visitas à residência, com a colaboração dos moradores, nos meses de agosto e setembro de São residentes quatro adultos e uma criança. Com base em dados do Procel relativos ao consumo de energia de eletrodomésticos, em informações dos moradores e em sites simuladores de consumo, criou-se uma planilha eletrônica para a estimativa de consumo em kwh/mês dos eletroeletrônicos disponíveis na residência. O cálculo de consumo total mensal dos equipamentos considerou a potência de consumo (valor em kw), a quantidade de equipamentos e o número médio de horas de uso por mês.

11 11 Para o aquecimento dos chuveiros, a residência possui Boiler integrado com a utilização de aquecedores solares. Este sistema elimina totalmente o gasto de energia elétrica com chuveiro. Esta situação de gasto zero com energia elétrica para os chuveiros foi considerada nas duas condições estudadas: otimizada e convencional. A situação otimizada não considerou 100% em uso de lâmpadas LED, pois, conforme relato do morador, algumas lâmpadas LED apresentaram defeito e foram substituídas por fluorescentes compactas. Estas foram posicionadas apenas na garagem, somando quatro pontos. O cálculo de área de piso de cada cômodo (em m 2 ), foi levantado a partir da Planta Baixa da residência. A planta baixa foi fornecida pelo morador e possui um cômodo que ainda não foi construído e, portanto, não foi computado nos cálculos. (Anexo). A residência foi dividida em duas partes, a considerar: (i) parte externa: garagem, átrio e varandas de fundo e de quarto; (ii) parte interna: demais cômodos que fazem parte da residência. Esta divisão se fez necessária, pois, nas partes externas, não se aplica (N.A.) nenhuma estimativa para área de abertura de janelas. Na parte interna, o hall também não possui área de abertura de janelas. Os cômodos foram divididos em categorias estabelecidas conforme padrões de uso e necessidades dos moradores. Foram consideradas, nas simulações, variações de tempo de uso das lâmpadas, em horas por dia, para cada cômodo. De acordo com as necessidades de uso frequente ou esporádico, alguns cômodos são mais utilizados pelos moradores, em detrimento de outros. Exemplos mais significativos são a sala, copa e cozinha que, por serem ambientes de maior convívio familiar, demandam mais horas de consumo diário. O modelo de Lâmpadas LED usado pela residência foi adquirido em site de vendas pela internet (EXTREME, 2012). As informações sobre as LFCs foram obtidas conforme site do fabricante na internet (LORENZETTI S.A., 2012), e com base em informações do proprietário. Para o jardim interno, as lâmpadas LED utilizadas são coloridas com potência de 3W. Estas são apenas para efeito decorativo do ambiente, e foram desconsideradas na situação convencional, devido à eliminação do jardim interno. As considerações finais foram feitas com base nos valores de energia economizados em kwh/ano, multiplicados pela tarifa atual de consumo da Companhia Energética de Brasília CEB. Calculou-se o custo de aquisição de 31 lâmpadas LED e 31 lâmpadas LFCs. Foi feito o cálculo da vida útil de ambos os tipos de lâmpadas, em anos, considerando a vida útil média, em horas, das lâmpadas e o consumo médio de cinco horas por dia.

