UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA. André Rosa Ferreira

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA André Rosa Ferreira ILUMINAÇÃO DO ESTADO SÓLIDO, ECONOMIA POTENCIAL DE ENERGIA ELÉTRICA PARA O PAÍS Dissertação de Mestrado Santo André SP

2 André Rosa Ferreira ILUMINAÇÃO DO ESTADO SÓLIDO, ECONOMIA POTENCIAL DE ENERGIA ELÉTRICA PARA O PAÍS Dissertação apresentada ao Curso de Pós-graduação da Universidade Federal do ABC como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica Orientador: Prof. Dr. Jorge Tomioka Santo André SP

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4 Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, de acordo com as observações levantadas pela banca no dia da defesa, sob responsabilidade única do autor e com a anuência de seu orientador. Santo André, de de 20 Assinatura do autor: Assinatura do orientador: 2

5 À minha esposa, Alessandra, meu apoio constante. Ao meu filho, André. 5

6 AGRADECIMENTOS Ao longo deste projeto, várias pessoas contribuíram para sua elaboração, as quais quero agradecer. Agradeço, em primeiro lugar, à Mãe de Deus, que tem me carregado nos braços em todos os momentos da caminhada na vida e neste projeto. Agradeço à minha família, ao meu pai, Expedito Ferreira, que mostrou os valores da vida hoje esquecidos pela sociedade, e à minha mãe, Laodicena P. R. Ferreira (em memória), pelo apoio que sempre me deu, principalmente em minha vida acadêmica. À minha esposa, Alessandra, por todo seu amor, carinho, paciência e compreensão, mesmo nos momentos mais difíceis. Ao meu filho, André, pelos momentos em que não pude estar com ele devido a minhas pesquisas. Ao curso de Pós-graduação de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do ABC, pelos professores que tornaram possível a obtenção de mais conhecimento e pelo apoio ao longo do curso. Ao meu orientador, Professor Dr. Jorge Tomioka, por todo o apoio e a orientação dada ao longo da execução de meu projeto, permitindo, desse modo, sua realização e conclusão. 6

7 Confiança na bondade de Deus! Tudo sairá certo. Ela fará realmente tudo bem. P. J. K. 7

8 RESUMO Este trabalho apresenta um estudo para a área de iluminação residencial, por meio da utilização da tecnologia de iluminação do estado sólido LED (diodos emissores de luz). Seu objetivo principal é apresentar a economia de energia elétrica para o país trazendo soluções mais eficientes para nossas residências, inclusive podendo ser estendido a outros setores, como indústria e comércio. Isso gerará economia de energia elétrica para o País e favorecerá a preservação do meio ambiente, com a diminuição da emissão de dióxido de carbono (CO 2 ), produzindo impacto imediato na utilização de energia elétrica e prorrogando os grandes investimentos em geração de energia elétrica no Brasil, fazendo reduzir os gastos do dinheiro público. Para a pesquisa, foram levantados vários conceitos aplicados a luminotécnica, para um maior aprofundamento e consolidação dos resultados. Após a fase de pesquisa dos conceitos, foram estudadas as características das diferentes tecnologias de lâmpadas de uso residencial. Foi montada uma bancada para os ensaios das amostras, facilitando a realização das medições, o levantamento de algumas características técnicas, tais como potência da lâmpada, fator de potência, fluxo luminoso e eficiência luminosa. Com a estratificação desses resultados, foi elaborado um estudo de viabilidade econômica entre as três tecnologias de lâmpadas, mostrando o tempo de retorno do investimento. Em seguida, foram realizadas simulações entre as tecnologias de lâmpadas com projeção do consumo de energia elétrica para o ano de Com a realização deste trabalho cientifico, foi possível chegar a conclusões fundamentais acerca da melhor tecnologia de lâmpada que pode ser aplicada no País no setor residencial. Palavras-chave: Eficiência luminosa. Lâmpada de LED. Materiais no Estado Sólido. Novas Tecnologias de Iluminação. 8

9 ABSTRACT This work presents a study for the residential lighting through the use of solidstate lighting technology LED ( light emitting diodes ). Its main purpose is to present the economics of electricity for the country bringing more efficient solutions for our homes, and may even be extended to other sectors such as industry and commerce. This will generate electricity savings for the country and encourage the preservation of the environment, with the reduction in the emission of carbon dioxide (CO 2 ), producing immediate impact on electricity usage and extending large investments in power generation in Brazil doing reduce spending of public money. For the research, various concepts applied to illumination, for further development and consolidation of results were collected. After the research phase of the concepts, characteristics of different technologies lamps residential use were studied. A workbench was assembled for testing the samples, facilitating the measurements, raising some technical features, such as the lamp power, power factor, luminous flux and luminous efficiency. Stratification with these results, an economic feasibility study between the three technologies lamps was prepared, showing the time of investment return. Then simulations between technologies of projection lamps with electricity consumption for the year 2021 were performed. With the completion of this scientific work, it was possible to reach basic conclusions about the best lamp technology that can be applied in the Country residential sector. Keyword - Luminous Efficiency. LED lamp. Solid state materials. New lighting technology. 9

10 SUMÁRIO CAPÍTULO Introdução Identificação do problema Objetivo do trabalho Organização do trabalho CAPÍTULO Estado da arte Introdução Produção de energia elétrica do Brasil Projeção demográfica do País para o intervalo Conceitos de iluminação e luminotécnicos aplicados à iluminação Conceitos de luz Radiação ultravioleta Radiação infravermelha Fluxo luminoso ( ) Eficiência luminosa Intensidade luminosa Iluminância Luminância Temperatura de cor Índice de Reprodução de Cor (IRC) Harmônico, qualidade de energia elétrica Fator de potência Desenvolvimento das tecnologias de lâmpadas Tecnologia das lâmpadas Lâmpada incandescente Lâmpada fluorescente Reciclagem de lâmpadas com mercúrio Lâmpada do estado sólido para iluminação (LED) Lâmpada do estado sólido para iluminação - Organic Light-Emitting Diode (OLED) Tecnologia Field Emission Display (FED) Vantagens e desvantagens dos materiais de estado sólido para iluminação Aplicação em produtos utilizando LED CAPÍTULO

11 3 Políticas de eficiência energética Introdução Comunidade Europeia Austrália Argentina Estados Unidos da América Movimento no Brasil Eficiência energética para economia de energia elétrica para o Brasil Sustentabilidade Economia potencial de energia elétrica através do LED O DOE trabalha para o sucesso da iluminação de LED Análise do impacto do ciclo de vida da lâmpada de LED Propriedade intelectual Conclusão do capítulo CAPÍTULO Metodologia e resultados Introdução Definição das amostras Metodologia aplicada Resultados Análise econômica Comparativo de viabilidade econômica entre as três tecnologias (LI, LFC e LED) Cálculo para o custo variável da lâmpada - CVL Cálculo para o custo fixo da lâmpada - CFL Cálculo do custo total do produto - CTP Economia no consumo de energia elétrica Comparativo do tempo de retorno do investimento Primeira análise comparativo entre as lâmpadas LI x LFC Segunda análise comparativa entre as lâmpadas LI x LED: Terceira análise comparativa entre as lâmpadas LFC x LED Conclusão do capítulo CAPÍTULO Economia de energia elétrica Introdução Simulação de consumo de energia elétrica Panorama sobre a energia elétrica no Brasil em

12 5.4 Redução do efeito estufa CO Discussão dos resultados CAPÍTULO Conclusão BIBLIOGRÁFIA Apêndice A - Tabela de ensaios Apêndice B - Trabalhos apresentados

13 CAPÍTULO 1 1 Introdução O Brasil faz parte dos países emergentes que desponta para o mundo, necessitando trabalhar para o crescimento econômico e o desenvolvimento social, por meio do investimento em planejamento de infraestrutura. O investimento em infraestrutura não planejado pode ter como resultado um custo altíssimo para a sociedade brasileira e a iniciativa privada; o retorno desse investimento é de longo prazo. Como exemplo, temos a construção de novas usinas para a geração de energia elétrica. De acordo com dados da International Energy Agency (IEA), 1,6 bilhão de pessoas no mundo inteiro ainda não tem acesso à energia elétrica. Em algumas regiões no mundo, a iluminação é feita por lamparinas ou algo similar. No Brasil, existe um programa do governo federal de acesso à energia elétrica, o mais ambicioso do mundo, chamado Luz para Todos, que teve início no ano de 2003 e tem previsão de término no ano de Esse programa atenderá por volta de 15 milhões de pessoas, tendo como beneficiados comunidades isoladas, tais como indígenas, quilombos e pequenos produtores rurais. No século XI, a iluminação era produzida por combustão: as fogueiras e as tochas, em um primeiro momento, e depois as lamparinas, que utilizavam algum líquido inflamável, tornando a luz móvel (CREDER, 2010). A iluminação elétrica foi descoberta no início do século XIX; muito tempo depois, por volta de 1870, foram realizadas as substituições dos dispositivos de iluminação de combustão pelos dispositivos de iluminação por eletricidade. A humanidade vem tentando conciliar o desenvolvimento e as vantagens da vida moderna com a conservação do meio ambiente. Para o cumprimento desses objetivos, são necessárias várias ações, que devem ser realizadas de forma planejada e integrada. Atualmente, um dos setores que mais está alinhado com o conceito de sustentabilidade é o setor elétrico, pois busca o desenvolvimento tecnológico em eficiência energética de forma racional e eficiente (Brundtland, 1987). Segundo estudos da IEA, a energia primária pode aumentar em 55% no período de 2005 a 2030, trazendo sérios riscos à segurança energética e à sustentabilidade ambiental. Prevendo esse problema, foi desenvolvido um 13

