SUSTENTABILIDADE E ECONOMIA USANDO ENERGIA SOLAR: AQUECIMENTO DA PISCINA DA UTFPR

Transcrição

1 ! #"$% " &('*)+'-,.0/ E+F G-80H0,'3/ )JIK'*.0, 1-A+B580L0=0,8JM?'NIN89'>G*4+GOIP'-)OIP1+H0/ F SUSTENTABILIDADE E ECONOMIA USANDO ENERGIA SOLAR: AQUECIMENTO DA PISCINA DA UTFPR Andrea de Souza (UTFPR) souza@utfpr.edu.br Jorge Carlos Correa Guerra (UTFPR) jccguerra@yahoo.com.br Os problemas sobre o correto uso dos recursos naturais têm ampliado discussões em diversos segmentos da sociedade. Neste sentido a contribuição do Setor Elétrico Brasileiro, com programas e políticas para combater o desperdício e o uso irraacional de energia elétrica é de suma importância para a garantia de uma sociedade ambiental e economicamente saudável. A eficiência energética, é a alternativa mais acessível aos agentes econômicos no curto prazo haja vista um quadro de não investimento em expansão da oferta. O presente trabalho busca discutir a importância do Programa Nacional de Conservação de Energia - PROCEL e suas principais ações, a importância da eficientização em prédio públicos e a proposta de otimização do uso de energia elétrica com a utilização de um sistema de aquecimento solar para a piscina da Universidade Tecnológica do Paraná - UTFPR, Campus Curitiba (PR) Palavras-chaves: PROCEL, eficiência-energética, viabilidade econômica

2 1. Introdução A ampliação da oferta de energia elétrica é condição essencial para o desenvolvimento do país, mas utilizá-la de forma inteligente é uma estratégia importante em tempos de economia de recursos naturais e falta de investimento na construção de novas unidades geradoras. Dentre as possíveis alternativas em matrizes energéticas, cabe destacar a importância do uso da energia solar, muito embora ainda não tenha representação significativa na matriz energética mundial e brasileira. O Brasil vem descobrindo os benefícios de sistemas de aquecimento solar e alguns fabricantes já apostam nos aquecedores solares, como solução para baixar o consumo de energia elétrica. Ademais, tem-se ampliado o número de trabalhos científicos sobre o tema e o desenvolvimento de novas tecnologias para atendimento da demanda residencial e comercial. Neste contexto, o objetivo geral da pesquisa consistiu na elaboração de um estudo para demonstrar que matriz energética alternativa, no caso específico à energia solar, pode gerar economia para a Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba (PR). 2. Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PROCEL Uma importante alteração ocorreu no princípio da década de 80, no século passado, quando se observa a mudança de foco com a questão energética no Brasil. Os esforços, até então, primavam pela expansão da oferta de energia com vistas a atender a demanda do crescimento econômico, entretanto, a falta de recursos para financiamento de construção de novas unidades de geração, somados as crescentes preocupações com a escassez de recursos naturais, levou o governo federal a repensar suas estratégias, passando a contemplar maior preocupação com a eficiência energética que está diretamente ligada ao aspecto da conservação de energia. De acordo com Martins (1999), eficiência energética pode ser entendida como o conjunto de práticas e políticas, que reduza os custos com energia e/ou aumente a quantidade de energia oferecida, sem alteração da geração. Do ponto de vista do setor elétrico, o uso eficiente de energia elétrica diminui a necessidade de expansão do parque instalado, postergando investimentos necessários para o atendimento do mercado consumidor: o custo médio da energia conservada é estimado em 0,024 US$kWh inferior ao custo de expansão do setor elétrico, situado em 0,047 a 0,1000 US$kWh (ALVAREZ E SAIDEL, p.1, 1998). No Brasil, a preocupação com a conservação de energia não é recente e segundo Jannuzzi (2002), o país vem apoiando iniciativas de melhoria no uso final de energia elétrica desde 1985 com a criação do Programa de Conservação de Energia Elétrica - PROCEL, tendo a ELETROBRÁS 2