12 12 Os valores monetários gastos com as lâmpadas foram divididos pelo tempo de vida útil, em anos, de ambas as lâmpadas LED e LFCs. Os gastos anuais com a conta de energia elétrica em iluminação foram somados com os gastos anuais de aquisição de ambas as lâmpadas em suas respectivas situações. A comparação do tempo de vida em anos das lâmpadas LFCs em relação às LEDs foi feita pela razão do número de anos de duração das LEDs pelo número de anos de duração das LFCs. Os valores obtidos permitiram uma comparação entre o preço de aquisição e a duração de ambos os modelos de lâmpadas. 2.1 Situação Otimizada: A pesquisa levantou os dados reais de consumo de energia elétrica da residência no período de um ano, por meio do histórico de consumo da Fatura CEB, de setembro de 2011 a agosto de De posse desses dados, calculou-se a média mensal de consumo. As lâmpadas LED usadas na residência têm potência de consumo de 9W, conforme informações de aquisição do morador. Tais aquisições foram feitas há cerca de quatro anos. O preço por lâmpada LED, conforme informa o site, é de R$44,55 (quarenta e quatro reais e cinquenta e cinco centavos). O cálculo de consumo em kwh/mês das lâmpadas LED foi obtido pela multiplicação de sua potencia (em kw) pelo número de horas de uso por mês. Foi calculada a porcentagem dos gastos de energia elétrica (em kwh/mês), para as lâmpadas LED, em relação aos valores totais somados dos equipamentos e das lâmpadas LED. Foram consideradas, nessa primeira análise, características da construção da residência que levam em conta a existência de um jardim interno com capacidade de iluminação natural a dois ambientes da casa durante o período diurno. São eles os ambientes da sala e copa. Considerou-se também o fato de as áreas de janela serem relativamente amplas para estes ambientes, somando em torno de 28,7% para a área das janelas e abertura do jardim interno na sala. Para a copa, somam 32,41% do ambiente, com abertura de janelas e iluminação natural do jardim interno. Soma-se ainda o maior ângulo de iluminação em uma das suítes, que dispõe de abertura de varanda, proporcionando ao cômodo cerca de 31,4% de área disponível para iluminação natural. Tal situação real da residência colabora para que durante o período diurno não seja necessário, principalmente nesses cômodos, o uso de iluminação artificial, tendo em vista o alto grau de luminosidade do ambiente.

13 13 As áreas de abertura foram calculadas com base nos dados constantes em planta original de construção da residência, tomando-se as medidas das aberturas relacionadas com a área de piso de cada cômodo (em m 2 ). Para o ambiente sala (para a área de piso), estão somados os valores referentes à sala de estar e sala de leitura, e para as áreas de abertura, somaram-se às aberturas da sala de leitura, sala de estar e jardim interno. Para o ambiente copa, sua área de abertura considerou a área de abertura do jardim interno. 2.2 Situação Convencional: Após a confirmação dos dados reais de consumo (em kwh/mês), procedeu-se a simulação do ambiente construído substituindo o uso de lâmpadas LED por LFCs. Foi considerada, para esta situação hipotética, a eliminação da área de iluminação natural proveniente do jardim interno e a redução do tamanho das janelas para a abertura mínima, conforme Lei 2.105/1998, que dispõe sobre o Código de Edificações do Distrito Federal. O Anexo I do Código estipula, para dormitórios, cozinha, sala de estar e compartimentos com múltiplas denominações ou reversíveis, que a área mínima a ser considerada é 1/8 (um oitavo) da área do piso; para área de serviço, banheiro e lavabo, a área mínima é 1/10 (um décimo). A unidade é o m 2 para a abertura mínima e para a área de piso, conforme dados constantes em planta original de construção da residência. Souza (1995), citado por (SOUZA, 2003) verificou que a luz natural pode reduzir de 35 a 70% o consumo energético com iluminação artificial em um edifício e que, segundo NE EMAN (1998), a utilização eficiente da luz natural pode reduzir o consumo de energia elétrica que é gasta em iluminação em até 50%. Com base nesses dados, estimou-se que uma redução de 10 a 30% nas áreas de abertura implicaria num aumento de 30% no número de horas de iluminação. Uma redução de 31 a 60% nas áreas de abertura implicaria num aumento de 40% no número de horas, e 61 a 80% de redução representariam um aumento de 60% no número de horas de iluminação. Assim sendo, estimou-se que, com a redução das aberturas e eliminação do jardim interno, haveria um maior número de horas de lâmpadas acesas no ambiente durante o dia. Os dados de consumo dos equipamentos foram mantidos idênticos aos usados na situação otimizada. Para o novo cálculo com as LFCs, foi considerado o número de 31 lâmpadas sendo que, nesta situação hipotética, após a retirada da área de abertura do jardim interno, houve a