14 documento com recomendações energéticas a serem implementadas, o que poderá reduzir a emissão de CO 2 (dióxido de carbono) no mundo em 20% por ano até Essas recomendações (IEA, 2007) buscam: conservar energia a baixo custo; corrigir imperfeições ou barreiras de mercado; corrigir imperfeições das políticas energéticas existentes; encorajar e implementar planos de política energética. Ainda de acordo com essas recomendações da IEA com relação à iluminação para todos os países, devem ser tomadas ações para a retirada das lâmpadas incandescentes tão logo se torne viável tanto economicamente como comercialmente. Essas ações governamentais devem seguir a elaboração de um plano para sua implantação, com metas claras e bem definidas, em conjunto com o setor industrial, para assegurar a oferta de lâmpadas eficientes e de boa qualidade para substituir as lâmpadas ineficientes, a serem retiradas do mercado (IEA, 2010). Após as recomendações feitas pela IEA, alguns países, como Estados Unidos da América, Argentina, Austrália, Comunidade Europeia e Brasil, estabeleceram um cronograma para a retirada das lâmpadas incandescentes do mercado, e outros ainda estão em estudo (IEA, 2007). Foi constatado que no ano de 2005 o consumo mundial de energia elétrica atribuído pelas lâmpadas incandescentes foi por volta de 970TWh. Se não for realizada nenhuma ação, o consumo de energia elétrica mundial atribuído pelas lâmpadas incandescentes deve ser por volta de 1610TWh no ano de Se todas as lâmpadas incandescentes do mundo fossem substituídas por lâmpadas com tecnologia mais eficiente, a economia de energia elétrica seria de pelos menos 800TWh no ano de Fazendo uma projeção para o ano de 2030, a redução poderia ser até maior, chegando a 1200TWh (IEA, 2007). O grande potencial de economia de energia elétrica com a retirada das lâmpadas incandescentes do mercado, estas sendo substituídas por lâmpadas mais eficientes, é considerável; segundo dados, a média é de quatro lâmpadas incandescentes por residência (EPE, 2012). 14

15 Quando houve a crise energética no Brasil em 2001, o mercado de lâmpadas fluorescentes compactas, que eram a principal tecnologia substituta das lâmpadas incandescentes, cresceu consideravelmente. Hoje, cerca de 76% das residências que utilizavam essa tecnologia, ao fazerem a troca das lâmpadas fluorescentes compactas queimadas, voltou a utilizar as lâmpadas incandescentes, devido, principalmente, ao preço mais alto das lâmpadas fluorescentes compactas (ELETROBRAS/PROCEL, 2007) (PROCEL, 2010). A lâmpada incandescente é um dispositivo elétrico que transforma energia elétrica em energia luminosa e energia térmica. Thomas Edison construiu a primeira lâmpada incandescente utilizando uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida até próximo ao ponto de fusão, passa a emitir luz. A lâmpada conhecida até hoje utiliza filamento de tungstênio (CREDER, 2010). A lâmpada fluorescente foi criada por Nikola Tesla. Ela possui boa eficiência energética, mas, para seu funcionamento, é utilizado mercúrio, criando um problema para o meio ambiente, pois pode causar contaminação nos solos e lençóis freáticos (CERVELIN, 2010). No sistema de iluminação mundial, houve um aumento de eficiência luminosa significativa nas últimas décadas. Em 1960, tínhamos uma eficiência mundial no sistema de iluminação em torno de 18lm/W. Já no ano de 2005, essa média aumentou para 50lm/W. O setor residencial tem a menor eficiência luminosa, estimada, em 2005, em aproximadamente 20lm/W, valor muito menor do que a dos setores comercial (50lm/W) e industrial (80lm/W) (Cea, 2010). São vários os fatores que podem ser atribuídos à baixa eficiência luminosa do setor residencial. Isso pode variar de país para país. Um deles pode ser o custo muito menor da lâmpada incandescente em relação às outras tecnologias (IEA, 2006). 15

16 1.1 Identificação do problema A energia elétrica tem um papel fundamental nos dias de hoje, é tida como um bem de primeira necessidade, onde todo o desenvolvimento existe em torno dela. A demanda pelo consumo de energia elétrica no País esta superando a capacidade de oferta de energia. No setor residencial o consumo de energia elétrica teve um aumento em 2013 de 6,9% comparando com o ano anterior, este fator é devido ao aumento da renda da população (EPE, 2012). Estima-se que o consumo de energia elétrica residencial do Brasil corresponde a aproximadamente 24% do total fornecido para o mercado consumidor, sendo que 20% dessa energia utilizada é consumida pela iluminação. O Brasil necessita trabalhar para o crescimento econômico e desenvolvimento social, investindo em planejamento de infraestrutura. O consumo de energia per capita do País ainda é pequeno comparado com os países da OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development) e não se poderia esperar que medidas de eficiência energética tivessem tanto impacto. Segundo estudos, foi constatado que, proporcionalmente, havendo crescimento da economia, haverá crescimento no consumo energia elétrica para promover o desenvolvimento (MME, 2010). O melhor que se pode fazer é utilizar tecnologias modernas e eficientes introduzidas já no início do processo de desenvolvimento, acelerando seu uso (PROCEL, 2010). Durante as últimas décadas, novas tecnologias foram desenvolvidas para se alcançar uma maior eficiência energética, além de se encontrar formas alternativas de produzir luz. Como resultado, hoje em dia os países estão apoiando ações governamentais, implantando programas de eficiência energética em vários segmentos. Aqui no Brasil, temos um selo de eficiência energética do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel). A concretização dessas ações simples é economicamente atrativa, podendo ser realizada por meio de planejamentos energéticos. Com um planejamento para a eficiência energética, pode-se reduzir o consumo de energia elétrica e talvez até adiar a necessidade de investimentos 16

17 na expansão da capacidade instalada dessa energia, pois a construção de novas usinas para sua geração implica altos gastos para os cofres públicos, e o retorno desses investimentos é de longo prazo. A eficiência energética é a maneira mais efetiva de reduzir os custos e os impactos ambientais locais e globais. Estudos realizados por um grupo de especialistas da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) demonstram que a área de eletricidade deveria ter uma redução 38% com ações planejadas até 2020 (BAJAY, 2010) 1.2 Objetivo do trabalho Este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo de economia de energia elétrica para o País com foco na área de iluminação residencial, utilizando a tecnologia de iluminação do estado sólido LED (diodos emissores de luz), a fim de obter soluções mais eficientes para nossas residências e para o meio ambiente, o que será possível com a diminuição da emissão de CO 2. Isso produzirá impacto imediato na utilização de energia elétrica, o que permitirá o contingenciamento de grandes investimentos de obras em geração de energia elétrica no Brasil, impactando nos gastos do dinheiro público e privado. O consumo consciente de nossas fontes de energia é um tema bastante discutido atualmente, inclusive pela crescente preocupação da sociedade com a importância da sustentabilidade. Toda ação tem uma reação, e no sistema energético não poderia ser diferente. Para satisfazer a energia útil requerida pela sociedade, pode ocorrer uma degradação do meio ambiente, a fim de suprir as necessidades humanas (BRUNDTLAND, 1987). A lâmpada de LED (este considerado um componente eletrônico semicondutor inorgânico, que converte corrente elétrica em luz) foi criada por Nick Holonyank. Prometendo ser mais econômica entre todas as tecnologias apresentadas, sua taxa de eficiência energética está entre 30% e 50%, podendo atingir uma eficiência luminosa de 85lm/W, com uma reprodução de cor excelente. Sua vida útil é maior do que as outras tecnologias de lâmpadas e, além disso, seu uso favorece a redução no consumo de energia elétrica, trazendo economia para o país. Existem outros avanços importantes na fabricação dos LEDs, como a criação do novo LED de alto desempenho, que 17

18 chega a uma eficiência energética de 60% (AZEVEDO, 2009) (TOMIOKA J., 2005). 1.3 Organização do trabalho Este trabalho é composto de seis capítulos, incluindo este, introdutório. O capítulo número 2 abordará, com um breve estudo do estado da arte, conceitos relacionados à iluminação, através da definição de conceitos de luminotécnica e descrição da tecnologia das lâmpadas. No capítulo número 3, será realizado o estudo de experiências vivenciadas em outros países, que baniram as lâmpadas incandescentes de seus mercados internos. No capítulo número 4 será apresentada a metodologia e os resultados, obtidos em laboratório, da comparação entre as tecnologias de lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de LED. Será adotada a seguinte estrutura para os experimentos: Serão realizados ensaios em uma bancada montada no laboratório de automação industrial da Fatec-Osasco / ETECGV; alguns equipamentos que farão parte dessa bancada são: voltímetro, wattímetro, amperímetro, multímetro/megômetro, luxímetro, osciloscópio. Além disso, utilizaremos 10 amostras de cada tecnologia adquirida no mercado de lâmpadas. Serão levantados estudos comparativos das lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de LED, considerando-se os seguintes itens: consumo de potência, fator de potência, eficiência luminosa (lm/w), durabilidade das lâmpadas, vida útil média (h), fluxo luminoso (lm) e viabilidade econômica. No capítulo número 5, serão realizadas as simulações com a perspectiva de economia de energia elétrica e a redução na emissão de CO 2 do setor residencial brasileiro para o ano de 2021, com o banimento do mercado brasileiro das lâmpadas incandescentes e será realizada uma análise geral sobre os resultados obtidos com a saída das lâmpadas incandescentes do mercado brasileiro e entrada da lâmpada de LED em larga escala. As conclusões do presente trabalho serão apresentadas no último capítulo. 18