3 como sua secretaria-executiva e principal órgão implementador de suas atividades. Em 18 de julho de 1991, o PROCEL foi transformado em Programa de Governo, tendo sua abrangência e responsabilidades ampliadas. Dentre as diversas iniciativas do PROCEL, cabe destacar suas ações em Prédios Públicos Federais, Estaduais e Municipais; implantando projetos-piloto com potencial de replicação em larga escala, incentivando ações de sensibilização, capacitação, divulgação de projetos-demonstração, bem como buscando parcerias com outros setores a fim de promover a eficiência energética. Em 2005 estavam cadastrados junto ao PROCEL, prédios públicos. (PROCEL, 2005). 3. Eficiência Energética em Edificações Públicas: A Comissão Interna de Conservação de Energia Elétrica. Para melhor gerenciar a utilização da energia nas edificações públicas, ao tomar decisões, os gestores devem dispor de panorama abrangente das possíveis intervenções, priorizando procedimentos de potencial redução de consumo e demanda, bem como efetuar análise de retorno dos investimentos aplicados em novas tecnologias, que no caso de instituições públicas, as economias geradas podem ser investidas para melhorar seu objetivo funcional. O PROCEL iniciou ações de economia de energia em prédios públicos em 1997, e uma de suas importantes iniciativas foi à criação das Comissões Internas de Conservação de Energia - CICE, que foram implantadas em órgãos da administração federal cujo consumo anual de energia elétrica supere 600 mil kwh/ano. O PROCEL tem como principal objetivo, otimizar o uso racional de energia elétrica, para tanto atuando fortemente em programas de combate ao desperdício, o que confere as CICE s, um papel estratégico expressivo A Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba (PR) A Universidade Tecnológica Federal do Paraná UTFPR possui seis campis localizados em diversas cidades do estado do Paraná. Contou em 2006 com cerca de estudantes e servidores (docentes e funcionários técnico-administrativos). O Campus Curitiba (PR). Segundo dados da gerência de manutenção, possui área total construída de m², distribuídas em 9,93% áreas de sala de aula, 34,61% laboratórios, 21,19% ambientes administrativos e os 34,27% restantes distribuídos em outros ambientes como áreas esportivas, salas de videoconferência, lazer etc. 3

4 Krüger e Miranda (2001) destacaram que em termos de consumo de energia total por área construída, o Campus Curitiba (PR) apresentava um consumo mensal de 4,87 kwh/m 2 mês (em 2000). De acordo com dados da Gerência de Manutenção, em 2005 apresentava 4,25 kwh/m 2, tomando-se como referência a fatura do mês de agosto de Note-se que o perfil do Campus Curitiba (PR) selecionado por centro de custo, é da ordem de 80% do consumo total de energia elétrica, destinado à iluminação de ambientes, conforme mostrado na Figura 1 referência Custo da Energia Elétrica , , , , , , , ,00 0, Potência (2003) Jan Mar Mai Jul Set Nov Figura 1 - Custo Médio da Energia Elétrica 3.2. O Uso de Energia Solar como Alternativa em Eficiência Energética Dentre as possibilidades em uso alternativo de energia, surgem com vigor novas pesquisas para o uso de aquecimento solar, visto que se trata de recurso natural disponível que devidamente tratado, pode trazer benefícios interessantes a baixos investimento e manutenção. A energia solar é uma fonte absoluta do planeta, e avaliando seu aproveitamento cotidiano para uso doméstico, comercial e industrial, pode substituir parte significativa dos sistemas convencionais, com a vantagem de não agredir o meio ambiente e ser renovável. A Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento ABRAVA (2005), têm registrado crescimento de 20% ao ano no segmento, e fabricantes apontam aquecedores solares como solução técnica e financeiramente viável para economia de energia elétrica. A tecnologia vem sendo difundida, especialmente em uso residencial, hotéis, hospitais, indústrias, centros esportivos e piscinas Aquecimento Solar em Piscinas Considerando o perfil climático de Curitiba (PR), com muitos dias de tempo frio, o aquecimento de piscinas, pode contribuir para aumentar o período de exercícios, lazer ou relaxamento durante o ano todo, sem necessariamente que o projeto comporte a sua instalação em ambiente fechado. 4