14 14 redução de quatro lâmpadas deste ambiente. Na simulação, foram utilizados modelos de LFCs com equivalência do fluxo luminoso em relação às lâmpadas LED. Esses modelos de LFCs são de 15 W de potência, com fluxo luminoso de 860 lm, e seu preço é de R$12,90 (doze reais e noventa centavos), conforme informa o fabricante. Obteve-se o cálculo de consumo em kwh/mês das LFCs pelo produto de sua potência (em kw) com o número de horas de uso por mês, já consideradas as horas a mais de consumo durante o dia. Foi calculada a porcentagem dos gastos de energia elétrica, em kwh/mês, para as LFCs. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para uma melhor compreensão dos dados envolvidos, primeiramente apresentam-se as especificações técnicas das lâmpadas (item 3.1). Os dados referentes ao consumo médio real da residência em estudo, conforme fatura CEB, estão indicados no item 3.2. Os dados seguintes apresentam o cálculo do consumo médio dos equipamentos (item 3.3). As tabelas que seguem apresentam respectivamente o número de horas de consumo para as lâmpadas nas duas situações otimizada e convencional, as áreas de abertura dos cômodos reais e a simulação de área de abertura mínima (item 3.4). Os dados de consumo da situação otimizada estão apresentados no item 3.5, os dados da situação convencional no item 3.6, e as considerações no item Especificações técnicas das lâmpadas Parâmetros para comparação técnica entre as duas lâmpadas, Tabela 1: Tabela 1: Especificações das Lâmpadas Lâmpada LED LFC Tensão nominal 85 ~ 265V 220V Potência 9W 15W Temperatura da cor 5000 ~ 6000K 6400K Fluxo luminoso 720 ~ 810 lm 860 lm Vida média horas horas Base E27 E27 Eficiência luminosa Não informado 59 lm/w IRC Não informado > 80 Certificado Não possui Selo Procel

15 Média de consumo residencial série histórica Os dados de consumo médio da residência em estudo foram de 232,17kWh/mês conforme Tabela 2: Tabela 2: Consumo médio conforme fatura CEB Consumo mensal residencial Mês/ano kwh set/11 217,00 out/11 237,00 nov/11 192,00 dez/11 195,00 jan/12 217,00 fev/12 246,00 mar/12 235,00 abr/12 251,00 mai/12 249,00 jun/12 249,00 jul/12 224,00 ago/12 274,00 Média 232, Dados de consumo dos equipamentos Os valores fixados de consumo dos equipamentos para as duas situações estudadas, otimizada e convencional, conforme Tabela 3: Tabela 3: Consumo médio mensal dos equipamentos Simulador de consumo dos equipamentos Potência Consumo W Quantidade kw Nº dias/mês Horas/ dia Equipamentos kwh/mês Maquina de lavar até 7kg , ,50 13,12 Freezer Horizontal , ,00 72,00 Geladeira duplex , ,00 65,00 Microondas , ,16 4,80 Boiler com placas solares ,00 0 Liquidificador , ,10 0,70 Ferro de passar , ,60 21,60 Tv Led 60" , ,00 28,80 Net Book , ,00 3,90 Not Book , ,00 3,90 Total 213,82

16 Características físicas e horas de consumo residencial. A divisão dos cômodos por categorias de consumo e horas de uso para as duas situações, otimizada e convencional, pode ser visualizada na Tabela 4: Categorias Tabela 4: Cômodos por categoria e horas de consumo Cômodos Nº horas consumo/dia situação otimizada % de aumento no Nº de horas Nº horas consumo/dia situação convencional 1 Garagem 2,50-2,50 2 Átrio, varanda fundo 1,50-1,50 3 Varanda quarto, 0,10-0,10 4 Jardim interno 0,10 N.A N.A. 5 Copa e cozinha 3, ,60 6 Sala de estar 4, ,40 7 Sala leitura 1, ,60 8 Suíte 1 e 2 2, ,60 9 Suíte casal 3, ,20 10 Closet s, Hall 0,50-0,50 11 Banheiro ½ e casal 1,50-1,50 Quarto emp., Lavabo e Banh.externo Área de serviço e despensa 0, ,11 0, ,48 Os dados da Tabela 5 evidenciam os valores reais de abertura, sendo que, para a copa e para a sala de estar, estão somados às janelas os valores de abertura referentes ao jardim interno. Em seguida, estão apresentadas todas as mudanças ocorridas nas áreas de iluminação para a situação convencional, retirando dos ambientes copa e sala de estar os valores de abertura do jardim interno:

17 17 Tabela 5: Áreas de abertura real (otimizada) e cálculo de áreas mínimas (convencional) Cômodo Área de piso m 2 Otimizada Situação m 2 % Área piso Situação Convencional m 2 % de Redução área mínima Copa 22,89 7,42 1\8 2,86 61 Cozinha 11,01 2,40 1\8 1,37 43 Área de serviço 8,33 2,40 1\10 0,83 65 Quarto emp. 8,33 2,40 1\8 1,04 56 Despensa 2,79 0,48 1\10 0,28 41 Sala estar 41,87 9,55 1\8 5,23 56 Sala leitura 8,14 4,80 1\8 1,02 78 Lavabo 2,29 0,48 1\10 0,23 52 Suíte 1 16,25 2,40 1\8 2,03 15 Closet 1 5,32 0,48 1\10 0,48 - Banheiro 1/2 5,40 0,48 1\10 0,48 - Suíte 2 16,08 2,40 1\8 2,01 16 Closet 2 5,32 0,48 1\10 0,48 - Suíte casal 20,98 6,60 1\8 2,62 60 Closet casal 6,90 0,48 1\10 0,48 - Banheiro casal 4,95 0,48 1\10 0,48 - Banheiro externo 3,75 0,48 1\10 0, Situação Otimizada Os dados de consumo com lâmpadas LED estão apresentados conforme Tabela 6: Tabela 6: Dados de consumo mensal das Lâmpadas LED

18 18 Somando os valores, em kwh/mês, dos equipamentos com os valores de consumo das Lâmpadas LED, tem-se o Consumo médio otimizado (Cmo): Cmo = 213, ,80 Cmo = 230,62 kwh/mês para a residência. 3.6 Situação Convencional Os dados de consumo com LFCs estão apresentados conforme Tabela 7: Parte externa Área/m 2 mínima/ Abertura Tabela 7: Dados de consumo mensal das LFCs Situação Convencional de consumo em residência unifamiliar m 2 Nº pontos de iluminação Consumo em kw Nº horas consumo/dia Consumo total N horas cômodo consumo/mês kwh/mês Garagem 46,80 N.A. 4 0,015 2,50 75,00 4,50 Átrio 15,24 N.A. 2 0,015 1,50 45,00 1,35 Varanda fundo 59,08 N.A. 2 0,015 1,50 45,00 1,35 Varanda quarto 7,60 N.A. 1 0,015 0,10 3,00 0,05 Parte interna Copa 22,89 2,86 2 0,015 5,60 168,00 5,04 Cozinha 11,01 1,37 1 0,015 5,60 168,00 2,52 Área de servico 8,33 0,83 1 0,015 0,48 14,40 0,22 Quarto emp. 8,33 1,04 1 0,015 0,11 3,30 0,05 Despensa 2,79 0,28 1 0,015 0,48 14,40 0,22 Sala estar 41,87 5,23 3 0,015 6,40 192,00 8,64 Sala leitura 8,14 1,02 1 0,015 1,60 48,00 0,72 Lavabo 2,29 0,23 1 0,015 0,11 3,30 0,05 Hall 4,35 N.A. 1 0,015 0,50 15,00 0,23 jardim interno N.A N.A ,00 0,00 0,00 Suíte 1 16,25 2,03 1 0,015 2,60 78,00 1,17 Closet 1 5,32 0,48 1 0,015 0,50 15,00 0,23 Banheiro 1/2 5,40 0,48 1 0,015 1,50 45,00 0,68 Suíte 2 16,08 2,01 1 0,015 2,60 78,00 1,17 Closet 2 5,32 0,48 1 0,015 0,50 15,00 0,23 Suíte casal 20,98 2,62 2 0,015 4,20 126,00 3,78 Closet casal 6,90 0,48 1 0,015 0,50 15,00 0,23 Banheiro casal 4,95 0,48 1 0,015 1,50 45,00 0,68 Banheiro externo 3,75 0,37 1 0,015 0,11 3,30 0,05 Total 31 33,12 Os dados de consumo dos equipamentos permanecem inalterados. Somando os valores, em kwh/mês, dos equipamentos com os valores de consumo das LFCs, tem-se o Consumo médio convencional (Cmc): Cmc = 213, ,12 Cmc = 246,94 kwh/mês para a residência. 3.7 Considerações Conforme dados da Figura 2, a iluminação residencial representa 14% do consumo mensal de energia nas residências, assim os dados comprovam que, com o uso de Lâmpadas