19 CAPÍTULO 2 2 Estado da arte 2.1 Introdução Neste capítulo, serão apresentadas uma visão da produção de geração de energia elétrica no Brasil e uma perspectiva para o futuro, com base na projeção demográfica populacional do País para Serão abordados conceitos fundamentais de iluminação, juntamente com um breve histórico da evolução das diferentes tecnologias de lâmpadas e a perspectiva para o futuro da iluminação residencial. 2.2 Produção de energia elétrica do Brasil No Brasil, o consumo de energia elétrica teve um aumento aproximado de 4% no ano de 2013 em comparação com o ano anterior, atingindo 465TWh, e esse aumento deverá evoluir para cerca de 736TWh em 2021, priorizando as fontes renováveis hidráulica, eólica e biomassa (EPE, 2012). Segundo um estudo do Ministério de Minas e Energia (MME), atualmente a participação da capacidade instalada corresponde a 67,8% das hidráulicas, 30,3% das termoelétricas (gás 11,2%, carvão 2,6%, petróleo 6,0%, nuclear 1,6% e biomassa 8,9%) eólicas com 1,9% e solar menos de 0,01%. (MME, 2014) A geração por fonte de energia eólica será o grande destaque, aumentando de 1% para 7%, e no final do decênio, a fatia de fontes renováveis manter-se-á em torno de 83% (EPE, 2012). Com essa expansão, o País terá investimentos da ordem de R$ 190 bilhões. Ressaltamos que grande parte dos investimentos refere-se a empreendimentos já autorizados, incluindo as usinas com contratos assinados nos novos leilões de energia elétrica. O montante de R$ 100 bilhões será investido em novas usinas que ainda não estão contratadas e muito menos autorizadas, sendo 55% em hidrelétricas e 45% no conjunto de outras fontes renováveis. No Brasil, há mais de 500 empreendimentos, entre eles, alguns em construção e que já estão autorizados, mas não iniciaram ainda, e devem aumentar ainda mais a capacidade do parque gerador de energia elétrica do 19

20 País. Pode ser destacado, ainda, que o aumento da capacidade de geração de energia elétrica chegou a 50% nos últimos 10 anos (EPE, 2012). Em 2001, o País viveu uma crise de abastecimento no setor elétrico, e, por isso, a população foi submetida há vários meses de racionamento de energia elétrica. Um relatório elaborado pelo Tribunal de Contas da União (TCU) lançou uma estimativa de que os prejuízos entre 2001 e 2002 foram da ordem de R$ 45 bilhões (ELETROBRAS/Procel, 2007). No Brasil, a capacidade instalada da geração de energia elétrica teve um aumento de, aproximadamente, 4% no ano de 2011, na comparação com o ano anterior, atingindo a capacidade instalada de 117GW, e esta capacidade instalada deverá evoluir para cerca de 171GW em 2020, com a priorização das fontes renováveis (hidráulica, eólica e biomassa) (EPE, 2012). A distribuição do consumo de energia elétrica está dividida por setor no Brasil, como mostra a Figura 1. CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA POR SETOR 4% 3% 13% 8% 48% INDUSTRIAL RESIDENCIAL COMERCIAL PUBLICO AGROPECUARIO ENERGETICO 24% Figura 1. Consumo de energia elétrica setorizada (MME, 2014). O setor residencial consome 24% de energia elétrica, sendo que 20% é aplicado em iluminação. As lâmpadas incandescentes correspondem a 80% da iluminação residencial do País (EPE, 2010). 20

21 A energia consumida no setor residencial chegou a 102TWh em 2009; somente a iluminação residencial teve um consumo de energia de cerca de 14TWh nesse mesmo ano. Existem novas tecnologias de lâmpadas que podem fornecer maior lm/w com um custo energético menor do que a tecnologia de lâmpada incandescente, tornando-a obsoleta (EPE, 2010) (PROCEL, 2010). O País comercializa cerca de 300 milhões de lâmpadas incandescentes contra 100 milhões de lâmpadas fluorescentes por ano. Com o fim do uso desse tipo de tecnologia de iluminação (lâmpada incandescente) até o ano 2016, há uma previsão de economia de 10TWh por ano até 2030, o que representa uma economia de 4% no consumo residencial (ELETROBRAS/PROCEL, 2007) (MME, 2010) (PROCEL, 2010). Isso proporcionará uma economia equivalente a mais do que o dobro conseguido por meio do selo do Programa Nacional de Eficiência Energética (Procel, 2010). 2.3 Projeção demográfica do País para o intervalo As estimativas levam em consideração a população brasileira em 2011, segundo dados preliminares do Censo 2010 realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Essas projeções são baseadas na identificação das tendências demográficas observadas nos últimos anos, tais como a redução das taxas de fecundidade e de mortalidade. Temos, portanto, uma taxa média de crescimento populacional rapidamente decrescente, sinalizando o envelhecimento da população brasileira a um ritmo bastante acelerado. A projeção para os próximos 10 anos é de um aumento populacional de cerca de 13 milhões de pessoas. A Tabela 1 apresenta a projeção da população brasileira para o período (IBGE, 2012). Tabela 1. Brasil. Projeção da população (x1000), (IBGE, 2012) Ano Habitante (x1000) Variação % ao ano , ,6 21

22 A projeção do número de domicílios é estimada com base na relação habitante por domicílio, um indicador cuja evolução pode ser extraída dos censos realizados. No ano de 2011, a média de habitante por domicilio foi por volta de 3,3 e atingirá 2,9 habitantes por domicílio no final de 2021 (IBGE, 2012). A tendência decrescente da relação do número de moradores por domicílio deve-se, especialmente, à queda mais expressiva do crescimento populacional que, por sua vez, tem reflexo, especialmente, na queda da taxa de fecundidade total. Entender as perspectivas de evolução dessa relação é fundamental, já que, aplicada à evolução da população do IBGE, possibilita estimar o número total de domicílios, variável fundamental para a projeção do consumo residencial de energia elétrica. A Tabela 2 apresenta os resultados das projeções do número total de domicílios particulares permanentes, e a Tabela 3 mostra os números de habitantes por domicílios do Brasil e a divisão por regiões para o período de 2011 a 2021 (IBGE, 2012). Tabela 2. Número de total de domicílios (x1000) (IBGE, 2012) Ano Norte Nordeste Sudeste Sul Centro- Oeste Brasil Tabela 3. Número de habitantes por domicílio (x 1000), (IBGE, 2012) Ano Norte Nordeste Sudeste Sul Centrooeste Brasil ,5 3,2 3,0 3,2 3, ,7 3,3 2,9 2,8 3,0 3, ,5 3,1 2,7 2,6 2,8 2,9 2.4 Conceitos de iluminação e luminotécnicos aplicados à iluminação Serão abordadas algumas grandezas e conceitos relacionados para o entendimento dos elementos de iluminação e de luminotécnica. A cada definição, seguem as unidades de medida e símbolos. Também serão 22

23 utilizados alguns conceitos de luminotécnica e de física, tais como: conceito de luz, fluxo luminoso, eficiência luminosa, intensidade luminosa, iluminância, luminância, curva de distribuição luminosa, temperatura de cor, índice de reprodução de cores e fator de fluxo luminoso (CEA, 2010) Conceitos de luz Essa sensibilidade visual para a luz pode variar de acordo com o comprimento de onda da radiação e também com a luminosidade. O olho humano tem uma curva de sensibilidade cuja radiação de menor comprimento de onda seria de cor violeta e azul (CEA, 2010). Trata-se de outro modo de uma radiação eletromagnética que está situada entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. Três grandezas físicas são encontradas na luz, as quais são herdadas das grandezas de qualquer onda eletromagnética. São elas: intensidade (amplitude), que se identifica com o brilho, frequência, que se identifica com a cor, e polarização (ângulo de vibração) (CERVELIN, 2010). A luz é oriunda de radiação eletromagnética, atribuído um comprimento de onda (l) determinado por um intervalo (f) realizando a multiplicação é calculada a velocidade da luz (v) Equação 1; o olho humano é sensível a somente alguns tipos. v = lf Equação (1) A luz é uma radiação eletromagnética capaz de produzir uma sensibilidade visual (Figura 2). 23

24 Figura 2. Espectro eletromagnético (RISKS, 2008). O pico de emissão é aproximadamente de 500nm. O sol emite uma radiação cujo pico é encontrado na região visível do espectro eletromagnético (Figura 2) (PANSI, 2006): 10% na faixa do ultravioleta (100nm-400nm); 45% na faixa do visível (400nm-700nm); 45% na faixa do infravermelho (700nm 1000nm). O espectro visível ocupa uma faixa muito estreita compreendida entre 400nm e 700nm. A radiação visível é limitada pelas radiações ultravioletas e infravermelhas, estas não visíveis (CREDER, 2010) Radiação ultravioleta É um tipo de radiação eletromagnética invisível ao olho humano, com comprimentos de onda menores que os da luz, visíveis e mais longos que os dos raios X. A radiação ultravioleta natural é produzida principalmente pelo Sol, mas nem todos os comprimentos de onda chegam à superfície terrestre (CEA, 2010). 24