5 Independentemente do material utilizado na piscina, existe uma perda de 90% a 95% de calor através da superfície da água, devido à evaporação, condução e convecção. Se a piscina for devidamente coberta nas horas de não utilização, pode economizar em torno de 80% da energia gasta para mantê-la aquecida. Conforme resultado do Estudo de Viabilidade de Utilização de Aquecedores Solares Sob a Ótica da Satisfação dos Consumidores de Curitiba (PR), realizado por Carvalho, Zaurski e Spisila (2003), a partir de uma amostra de 36 usuários do sistema solar, todos residentes em Curitiba (PR), do total de entrevistados, 75% concordaram que o sistema proporciona satisfação e conforto e cerca de 95% consideraram satisfatória a relação custo-benefício, embora 42% tenham julgado o sistema caro na implantação, se comparado com outras alternativas. Cerca 97% dos entrevistados concordaram que o investimento nesta fonte de energia vale a pena e cerca de 94% voltariam a escolher o sistema de aquecimento solar. Dados da mesma pesquisa indicaram que entre as razões de satisfação com o sistema de aquecimento solar destaca-se a economia, com 86% das respostas. Cerca 78% dos entrevistados, responderam que obtiveram redução de consumo de gás e/ou eletricidade após a implantação do sistema. Carvalho, Zagurski e Psisila (2003), na mesma pesquisa, fizeram um levantamento de dados junto a nove fornecedores ou mantenedores de sistemas de aquecimento de água e verificaram que 67% dos entrevistados observam a importância do ângulo da instalação do coletor solar dentre outros elementos orientadores, entretanto, verificaram que pouco mais de 55,56% disse realizar uma pesquisa sistemática sobre a incidência solar no local onde se pretende instalar o coletor, o que demonstra pouco conhecimento sobre o assunto. Além disso, informações relevantes como quantidades de dias de sol na cidade e qual o comportamento do sistema em dias nublados são pouco conhecidos. Sobre o retorno do investimento 80% dos entrevistados, profissionais de instalação ou manutenção, responderam que tal retorno ocorre geralmente no intervalo de 1 a 4 anos, os 20% restantes não souberam ou não quiseram opinar. 4. O Estudo de Viabilidade Econômica Financeira para a Implantação de Aquecedor Solar na Piscina da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba (PR) A alimentação primária da UTFPR Campus Curitiba (PR) é em alta tensão 13,2 kv e pertencente ao subgrupo A4. A tarifa adotada pela instituição, na pesquisa, é a horo-sazonal azul, sendo a faixa horária com tarifa de ponta entre as 18 e 21 horas, conforme determinado pela concessionária de energia local COPEL. Os custos de consumo de demanda, conforme subgrupos de consumidores e Resolução nº. 284-I vigência para adimplentes a partir de 01/01/04. Para tarifa 5

6 Consumo Horo-Sazonal Azul, Subgrupo A4 (2,3 a 25 Kv), na Ponta Seca tem seu custo em R$ 156,00, e na Ponta Úmida R$ 144,31. Os custos Fora de Ponta Seca R$ 75,57 e úmida R$ 66,92. O cálculo do preço médio anual de energia elétrica foi realizado pela soma dos faturamentos dos consumos e das demandas de cada horário e dividido pela soma das leituras dos respectivos horários. Na Tabela 1 é possível visualizar os preços médios para os horários de ponta e fora de ponta, bem como o preço médio total que é a média ponderada dos dois preços, tomando-se como referência a série histórica de VALORES PARÂMETROS Ponta Fora de Ponta Total Faturamento de Consumo (R$) , , ,22 Faturamento de Demanda (R$) , , ,89 Leitura (kwh) Preço Médio Anual (R$/kWh) 0,9911 0,1540 0,2586 Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005) Tabela 1 - Preço Médio do kwh para UTFPR Campus Curitiba (PR) 4.1. Especificação Técnica do Sistema de Aquecimento Solar. Foi escolhido um equipamento coletor de captação solar SC-301 do fabricante Sigmatec, como referência para a verificação da viabilidade do projeto. O cálculo do menor índice de radiação solar faz-se necessário para determinar o número de horas anuais em 2004 que seriam válidas para a utilização do aquecedor solar da piscina da UTFPR. Para o sistema de aquecimento solar especificado, em cada m 2 deverá incidir 22,13 W de radiação solar para que o sistema não dependa de equipamentos auxiliares de aquecimento. Foi levado em consideração, o horário que registra radiação solar mínima igual ou superior a 25W/ m 2. Quanto aos aspectos climáticos da cidade de Curitiba (PR), a radiação solar é suficiente para viabilizar o aquecimento de água pelo uso de sistema solar, pois o índice supera perfeitamente o de outras capitais importantes como Florianópolis e Belo Horizonte. (SIQUEIRA, DOMBEK E SPISILA, 2005) 6

7 Figura 2 - Modelos de Sistemas de Aquecimento Solar Atual e Proposto 4.2. O Modelo Híbrido Proposto No modelo híbrido proposto, conforme mostrado na Figura 3, é eliminado o Sistema de Aquecimento a Gás, permanecendo os tocadores de calor (bombas de calor) e adicionado o sistema de Aquecimento Solar como sistema principal. O Sistema de Aquecimento Solar proposto utiliza 46 coletores com área total de 253 m ² de captação solar e com vazão máxima de litros de água / hora Considerações Gerais sobre o Sistema de Aquecimento Solar Proposto A Tabela 2 mostra os custos por tipo de sistema de aquecimento. Observa-se o menor custo sendo o custo de aquecimento solar. Tipo de Aquecimento Custo Mensal (R$) Gás 6.396,00 Elétrico ,46 Trocador de Calor 1.217,23 7