19 19 LED, essa porcentagem na iluminação foi de 7,28%, praticamente a metade dos valores de referência. A eficiência no uso de lâmpadas LED, aliada aos atuais hábitos de consumo dos moradores, demonstra que os resultados na economia de consumo são satisfatórios. Para a situação convencional, observou-se que, após a simulação com o uso de LFCs e um aumento no número de horas, em decorrência da diminuição das aberturas, os valores obtidos em porcentagem com iluminação foram de 13,41%. Este valor foi considerado coerente para a situação convencional, por não extrapolar os valores reais de consumo médio das famílias brasileiras. Deve-se considerar que as lâmpadas fluorescentes já estabelecem um consumo de energia menor do que vários outros modelos existentes no mercado, principalmente em relação às lâmpadas comuns incandescentes. A tarifa de energia elétrica da CEB (2012), nos dias atuais para o grupo B1 Residencial / faixa de consumo de 201 a 300 kwh é de R$0, Multiplicando o valor da tarifa pelo consumo de 16,80 kwh/mês das lâmpadas LED e pelo período de um ano, temse o valor gasto em energia elétrica de R$76,41 com iluminação. Da mesma forma, para as LFCs, multiplicou-se a tarifa pelo consumo de 33,12 kwh/mês e pelo período de um ano, chegando-se ao valor gasto com energia elétrica de R$150,64. O custo total de aquisição de 31 lâmpadas LED de 9W foi de R$1.381,05. Para aquisição da mesma quantidade de lâmpadas LFCs de 15W, o custo total foi estimado em R$399,90. Se considerarmos o uso de uma lâmpada LED por 5 horas por dia, pelo período de 365 dias, temos: horas de uso em um ano. Dividindo o seu tempo de vida útil de horas por 1.825, temos que sua média de vida é de 19,17 anos nestas condições de uso. O valor total gasto com as lâmpadas LED de R$1.381,05 divido por 19,17 anos correspondem a R$72,04 por ano. Seguindo as mesmas considerações para as lâmpadas LFCs com vida útil de horas, divididas por horas, temos que sua vida média é de 4,38 anos. Dividindo o valor gasto com a aquisição das LFCs pelo período de sua vida média, temos R$91,30 por ano. Somando-se o valor pago pela conta de energia elétrica, na situação otimizada, no período de um ano, com o valor de custo anual das lâmpadas LED, tem-se: R$76,41 + R$72,04, ou seja, um gasto total anual de R$148,45. Para a situação convencional (com o uso das LFCs), somando-se o valor pago pela conta de energia elétrica no período de um ano, com o seu custo anual de aquisição, tem-se: R$150,64 + R$91,30, portanto um gasto total anual de R$241,94.