25 2.4.3 Radiação infravermelha É um tipo de radiação que possui menor energia devido ao fato de ter comprimentos de onda maiores. Também chamado de radiação térmica, esse aquecimento é devido à agitação dos átomos e moléculas do material Fluxo luminoso ( ) É a radiação total emitida por uma fonte luminosa por segundo em todas as direções como mostra a Figura 3, em forma de luz, capaz de estimular a retina ocular à percepção da luminosidade e sua unidade é o lúmen (lm). (CERVELIN, 2010) Figura 3. Fluxo luminoso emitido (OSRAM, 2011) Eficiência luminosa É a medida da relação entre a quantidade de luz de uma fonte luminosa produzida e a energia consumida em watts. Em outras palavras, essa grandeza retrata a quantidade de "luz" que uma fonte luminosa pode produzir a partir da potência elétrica de 1 watt; a unidade utilizada é o lúmen por watt (lm/w). Esse item é o mais importante no segmento de iluminação: quanto maior o valor do lm/w, maior será sua eficiência. A Tabela 4 mostra um exemplo aplicado em duas lâmpadas existentes no mercado (CEA, 2010). 25

26 Tipo Lâmpada incandescente de 100W Lâmpada fluorescente de 40W Tabela 4. Exemplo de eficiência luminosa Potência Lúmen Eficiência luminosa (W) (lm) (lm/w) 100W ,6 40W , Intensidade luminosa É a potência de radiação visível que fica disponível em uma determinada direção, devido ao fato de uma fonte de luz não emitir a mesma potência luminosa em todas as direções. O símbolo é (I) e a unidade é candela (cd) (CERVELIN, 2010) Iluminância É a relação entre o fluxo luminoso que incide em uma superfície e a área dessa superfície, ou seja, é a densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a qual este incide. O símbolo utilizado é (E) e a unidade é o lux (lx). A Tabela 5 mostra a aplicação de iluminância (CERVELIN, 2010). Aplicação Tabela 5. Exemplo de aplicação de iluminância Iluminância (lux) Dia ensolarado de verão em local aberto Dia encoberto de verão Dia escuro de inverno Boa iluminação de rua 20 a 40 Noite de lua cheia 0,25 Luz de estrelas 0, Luminância É a intensidade luminosa produzida ou refletida por uma superfície aparente, através da luminância que o homem enxerga. O símbolo utilizado é (L) e a unidade é candela por metro quadrado (cd/m 2 ) (CEA, 2010). 26

27 2.4.9 Temperatura de cor A temperatura de cor tem relação com a semelhança da luz diurna solar, ou seja, quanto mais claro o branco, maior a temperatura de cor. Uma luz amarelada é semelhante a uma lâmpada incandescente com aproximadamente 2700K de temperatura, enquanto uma luz clara (lâmpada fluorescente) tem 6500K de temperatura, conforme mostra a Figura 4 (OSRAM, 2011). Figura 4. Gráfico de temperatura de cor (OSRAM, 2011). Podemos ver a diferença entre a luz quente e a luz fria na Figura 5 (OSRAM, 2011). A B Figura 5. Temperatura de cor: (A) luz quente e (B) luz fria (OSRAM, 2011). Deve-se destacar que a eficiência energética de uma lâmpada não tem nenhuma relação com a cor da luz; a impressão de que quanto mais clara mais 27

28 potente não é válida. Quando se diz que a iluminação de um ambiente apresenta luz quente, isso não significa que a luz apresenta uma maior temperatura de cor, mas sim um tom mais amarelado. Esse tipo de iluminação tem aplicação em locais onde são desejados ambientes mais aconchegantes, tais como salas de estar e quartos. Do mesmo modo, quanto mais alta for a temperatura de cor, mais fria será a luz. Essa iluminação é utilizada para estimular a realização de alguma atividade, tais como em escritórios e cozinhas (COSTA, 2010). Dependendo do tipo de ambiente, há uma cor específica a ser aplicada. Essa característica é muito importante na hora da escolha da lâmpada Índice de Reprodução de Cor (IRC) Alguns objetos iluminados podem parecer diferentes, mesmo quando as fontes de luz têm tonalidades idênticas. Há variação de cor dos objetos quando iluminados sob fontes de luz com características diferentes. Identificamos aí um outro conceito, ou seja, através da reprodução de cores e de sua escala qualitativa no Índice de Reprodução de Cores (IRC). O IRC de uma lâmpada incandescente é de 100%, é a fonte de luz que mais se aproxima do Sol com relação à sua reprodução de cores. Quanto maior o IRC, melhor, a sua reprodução de cores, quanto menor, pior essa reprodução. Existe uma nota de 1 a 100 para o desempenho de outras fontes de luz como padrão, conforme a Figura 6 (OSRAM, 2011). 28

29 Figura 6. Tonalidade de cor e reprodução de cores (OSRAM, 2011). Na Figura 7, temos um exemplo de IRC aplicado em uma foto. O lado esquerdo apresenta uma iluminação com lâmpada incandescente, chegando a um IRC de 100%. A foto da direita apresenta uma iluminação com lâmpada fluorescente, com IRC de 85% (OSRAM, 2011). A B Figura 7. Foto (A) IRC 100% e (B) IRC 85% (OSRAM, 2011). 29

30 Harmônico, qualidade de energia elétrica Quando se fala em qualidade de energia elétrica, deve-se fazer essa análise sob o ponto de vista da operação do sistema de distribuição de energia elétrica. Há muitos estudos realizados acerca da economia e da influência do controle de potência de energia que são utilizados nos processos, provocando impacto direto na distribuição de energia elétrica. Se o controle de energia não for aplicado apropriadamente, pode haver prejuízos à qualidade de energia elétrica e a outros equipamentos que estão ligados na mesma rede de distribuição. A harmônica é a componente de uma onda periódica cuja frequência é múltiplo inteiro da frequência fundamental de 50Hz ou 60Hz, em que a resultante afeta os efeitos dela. A harmônica na rede elétrica pode ocorrer quando são ligadas cargas não lineares, ou seja, uma carga que passa uma corrente com uma forma de onda diferente da forma de onda da tensão da rede. Como são muitos os equipamentos que geram harmônicos na rede, é utilizado um parâmetro chamado Total Harmonic Distortion (THD) ou Distorção Harmônica Total. Seu objetivo é avaliar a importância das componentes harmônicas em um sinal. Os harmônicos na rede elétrica deterioram a qualidade da energia e podem causar diversos efeitos, sendo o mais preocupante a sobrecarga dos circuitos elétricos, principalmente o condutor neutro. Esses harmônicos são criados devido à presença de equipamentos eletrônicos na rede, principalmente os chaveamentos, e podem distorcer as formas de onda da tensão e corrente (PANSI, 2006) Fator de potência Fator de potência (FP) é a relação entre a potência ativa e a potência aparente Equação 2. Ele indicará o índice, o quanto de energia aparente fornecida pela concessionária é transformado em energia para realizar o trabalho. Quanto maior for o índice, maior será o aproveitamento de energia pelo consumidor, podendo variar de 0% a 100%. Um baixo índice de fator de 30

31 potência pode provocar vários problemas, como variação de tensão, diminuição do aproveitamento da capacidade dos transformadores e dos circuitos elétricos, aquecimentos dos condutores, entre outros. O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) determina que o fator de potência deve estar o mais próximo de 100%, com um valor mínimo especificado de 0,92% (CERVELIN, 2010). Equação (2) 2.5 Desenvolvimento das tecnologias de lâmpadas No século XI, a iluminação era produzida por combustão: as fogueiras e as tochas, em um primeiro momento, e depois as lamparinas, que utilizavam algum líquido inflamável, tornando a luz móvel. De seu início até hoje, a luz já sofreu muitas alterações. A produção de luz era algo completamente diferente; a iluminação pública era a gás, perigosa e poluente, passando do princípio químico para o princípio da física (TOMIOKA J., 2005). A primeira lâmpada a ser produzida comercialmente foi a incandescente. Thomas Edison ficou com a fama, mas quem realmente a inventou, por meio de experiências pioneiras, foi o inglês Humphy Davy na década de A iluminação elétrica foi descoberta no início do século XIX. Muito tempo depois, por volta de 1870, foi realizada a substituição dos dispositivos de iluminação de combustão pelos dispositivos de iluminação por eletricidade. A Figura 8 mostra a evolução da iluminação (AZEVEDO, 2009) 31

32 A B C D E F Figura 8. Evolução da iluminação: (A) fogueira, (B) vela, (C) lamparina de óleo, (D) lamparina a gás, (E) lâmpada incandescente, (F) iluminação do estado sólido (IEA, 2007) Tecnologia das lâmpadas Serão apresentadas a seguir as principais tecnologias em lâmpadas, aplicadas no setor de iluminação residencial mais utilizada em todo o mundo e no Brasil. São elas: as lâmpadas incandescentes, fluorescentes e de LED, estas últimas a proposta desta pesquisa Lâmpada incandescente Entre as contribuições mais universais de Thomas Edison para o desenvolvimento tecnológico e científico, encontra-se a primeira lâmpada elétrica incandescente (Figura 9). Essa invenção, em 1879, pôs fim ao uso de materiais combustíveis para a iluminação (S.A., 1993). A B Figura 9. Primeira lâmpada incandescente. (a) Versão de laboratório e (b) versão comercial (The Lighthouse Society of Great Britain, 2005). A lâmpada incandescente atual, como mostra a Figura 10, é um dispositivo elétrico que transforma energia elétrica em energia luminosa e energia térmica. 32

33 A primeira lâmpada incandescente utilizava uma haste de carvão (carbono) muito fina que, aquecida até próximo ao ponto de fusão, passava a emitir luz. Figura 10. Lâmpada incandescente (Autor). O termo incandescência refere-se ao estado de um corpo que será elevado a uma alta temperatura, emitindo radiação, fazendo com que esse corpo torne-se luminoso (CREDER, 2010). A melhor maneira de fazer isso em uma lâmpada incandescente é por meio de um filamento através do qual passa corrente elétrica, realizando um aquecimento a temperaturas de 3000K. Com essa temperatura alta, o filamento torna-se a incandescência branca e quente. Quanto maior a temperatura do filamento, maior será a luz visível emitida, porém, a taxa de evaporação também será maior, significando menor tempo de vida da lâmpada (OSRAM, 2011). O filamento tem de satisfazer alguns requisitos para não se romper: suportar o ponto de fusão elevado ao atingir elevadas temperaturas, suportar a resistência mecânica de vibrações e proteção contra a oxidação, a fim de ser utilizado por várias vezes, tendo, portanto, um tempo de vida longo. Atualmente, os filamentos são fabricados com tungstênio; seu ponto de fusão é muito alto, chegando a 3410K, com uma baixa taxa de evaporação quando submetidos a temperaturas elevadas. O material e a concepção do filamento beneficiam a redução da evaporação, a perda térmica e a eficiência da lâmpada. A taxa da perda de calor é proporcional ao comprimento. Se o filamento é enrolado, a evaporação é lenta, se comparado com um filamento linear; a concepção do comprimento e do diâmetro do fio é determinada em função da tensão e da corrente de operação, respectivamente. 33

34 Em relação ao bulbo de vidro, sua função é isolar o filamento do meio externo. É utilizado vácuo para lâmpadas menores de ou iguais a 40W ou gás inerte argônio para lâmpadas maiores de 40W. O gás é utilizado a fim de resolver os problemas dos tipos de: diminuição da evaporação, oxidação do filamento e escurecimento da lâmpada devido à eliminação de tungstênio(cervelin, 2010). A lâmpada incandescente apresenta uma eficiência energética com um rendimento mínimo de apenas 5% da energia elétrica consumida transformado em luz, e os outros 95%, transformados em calor. A eficiência luminosa é muito baixa, ficando em torno de 17lm/W; em consequência de suas altas temperaturas, sua vida útil é baixa, por volta de 750 horas Lâmpada fluorescente Em 1938, Nikola Tesla foi o homem que "espalhou luz sobre a face da Terra". Era conhecido por suas contribuições revolucionárias no campo do eletromagnetismo no fim do século XIX e início do século XX. Ele também introduziu no mercado a lâmpada fluorescente, tendo uma grande eficiência luminosa por emitir mais energia eletromagnética em forma de luz do que de calor. O princípio de funcionamento da lâmpada fluorescente começa com uma descarga entre os catodos de tungstênio, onde irá produzir luz dentro do tubo com vapor de mercúrio de baixa pressão juntamente com um gás inerte, podendo ser argônio ou mistura de argônio mais criptônio. Uma cápsula com líquido de mercúrio também é colocada dentro do tubo, e com essa mistura haverá uma boa conversão de energia elétrica em energia radiante, principalmente na luz ultravioleta. A face interna do tubo de vidro é revestida por fósforo, com uma espessura específica, onde produzirá o efeito de conversão da luz fluorescente ultravioleta para luz visível. O fósforo pode ser um material fluorescente ou fosforescente, cuja propriedade é absorver a luz de um comprimento de onda e depois emiti-la. O vidro é transparente à luz visível, mas impede que escape a luz ultravioleta. O material de construção do tubo de vidro geralmente é feito de um 34

35 material de carbonato de sódio; a eficiência da lâmpada depende da forma do tubo, ou seja, quanto mais longo for o tubo, maior é sua eficiência(cervelin, 2010). Comparando com a lâmpada incandescente, a faixa da temperatura de cor é próxima de 3000K, o que significa uma luz quente. Já para a lâmpada fluorescente, a faixa da temperatura de cor é em torno de 6500K (cor fria), semelhante à luz natural. A energia elétrica é convertida em luz ultravioleta com uma eficiência por volta de 63%, enquanto o restante é dissipado com calor na descarga dos eletrodos. Cerca de 40% da luz ultravioleta é, então, absorvido pela substância fosforescente sendo emitida como luz visível e o resto é perdido. Em termos gerais, 20% do consumo de energia elétrica é convertido em luz visível (CERVELIN, 2010). A lâmpada fluorescente, ao contrário da lâmpada incandescente, possui uma grande eficiência luminosa que pode chegar até cinco vezes mais do que a lâmpada incandescente, superando os 70lm/W, por emitir mais energia eletromagnética em forma de luz do que a produção de calor. Sua vida útil pode ultrapassar horas de uso (CEA, 2010). A eficiência luminosa pode ser reduzida em ambientes frios. As temperaturas ideais para sua aplicação são de 15ºC a 30ºC. Assim, pode-se obter uma economia de 80% de energia elétrica, porém, seu custo de aquisição é maior que o da lâmpada incandescente. A Figura 11 mostra uma lâmpada fluorescente no formato tubular longo (CERVELIN, 2010). Figura 11. Características construtivas de lâmpada fluorescente tubular (CERVELIN, 2010). Já por volta dos anos 80, foi criada uma lâmpada fluorescente de tamanho reduzido, para aumentar o gama de aplicações de iluminação fluorescente. O principal objetivo de seu desenvolvimento era que substituísse diretamente a lâmpada incandescente. Conhecidas como lâmpadas 35

36 econômicas, construídas de diferentes formas (Figura 12), o tubo pode ser em espiral ou tubular com um, dois, quatro ou mais paralelos ramificados e possui um diâmetro muito reduzido, de cerca de 10mm a 16mm (CERVELIN, 2010) (CEA, 2010). A B C Figura 12. Modelos de lâmpadas fluorescentes compactas: (A) Tubular com dois tubos paralelos, (B) tubo espiral e (C) tubular com quatro paralelos (OSRAM, 2011) Reciclagem de lâmpadas com mercúrio A reciclagem adquire, agora, um papel importante na área de iluminação. Com o aumento da utilização das lâmpadas fluorescentes compactas, torna-se necessário um cuidado maior no final de sua vida, pois essa tecnologia pode trazer um problema ambiental, aja que o mercúrio encontrado em seu interior pode contaminar os aterros sanitários e lençóis freáticos. As lâmpadas fluorescentes compactas contêm, em seu interior, 5mg de mercúrio, componente essencial para o seu funcionamento. Segundo alguns dados, somente 4% da produção das lâmpadas fluorescentes compactas é reciclado (IEA, 2010) Lâmpada do estado sólido para iluminação (LED) A lâmpada de estado sólido para iluminação (LED) foi criada por Nick Holonyank, por volta de Ele inventou o primeiro espectro visível de LED, 36

37 que levou o nome, na época, de o mágico, pois sua luz era visível ao olho humano, ao contrário dos lasers infravermelhos. Apesar de terem sido descobertos há muito tempo, a eficiência dos materiais de estado sólido para iluminação era restrita às cores básicas: vermelho, verde e, por último, azul. Essa descoberta tinha pouca eficiência luminosa, sendo inferior às lâmpadas convencionais da época. Seu custo era muito elevado, o que restringiu a aplicação dos LEDs à área eletrônica. Para a aplicação na iluminação residencial, os domínios ficavam com as tecnologias incandescente e fluorescente compacta (NOVOA, 2010). O conceito do estado sólido para iluminação é utilizado para definir que a luz emitida a partir de um objeto sólido, em vez de usar descargas por meio de um gás no caso da lâmpada fluorescente ou utilizando filamento utilizado em lâmpada incandescente. A luz é normalmente emitida por eletroluminescência em dispositivos chamados diodos emissores de luz ou LEDs. Se a tensão aplicada entre o anodo e catodo do semicondutor for um valor adequado do material do tipo n e as lacunas do material do tipo p, ambos se deslocam em direção à junção p-n. Para o seu funcionamento, um excesso de elétrons livres é necessário na banda de condução e um excesso de buracos livres, na banda de valência, que é produzida por uma injeção de corrente. Quando a tensão é aplicada, existe uma injeção de elétrons a partir da camada n, bem como os furos da camada p, e elétrons e buracos recombinam-se radiativamente. Se o elétron encontra um buraco, caindo de banda de condução (alto nível de energia) para banda de valência (baixo nível de energia), liberta energia na forma de um fóton que transporta a luz, como mostrado na Figura 13 (AZEVEDO, 2009) Em seguida, dependendo da energia, a distância entre os níveis de elétrons e lacunas que estão diretamente em função do material utilizado determinará o comprimento da onda de energia e, consequentemente, a cor da luz emitida (CEA, 2010). 37

38 Figura 13. Funcionamento de um LED (AZEVEDO, 2009). Para a criação do LED de luz branca, são utilizados diferentes métodos: A luz azul com amarelo fosforescente: utiliza revestimento de fósforo para converter parte da luz azul em amarelo e, em seguida, há a combinação de azul e amarelo, o que é uma maneira barata de produzir luz branca. A luz azul com vários fósforos: cada fósforo emite uma cor diferente; essa mistura com azul emite uma luz branca de melhor qualidade, porém mais cara. A luz ultravioleta com fósforos RGB (Red, Green e Blue): a luz ultravioleta é convertida utilizando esses fósforos para gerar uma vasta gama do espectro. A temperatura de cor da luz branca pode ser feita de uma faixa aberta. Assim, pode ser feita uma luz branca (Figura 14) com temperatura de cor de 3500K mais perto de incandescente até muito branco frio com temperatura de cor de luz de 8000K. Figura 14. Mistura aditiva de cores (AZEVEDO, 2009). 38