20 20 Avaliando em termos de consumo energético, com o uso das lâmpadas LED no período de um ano, teremos 201,01kWh/ano. Com as LFCs, o consumo energético para o período estimado é de 397,44 kwh/ano. Subtraindo o consumo de LFCs pelo consumo das lâmpadas LED, estima-se uma economia energética de 195,84kWh/ano. A razão do número de anos da vida média das lâmpadas LED pelas LFCs será de 4,37 anos, ou seja, a cada 4,37 anos, tem-se um novo gasto com lâmpadas LFCs. Se multiplicarmos esse período pelo valor estimado do custo atual, tem-se um gasto de R$1.747, CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES A análise dos resultados mostrou que o uso de lâmpadas LED proporciona uma economia monetária relativa no custo de aquisição de lâmpadas em uma residência. Apesar de seu investimento inicial ser em média três vezes maior que o investimento em LFCs, o custo anual de aquisição torna-se vantajoso a longo prazo, mesmo se tratando de uma tecnologia nova e ainda cara, por causa de sua grande vida útil. Em relação à economia energética, o uso de lâmpadas LED representou uma redução de 7,28%, praticamente metade da parcela média de consumo em iluminação para as atuais residências brasileiras. Em larga escala, isto representaria uma economia considerável de energia para o país, que necessita urgentemente de esforços para ampliar sua capacidade de distribuição. O Brasil tem feito enormes investimentos para a construção de novas hidrelétricas, é o caso do complexo de usinas no Rio Madeira e de Belo Monte, que desencadeiam vários conflitos entre o Governo Federal e alguns setores da sociedade, principalmente entre organizações não-governamentais. O motivo para tais conflitos é claro: os grandes impactos ambientais que estes projetos representam. Há ainda espaço para ampliar as ações governamentais no setor de energia, buscando mais eficiência no uso final: dar ênfase aos produtos que possuem concessão do Selo Procel; aumentar incentivos aos fabricantes de lâmpadas para buscarem soluções e inovações que ampliem a oferta de lâmpadas LED e assim, reduzir o preço, que é o fator determinante para o consumidor final. Paralelamente, a busca por tecnologias mais eficientes em aparelhos eletroeletrônicos e eletrodomésticos pode ser concretizada por meio de ações e políticas relativamente simples

21 21 e economicamente atrativas. Conservar melhor a energia, além de reduzir o consumo, adiaria a necessidade de expandir a capacidade atualmente instalada. Sugerem-se estudos posteriores que visem analisar a eficiência energética no uso de aparelhos e equipamentos como boiler para aquecimento de chuveiros, refrigeradores, equipamentos de condicionamento ambiental, que representam uma parcela considerável de consumo de energia elétrica em residências, e que podem, sem dúvida, proporcionar ganhos consideráveis em eficiência energética e ao mesmo tempo reduzir custos e impactos ambientais. REFERÊNCIAS BASTOS, Felipe Carlos. Análise da política de banimento de lâmpadas incandescentes do mercado brasileiro. Rio de Janeiro: Dissertação (mestrado) UFRJ/ COPPE/ Programa de Planejamento Energético, Disponível em: < /tesis/felipe_bastos.pdf>. Acesso em: 05 out BRASIL. Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL Energia no Brasil e no Mundo. Disponível em: atlas_par1_cap2.pdf. Acesso em: 24 set BRASIL. Centrais Elétricas Brasileiras - ELETROBRAS. Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica - PROCEL. Relatório da pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso: classe-residencial: ano base jul Disponível em: < 08DDF478F35B}>. Acesso em: 30 ago BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Empresa de Pesquisa Energética - EPE. Balanço Energético Nacional - BEN 2012: Resultados Preliminares. Ano base Disponível em: < Acesso em: 05 out BRONZATTO, Thiago. A cadeira nem esquenta. Exame, São Paulo, v. 46, n. 14, p.80, 30 jul Disponível em: < Acesso em: 31 out DISTRITO FEDERAL. Lei de 08 de outubro de Dispõe sobre Código de Edificações do DF Art. 99, anexo I. Câmara Legislativa. GDF. Disponível em:

22 22 < Numero=2105&txtAno=1998&txtTipo=5&txtParte=.>. Acesso em: 25 out DISTRITO FEDERAL. Companhia Energética de Brasília - CEB. Tarifa residencial: Grupos. Disponível em : < 20A%20B% pdf>. Acesso em: 30 out EXTREME, Deal. LED Light Bulbs. Especificações de aquisição lâmpada LED. Disponível em: < ?item=65>. Acesso em: 13 set FURLANETTO, Cesar et al. O uso da Energia Elétrica no ambiente residencial. Disponível em: < /ENEGEP2001 _ T R 51_0009.pdf>. Acesso em: 30 set GOLDEMBERG, Jose; LUCON, Oswaldo. Energia e meio ambiente no Brasil. Estudos Avançados, São Paulo, v. 59, n. 21, p.07-20, 24 nov Disponível em: < Acesso em: 01 out JOHN, Vanderley Moacyr et al. (Comp.). Boas práticas para habitação mais sustentável: Selo Casa Azul; Caixa Economia Federal. Disponível em: < Acesso em: 11 set LAMBERTS, Roberto et al. Eficiência Energética na Arquitetura. 1ª Ed. São Paulo: Pw Editores, p. LORENZETTI S.A. (Brasil). Catálogo de produtos. Lâmpada Fluorescente Compacta. Disponível em: < Acesso em: 16 out MARTINS, Maria Paula de Souza. Inovação Tecnológica e Eficiência Energética. Instituto de Economia UFRJ, outubro de Monografia de Pós Graduação em Engenharia Elétrica. Disponível em: < provedor/biblioteca/m.htm>. Acesso em: 30 set SILVA, Mauri Luiz da. Iluminação: Simplificando o projeto. 1ª Ed. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, p. (ISBN: ).. LED: A luz dos novos projetos. 1ª Ed. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, p. (ISBN: ).

23 23 SOUZA, Marco Barros de. Potencialidade de aproveitamento da luz natural através da utilização de sistemas automáticos de controle para economia de energia elétrica f. Tese de Doutorado (Pós Graduação) - Curso de Engenharia de Produção, UFSC, Florianópolis, Cap. 02. Disponível em: < /ld/ Arquitetural/efici%EAncia%20energ%E9tica/potencialidade_de_aproveitamento_da_luz_nat ural_atraves_da_utilizacao_de_sistemas_automaticos_de_controle_para_economia_de_energi a_eletrica.pdf>. Acesso em: 19 out TOLMASQUIM, Maurício T.; GUERREIRO, Amilcar e GORINI, Ricardo. Matriz energética brasileira: uma prospectiva. Novos Estudos Cebrap [on-line], n. 79, p , São Paulo, novembro, Disponível em: < sci_arttext&pid=s &lng=pt&nrm=iso&tlng=pt>. Acesso em: 15 set WORLD COMISSION ON ENVIROMENTAL AND DEVELOPMENT (WCED). Our common future. Oxford University Press, CC0484BB159F/FinalDownload/DownloadId-A4D52B06D8E7996 AD C7/D1694E95-E01D-4AED-8DD4-CC0484BB159F/thesis/submitted/etd /unrestricted/01dissertation.pdf

24 24 Agradecimentos Agradeço a minha família, em especial a meu esposo, o qual sem o apoio as dificuldades seriam maiores. Agradeço ao meu orientador Prof. Gustavo, pela atenção, por sempre me atender e ajudar no desenvolvimento da pesquisa. Agradeço a Deus por confiar em me emprestar o Benício, que chegou para aliviar perdas, e com seu sorriso mostrar que a vida continua. Agradeço ao Sr. Norisvaldo e Sra. Marisa que abriram suas portas para que eu pudesse realizar este estudo. Agradeço aos meus colegas em especial a Layslla, Adrienne e Mayra pelos anos juntas na graduação, que serão com certeza, inesquecíveis.