39 Os materiais de estado sólido para iluminação são monocromáticos, ou seja, geram apenas uma cor, dependendo do tipo de material utilizado, tais como arsênio, fósforo e galênio. Já nas lâmpadas incandescentes, a abrangência é de todo o espectro de cores. As novas soluções materiais do estado sólido para iluminação podem estar alterando a decoração das casas das cidades ao oferecer uma gama de cores abrangente com essa evolução, ganhando rapidamente o mercado de iluminação (DOE, 2010). Estudo do setor mostra que o mercado mundial do material de estado sólido para iluminação atingiu um bilhão de dólares em vendas no ano de O mercado acreditava que a maioria das aplicações dessa tecnologia era para iluminação de luz colorida, porém, o mercado já corresponde a 60% de luz branca em suas aplicações na área de iluminação nesse mesmo ano (CHUNG, 2012) Essa tecnologia de iluminação promete uma grande economia de energia elétrica para o futuro. Hoje, ela vem sendo produzida com um custo cada vez menor, porém, o custo para sua aquisição, comparando-se com as outras tecnologias existentes no mercado, é oneroso. A utilização dessa tecnologia de lâmpadas faz a conta de luz ficar mais barata, o que deve provocar um aumento na produção em larga escala e, como consequência, o valor desse produto tende a cair (IEA, 2010) (TOMIOKA J., 2005). A tecnologia de estado sólido para iluminação possui taxas de eficiência energética entre 30% e 50%, e a eficiência luminosa continua a se desenvolver intensamente, podendo chegar a cerca de 100lm/W na iluminação de luz branca, dependendo da tecnologia com que é fabricada. A Figura 15 mostra a evolução das tecnologias das lâmpadas em um momento na linha do tempo de 1950 a 2025, em a lâmpada fluorescente terá uma evolução quanto à eficiência luminosa e depois mostra a rapidez com que as lâmpadas de LED no mesmo período supera a eficiência luminosa das outras tecnologias (IEA, 2010). 39

40 Figura 15. Evolução da tecnologia das lâmpadas utilizadas em iluminação (TSAO, 2004) A tecnologia de estado sólido para iluminação tem uma vida útil acima de horas, mas já existem protótipos que atingiram entre a horas de vida útil. A Figura 16 mostra alguns modelos de lâmpadas de LED (DOE, 2010). Figura 16. Vários modelos de lâmpadas LED (OSRAM, 2011) Lâmpada do estado sólido para iluminação - Organic Light-Emitting Diode (OLED) A tecnologia OLED (Organic Light-Emitting Diode) vem com a criação de um novo produto de alto desempenho, com o nome de LEDs orgânicos, que ganham 60% em eficiência luminosa, emitindo luz branca comparável à luz do Sol. 40

41 Os ganhos não são poucos; o novo LED possui uma luz mais agradável aos olhos humanos, a sensação de uma luz mais quente e mais brilhante, conforme mostra a Figura 17, consumindo menos energia elétrica, tendo uma maior eficiência e uma maior vida útil. Essa produção é ainda pequena e está voltada mais para as áreas de pesquisa (DOE, 2010) (IEA, 2010). A B Figura 17. Tipos de LED: (A) LED tradicional e (B) OLED que emite uma luz branca mais pura (IEA, 2013). Essa tecnologia relativamente nova é consiste na utilização de materiais semicondutores orgânicos à base de carbono, ao invés de inorgânicos, como nos LEDs. Sua principal diferença quando comparado com LEDs comuns é que LEDs emitem luz em pontos, enquanto OLED pode emitir luz difusa, que é distribuída ao longo de uma tela inteira ou de uma superfície. A iluminação OLED terá abrangência em alguns ambientes, como locais de trabalho, áreas públicas, habitações, e em meios de transporte, como automóveis, trens e aviões. Essa fonte de luz permite uma melhoria significativa na aparência dos espaços em que são aplicados, sendo possível a criação de painéis de vidro que podem ser acesos por meio de um interruptor, ou janelas iluminadas que, à noite, emitem uma iluminação delicada para o ambiente, conforme mostrado na Figura 18 (COSTA, 2010) 41

42 Figura 18. Iluminação de OLED (COSTA, 2010). O princípio de funcionamento do OLED é a eletrofosforescência e sua construção consiste em várias camadas orgânicas ou camadas poliméricas finas, que formam os elétrons, camadas emissivas e a camada condutora de furos. Entre eles, encontram-se os dois eletrodos de metal, de cátodo e ânodo, com um deles transparente e o outro, uma reflexão espelho, conforme é mostrado na Figura 19 (CHUNG, 2012). O OLED consiste nas seguintes partes: Cátodo: pode ou não ser transparente, dependendo do tipo de OLED o cátodo injeta elétrons quando a corrente passa através do dispositivo. Camadas orgânicas: são feitas de moléculas orgânicas ou de polímeros. Camada condutora: é feita de moléculas de plástico orgânico que transportam "buracos" do ânodo. Um polímero condutor usado nos OLEDs é a polianilina. Camada emissiva: feita de moléculas plásticas orgânicas (diferente da camada condutora), que transportam elétrons do 42

43 cátodo. É aqui que a luz é gerada. Um polímero usado na camada emissiva é o polifluoreno. Ânodo (transparente): remove elétrons (adiciona "buracos" de elétron) quando uma corrente passa através do dispositivo. Substrato (plástico transparente, vidro, lâmina): o substrato dá suporte ao OLED. Figura 19. Camada de aplicação de OLED (CHUNG, 2012). Tal como em LEDs, a tensão é aplicada fazendo com que o ânodo positivo transportado respeite o cátodo, de modo que o fluxo de elétrons seja do cátodo para o ânodo, enquanto os furos são gerados na camada condutora. Portanto, torna-se a camada emissiva carregada negativamente, enquanto a camada condutora de carga positiva com elétrons e buracos recombinem radiativamente emissores de fótons e, consequentemente, a luz. Dependendo dos materiais de cores diferentes, são emitidas no visível espectro e sua combinação pode gerar luz branca (CEA, 2010) Tecnologia Field Emission Display (FED) O FED é uma nova tecnologia de iluminação desenvolvida que realiza a emissão de campo elétrico aplicado, criado por uma separação de carga muito forte para puxar os elétrons de um nanotubo de carbono. Estes são cilindros ocos muito pequenos, que emitirão um fluxo de elétrons acelerados através do vácuo para a visualização na tela. A superfície interna da tela é revestida com os fósforos que iluminam, quando eles são excitados pelos elétrons. Os 43

44 fósforos na tela representam os pixels que iluminam a luz vermelha, azul e verde para produzir uma imagem colorida, como um display eletrônico visual, visíveis ao olho humano, como mostra a Figura 20 (CHUNG, 2012) Figura 20. Aplicação de uma tela flexível (FED) (CHUNG, 2012) O FED oferece melhor qualidade, maior economia de energia elétrica e não contém materiais perigosos ao meio ambiente, como o vapor de mercúrio utilizado em lâmpadas fluorescentes, mas o custo para sua fabricação em larga escala ainda é muito elevado (CHUNG, 2012). Essa tecnologia pode corresponder exatamente ao espectro de luz natural e pode produzir uma variedade mais ampla de cores do que os diodos emissores de luz (LEDs). Eles são até cinco vezes mais eficientes do que as tecnologias existentes (CHUNG, 2012). 2.6 Vantagens e desvantagens dos materiais de estado sólido para iluminação Como a lâmpada de LED é um produto que vai quebrar as paradigmas do mercado de iluminação, existem algumas vantagens e desvantagens: Vantagens: lâmpadas. Compatibilidade de aplicação com as outras tecnologias de Projetos compactos devido às suas dimensões. O potencial de dimmig (sem alteração na temperatura da cor). 44

45 Ajustes de várias cores de luz. Redução no custo de manutenção. Alta eficiência luminosa. Redução dos níveis de calor, diminuindo o risco de queimaduras. Maior eficácia em baixas temperaturas (até -40ºC). Emissão precisa direcionada sem acessórios ou refratores. Vida útil longa, de 2 a 3 vezes mais do que a lâmpada fluorescente. Não contamina o meio ambiente por não conter mercúrio. Desvantagens: Taxa de retorno. Se for comparado de forma imediata, o LED pode afastar clientes novos, pois ainda é um investimento caro, porém a tendência é de abaixar o custo do produto. Nem sempre a luminária é adequada para receber a lâmpada de LED, devendo-se procurar uma solução para não comprometer a vida útil do produto. Falta de uma norma específica para o produto no mercado. 2.7 Aplicação em produtos utilizando LED A utilização dos materiais do estado sólido começou no final dos anos As primeiras aplicações eram conhecidas como pequenas lâmpadas aplicadas em diversos tipos de aparelhos eletrônicos usados para indicadores. Mais tarde, teve aplicações em displays de calculadoras e relógios eletrônicos. Hoje podemos encontrar aplicação dos materiais do estado sólido em diversas áreas, como: Em grandes cidades: aplicação nos semáforos e nas demais sinalizações de trânsito. Na área automobilística: nos painéis, faróis e lanternas de automóveis. Em diversas áreas da Medicina: podem ser encontrados em tratamentos para o combate ao câncer e odontológicos, para polimerização de compostos dentários. 45

46 Na Botânica: utilizados para acelerar no processo de fotossíntese das plantas, aumentando seu crescimento. Na instrumentação: em sensores de fluorescência e espectroscopia. Na eletroeletrônica: utilizados em TVs de LED, monitores de computadores, notebooks, smartphone, tablets, lâmpadas residenciais, públicas, entre outras. A Figura 21 mostra algumas aplicações. Figura 21. Aplicações utilizando matérias de estado sólido (DOE, 2010). 46

47 CAPÍTULO 3 3 Políticas de eficiência energética 3.1 Introdução Neste capítulo abordaremos planos adotados por alguns países para a retirada das lâmpadas incandescentes do mercado. A International Energy Agency (IEA) recomenda que os países realizem um planejamento para a adoção de uma política de eficiência energética, promovendo, entre outras ações, a retirada da lâmpada incandescente do mercado. Vários países tais como: Austrália, Argentina, Estados Unidos da America, Brasil entre outros da comunidade européia têm adotado políticas energéticas em que é considerada a viabilidade da implantação dessas medidas, considerando os aspectos econômicos, técnicos e legais dentro da especialidade de cada país (BASTOS, 2011) (IEA, 2010). 3.2 Comunidade Europeia Em 2007, nos 27 países do bloco da Comunidade Europeia, havia um total de 4 bilhões de pontos de iluminação com lâmpadas incandescente, halógena e fluorescente compacta, sendo o consumo anual de eletricidade de 112TWh. A despesa anual foi calculada em aproximadamente 15 bilhões de euros, e a emissão de CO 2 no meio ambiente ficou em 48 milhões de toneladas (COMMUNITIES, 2009) Este estudo mostrou ainda que, no ano de 2007, o mercado de lâmpadas sinalizava a venda de 690 milhões de lâmpadas fluorescentes compactas contra o domínio de 767 milhões de unidades das lâmpadas incandescentes. O domínio das lâmpadas incandescentes instaladas nas residências corresponde a 54% do total de lâmpadas ou, aproximadamente, cerca de 3 bilhões de unidades (BASTOS, 2011) (COMMUNITIES, 2009). Houve um planejamento estratégico para a implantação do programa de etiquetagem (Figuras 22 e 23), que classificaria a eficiência energética de equipamentos, cujo início foi no ano de 1992, na Comunidade Europeia. Essa classificação variava do mais eficiente, indicado com a letra A, até o menos eficiente, indicado com a letra G. No caso das lâmpadas, foram atribuídas classificações A e B para lâmpadas com eficiência energética e E, F ou G para 47

48 lâmpadas menos eficientes, buscando-se estimular os consumidores a escolherem lâmpadas com tecnologia mais eficiente (COMMUNITIES, 2009). Figura 22. Etiqueta de eficiência energética implantada na UE em 1992 (COMMUNITIES, 2009) Figura 23. Nova etiqueta de eficiência energética implantada na UE em 2011 (CHUNG, 2012). Foi grande a arquitetura política para estimular o consumo de lâmpadas com eficiência energética, segundo estudo apresentado para a Comunidade Europeia no ano de 2007 (CEA, 2010). Depois desse estudo, houve um planejamento com a tomada de medidas drásticas para a substituição das lâmpadas incandescentes, menos eficientes, atingindo-se uma projeção de redução, por volta, de 39TWh de 48

49 consumo de energia elétrica na Comunidade Europeia e uma diminuição do custo da rede elétrica de 22 euros em 2020, se compararmos com um cenário sem proibição de lâmpadas com pouca eficiência (BASTOS, 2011). Se os preços médios da eletricidade no ano de 2005 dos países da Comunidade Europeia fossem de 14 centavos de euro por kwh, estimou-se uma economia de 5 bilhões de euros, conforme apresentado na Tabela 6. Economia estimada Tabela 6. Resultado da política de eficiência energética Energia elétrica Redução de emissão de Custo evitado (bilhões economizada CO 2 (milhões de de Euros) (TWh) toneladas) Só na Europa, 32 milhões de toneladas de carbono são despejadas na atmosfera por ano. Foi estimada, com a saída da lâmpada incandescente do mercado, a redução de emissão de carbono, que poderia chegar a 160 milhões de toneladas no período de 2009 a 2020 e de 15 milhões de toneladas de carbono somente para o ano de 2020 (COMMUNITIES, 2009). A entrada da lâmpada fluorescente compacta gerou outro problema: apenas 20% das lâmpadas são recicladas corretamente, o restante tem como destino aterros sanitários. Lembramos que, no interior dessa tecnologia de lâmpada, é encontrado o mercúrio, metal pesado contaminante para o meio ambiente (CEA, 2010). 3.3 Austrália Em estudo realizado para a eficiência energética em iluminação para a Austrália, foi estimado que o consumo anual de energia elétrica em iluminação do país no ano de 2004 foi de 27TWh no parque de lâmpadas de diversos setores. Com isso, foi elaborada uma campanha de conscientização através da etiquetagem, que permite a comparação dos produtos segundo sua eficiência energética. Esse processo começou nos anos 1980, em equipamentos 49

50 eletroeletrônicos, porém somente mais tarde foi utilizado em lâmpadas de eficiência energética (Figura 24) (CEA, 2010). Figura 24. Etiqueta de eficiência energética da Austrália (CEA, 2010). Para o planejamento dessa política de eficiência energética, foi desenvolvida uma estratégia de comunicação para orientar o consumidor na hora da compra de lâmpadas, focando e eficiência energética. É importante a colaboração de vários tipos de canais de comunicação, como vendedores de lojas devidamente treinados, profissionais do designer, os quais estão envolvidos com reformas ou com novos empreendimentos, instaladores de equipamentos elétricos, atendentes que prestam serviço por telefone para esclarecer dúvidas do consumidor, displays e panfletos informativos em pontos de vendas de lâmpadas indicando quais são as opções com mais eficiência energética (CEA, 2010). 3.4 Argentina No ano de 2005, a Argentina iniciou um projeto para doar lâmpadas eficientes, buscando promover a eficiência energética. As lâmpadas fluorescentes de 18-20W substituiriam as lâmpadas incandescentes de 60W, 70W e 100W. Esse planejamento elaborado pelo governo previa uma doação de 5 milhões de lâmpadas no ano de 2008, 10 milhões de lâmpadas no ano de 2009 e 10 milhões de lâmpadas no ano de 2010 (CEA, 2010). Com a substituição das lâmpadas de menor eficiência por lâmpadas mais eficientes, haveria uma redução de 2.048GWh de energia elétrica consumida em iluminação projetada para o ano de 2010, e de 1.246MW em 50

51 uma demanda esperada, comparando-se com um cenário sem nenhuma ação efetiva no mercado de iluminação residencial (BASTOS, 2011). A Tabela 7 mostra o resultado da evolução ano a ano da substituição das lâmpadas. Tabela 7. Plano de substituição das lâmpadas com pouca eficiência por lâmpadas eficientes (BASTOS, 2011) Resultados obtidos Ano da doação Mercado Unidade Lâmpadas sem eficiências GWh Lâmpadas com eficiências GWh Economia GWh No final do ano de 2008, o governo proibiu a importação e comercialização de lâmpadas incandescentes para uso residencial em todo o país, ou seja, somente lâmpadas eficientes poderiam ser comercializadas (CEA, 2010) (IEA, 2009). 3.5 Estados Unidos da América No ano de 1979, começou a ser implantado um programa de etiquetagem americana de eficiência energética conhecido como EnergyGuide. A partir de 1992, ele passou a ser aplicado em diversos equipamentos eletroeletrônicos. O Enviromental Protection Agency (EPA) lançou nos Estados Unidos um selo chamado Energy Star, que tinha a função de indicar aos consumidores os equipamentos mais eficientes energeticamente. Sua aplicação em lâmpadas começou somente em 1994, trazendo algumas características do produto: luminosidade em lumens, potência em watts e vida útil em horas. Em 1999, passaram a fazer parte do programa de eficiência energética as lâmpadas fluorescentes compactas, que receberam o selo Energy Star, conforme mostrado na Figura 25 (DOE, 2007). 51

52 Figura 25. Mostra identidade visual do Selo Energy Star (DOE, 2007). Os Estados Unidos da América, sob a responsabilidade do Department of Energy (DOE), apresentou, no ano de 2002, um estudo segundo o qual havia aproximadamente 4 bilhões de lâmpadas incandescentes sendo utilizadas, as quais consumiam cerca de 286TWh de energia elétrica por ano, estando 58% delas no setor residencial. A pesquisa foi elaborada pela National Electrical Manufaturers Association (Nema), cujas empresas associadas venderam para o mercado consumidor americano, em 2006, cerca de 1,7 bilhão de lâmpadas. Destas, 1,5 bilhão eram incandescentes e apenas 200 milhões eram lâmpadas fluorescentes compactas (DOE, 2007). A Nema foi favorável a um programa nacional de eficiência energética no ano de 2007 para a eliminação progressiva das lâmpadas incandescentes do mercado, com o intuito de conservação de energia. No mesmo ano, foi assinada uma lei cuja proposta era o banimento das lâmpadas incandescentes entre 2012 a 2014 naquele país. Um estudo preliminar destaca uma redução de 81TWh em 2020, que significa uma redução de 10GW e de 16 milhões de toneladas de CO 2 emitido no horário de pico devido à política de eficiência energética adotada (IEA, 2007) (DOE, 2010). No início de 2007, foi lançado nos Estados Unidos um movimento chamado 18seconds.org. De acordo com seus organizadores, esse é o tempo que se gasta para trocar uma lâmpada convencional por uma econômica. Com a mensagem Troque uma lâmpada, troque tudo, que teve o apoio e a divulgação do megaportal Yahoo, o movimento contabilizou mais de 55 milhões de lâmpadas trocadas. Com essa mudança, evitou-se a queima de mais de 3 milhões de toneladas de carvão e a emissão de 11 milhões de toneladas de CO 2. Essa quantidade foi bastante significativa. Para se ter um comparativo, durante um voo de São Paulo a Nova York, um jato emite cerca de 3 toneladas de CO 2. Isso significa que, para emitir a mesma quantidade de CO 2 52

53 economizada pela troca das lâmpadas nos EUA, uma pessoa teria de fazer 4 milhões de viagens de São Paulo a Nova York. Com o sucesso dessa medida, outros países também passaram a adotar programas de eficiência energética. 3.6 Movimento no Brasil O Brasil deve substituir as lâmpadas incandescentes até o ano de Com essa iniciativa, deverá alcançar uma economia anual de energia elétrica da ordem de aproximadamente de 7TWh por ano, o equivalente à construção de uma usina de 2GWh de capacidade instalada. Para avaliar os impactos desse projeto, tomemos como exemplo o uso de lâmpadas incandescentes instaladas em 50 milhões de residências no Brasil. Estimando o uso de cinco lâmpadas incandescentes de 60 watts para cada uma dessas residências (já que essa é a mais vendida no país), ligadas uma hora por dia, o resultado é uma demanda de cerca de 15GWh (MME, 2010). Se todas as famílias brasileiras trocassem apenas duas lâmpadas incandescentes comuns por lâmpadas fluorescentes, que são mais eficientes, a economia gerada evitaria a construção de uma nova usina termelétrica no país, justamente o tipo de usina que mais emite CO 2, um dos causadores do efeito estufa. Ainda hoje, mesmo depois da crise do apagão, temos uma grande quantidade de residências utilizando lâmpadas incandescentes, onerando o custo para suas residências e para a geração de energia elétrica no país. No ano de 1984, o Instituto Nacional de Metrologia (Inmetro) lançou o Programa Brasileiro de Etiquetagem, que utilizava a denominada Etiqueta Nacional de Conservação de Energia, semelhante à etiqueta europeia, conforme mostra a Figura 26. Essa etiqueta é colada nos produtos para orientar o consumidor no ato da compra, indicando os que apresentam os melhores níveis de eficiência energética dentro de cada categoria, proporcionando economia na conta de energia elétrica. Essa classificação variava do mais eficiente, indicado com a letra A, até o menos eficiente, indicado com a letra G. No caso das lâmpadas, foram atribuídas classificações A e B para lâmpadas com mais eficiência energética e E, F ou G para lâmpadas menos eficientes, buscando-se estimular os 53

54 consumidores a escolherem lâmpadas com tecnologia mais eficiente (PROCEL, 2010) A B Figura 26. Programa PROCEL: (A) selo de eficiência energética e (B) etiqueta de eficiência energética (Procel, 2010). Além disso, o programa estimula a fabricação e a comercialização de produtos mais eficientes, contribuindo para o desenvolvimento tecnológico e a preservação do meio ambiente. A promoção do uso racional de energia elétrica por meio de programas de eficiência energética alinha-se ao conceito de sustentabilidade. Assim, é possível rever até os planos de investimentos de novos projetos de usinas, principalmente na região da Amazônia, em meio a graves discussões e disputas judiciais sobre os problemas ambientais e sociais dessas unidades. Deve-se lembrar que esse tipo de investimento poderia ser redirecionado para outros setores mais carentes do país, como o setor da saúde, sem a necessidade de recriar impostos (ELETROBRAS/PROCEL, 2007) (MME, 2010) (MME, 2005). 3.7 Eficiência energética para economia de energia elétrica para o Brasil O Brasil, quanto ao consumo de energia elétrica, deve ter priorizados seus trabalhos de racionalização segundo os modelos que foram implantados nos países da Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD). Se não tivessem sido tomadas medidas de racionalização e eficiência energética nesses países após as crises do petróleo da década de 70, o 54

55 consumo de energia elétrica seria 48% maior do que o atual, como mostrado na Figura 27 (IEA, 2007) Ganhos de eficiência nos países da OECD uso real de energia uso hipotético sem economia de energia Figura 27. Ganhos de eficiência nos países da OECD, (IEA, 2007). O Brasil é um país emergente, que está em desenvolvimento. O consumo de energia elétrica per capita do País ainda é pequeno se comparado aos países da OECD. Não se poderia esperar que medidas de eficiência energética tivessem tanto impacto. Isso é proporcional; quando há um crescimento na economia, há também um crescimento de consumo de energia elétrica, tudo isso para promover o desenvolvimento (DOE, 2010). O que pode ser feito é utilizar tecnologias modernas e eficientes no início do processo de desenvolvimento, acelerando seu uso. Esse é o chamado efeito leapfrogging, que se contrapõe ao pensamento de que, para haver desenvolvimento, é preciso que ocorra impactos ambientais (Figura 28) (TSAO, 2004). 55

56 Figura 28. A curva de Kuznets para os impactos ambientais e estágios de desenvolvimento (TSAO, 2004). A concretização dessas ações é simples, e pode ser economicamente atrativa se for realizada por um bom planejamento energético. Há várias tecnologias modernas e eficientes que podem ser utilizadas no mercado. Com a conservação e economia de energia elétrica, podemos reduzir o consumo e adiar a necessidade de investimentos em expansão da capacidade instalada. Toda ação tem uma reação, e no sistema energético não poderia ser diferente. Para satisfazer a energia útil requerida pela sociedade, pode-se ter a degradação do meio ambiente, a fim de suprir suas necessidades (ELETROBRAS/PROCEL, 2007) (EPE, 2010). A eficiência energética é, sem dúvida, a maneira mais efetiva de reduzir os custos e os impactos ambientais locais e globais. Além disso, a economia de energia elétrica pode diminuir a necessidade de subsídios governamentais para o setor. Um grupo de estudos da Unicamp demonstrou que a área de eletricidade deveria ter uma redução de energia elétrica de 38%, através de ações planejadas, até 2020 (BAJAY, 2010). 56

57 3.8 Sustentabilidade Sustentabilidade é suprir as necessidades da geração presente sem afetar a habilidade das gerações futuras de suprir as suas (Brundtland, 1987). Sustentabilidade é um conceito sistêmico, relacionado com a continuidade dos aspectos econômicos, sociais, culturais e ambientais da sociedade humana. Em termos simples, é prover o melhor para as pessoas e para o meio ambiente, tanto agora como em um futuro indefinido. É um meio de transformar a civilização e as atividade humanas, de tal forma que a sociedade, seus membros e suas economias possam preencher suas necessidades e expressar o seu maior potencial no presente e, ao mesmo tempo, preservar a biodiversidade e os ecossistemas naturais, planejando e agindo de forma a atingir a proficiência na manutenção indefinida desses ideais. Para um empreendimento humano ser sustentável, deve levar em consideração quatro requisitos básicos (BRUNDTLAND, 1987): Ser ecologicamente correto Economicamente viável Socialmente justo Culturalmente aceito Não existe no mundo atual uma atividade que esteja mais alinhada com o conceito de sustentabilidade do que a eficiência energética, promovendo o uso racional das diferentes energias, entregando a mesma produtividade, confiabilidade e conforto para os setores econômicos e para a sociedade (Cea, 2010). 3.9 Economia potencial de energia elétrica através do LED O Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveu uma estratégia para acelerar a introdução das lâmpadas de LED no mercado de iluminação, para alcançar a eficiência energética. Essa economia de energia elétrica trará grandes benefícios para os EUA, e serão concentrados fortes recursos para manter sua liderança mundial na utilização dessa tecnologia. Há um grande potencial econômico de energia elétrica na utilização da lâmpada de LED, em relação às lâmpadas incandescente, halógena, fluorescente e de descargas de alta intensidade. 57

58 Segundo projeções econômicas para o mercado de iluminação, o consumo anual de energia elétrica que utiliza lâmpadas de LED, para um cenário futuro, comparado com os níveis atuais de mercado, para essa tecnologia de lâmpada ter sucesso no mercado, terá de ter um preço compatível e uma vida útil maior do que as outras tecnologias de lâmpadas (DOE, 2007). A iluminação de LED tem o potencial de economizar, no consumo de energia elétrica aplicada à iluminação, quase a metade conforme o gráfico da Figura 29. Claro que utilizando lâmpadas de LED, luminárias com eficiência, vida atingindo o especificado e preço competitivo, a iluminação de LED terá uma penetração de mercado bem significativa. A previsão, até 2030, é de um crescimento de 74% de lmh em vendas, atingindo uma economia de energia elétrica de 300TWh. Considerando o preço da energia elétrica hoje, a economia será por volta de US$ 30 bilhões de economia, e será possível, também, reduzir o efeito estufa em 210 milhões de toneladas de CO 2. Figura 29. Projeção de economia de energia elétrica nos USA (DOE, 2010). O consumo de energia elétrica para iluminação diminuirá em cerca de 46% em relação a um cenário sem a penetração da lâmpada de LED no 58