8 Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005) Solar 182,70 Tabela 2 - Custo energético mensal por tipo de aquecimento O Sistema proposto por Siqueira, Dombek e Spisila (2005), compreende aquecimento Trocador de Calor + Aquecimento Solar como sistema auxiliar, este dimensionado para aproximadamente 40% do sistema de aquecimento e aquele respondendo por 60% do total do sistema conforme Tabela 3. Sistema Custo Total mensal Proporção (%) Custo Proporcional (R$) Solar 182,70 61,64 112,62 Trocador de Calor 1.217,23 38,36 466,93 Total 579,55 Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005) Tabela 3 - Custo do sistema de aquecimento híbrido proposto 4.4. Considerações gerais sobre a viabilidade econômica para a implantação de um Sistema de Aquecimento Solar na Piscina da UTFPR Campus Curitiba (PR) O investimento previsto para implantação do sistema proposto é cerca de R$ ,00. Verificase que os resultados são altamente favoráveis, apresentando retorno do investimento em torno de cinco anos, tomando-se como referência um período de 10 anos. O custo do kwh utilizado nos cálculos foi de R$ 0,2586, ano base 2004, para o perfil de consumo energético das instalações da UTFPR, Campus Curitiba (PR). Estas considerações são mostradas na Tabela 4. Descrição 2005 (R$) 2006 (R$) 2007 (R$) 2008 (R$) 2009 (R$) Trocador de , , , , ,58 calor+solar Descrição 2010 (R$) 2011 (R$) 2012 (R$) 2013 (R$) 2014 (R$) Trocador de calor+solar , , , , ,26 8

9 Fonte: Adaptado de Siqueira, Dombek e Spisila (2005) Tabela 4 - Retorno do Investimento (economia gerada por ano) para o Sistema Híbrido Proposto Uma importante consideração, é que o desempenho do sistema deve ser complementado com outras fontes de energia com o objetivo de suprir eventuais condições climáticas desfavoráveis e não ocasionar desconforto térmico ao usuário. No projeto optou-se por manter as bombas de calor existentes e re-alocar o sistema a gás para outro local. A utilização de matrizes energéticas alternativas em prédios públicos é viável e pode trazer retornos rápidos à instituição. As CICE s dos órgãos governamentais que disponham de construções com piscina podem analisar o projeto e replicar essa experiência ou utilizar seus resultados em outras áreas onde haja necessidade de água aquecida. Esta ação contribui de forma significativa para a economia de energia elétrica e, por conseguinte, de recursos financeiros nessas organizações. 5. Considerações Finais. O uso racional da energia elétrica pode fazer a diferença num quadro de não investimento no Setor Elétrico, contudo, há a exigência de aportes de capital, ainda que de menor porte, para implementação de soluções de economia de energia elétrica. Além de recursos financeiros, há necessidade de no mínimo um planejamento de médio prazo e quebra da cultura de acomodação de alguns setores. Neste contexto, a pesquisa evidenciou que o PROCEL é parte significativa de resposta ao problema da eficiência energética, principalmente em prédios públicos. O uso de aquecimento solar como alternativa em eficiência energética, para o caso da piscina da UTFPR - Campus Curitiba (PR), demonstra que o projeto é viável, inclusive servindo de benchmarking para outros órgãos públicos e empresas privadas com características similares. Referências 9

10 ALVAREZ, A.L.M., SAIDEL, M.A. Uso Racional e Eficiente de Energia Elétrica: Metodologia para a determinação dos potenciais de conservação dos usos finais em instalações de ensino e similares. Disponível em < Acesso em 25/08/2005 CENTRAIS ELÉTRICAS DO MARANHÃO - CEMAR Estabelecimentos Públicos. Disponível em: < Acesso em 13/08/2005. COMPANHIA ENERGÉTICA DE MINAS GERAIS CEMIG. Disponível em: < Acesso em 13/08/2005. FUNDAÇÃO BRASILEIRA PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL. Histórico. Disponível em: < Acesso em 07/07/2005. GERÊNCIA DE MANUTENÇÃO DA UTFPR Campus Curitiba (PR), JANNUZZI, G. M. Aumentando a eficiência nos usos finais de energia no Brasil. Trabalho apresentado no evento Sustentabilidade na Geração e uso de Energia, UNICAMP, 18 a 20 de fevereiro de KRÜGER, E. L.; MIRANDA, P. L. C..; CERVERLIN, S. Otimização do consumo de eletricidade em uma instituição de ensino. Eletricidade moderna. São Paulo, v.335, p , PROCEL PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA. Disponível em: < Acesso em 03/08/2005. SIQUEIRA, J. C. S.; DOMBEK, M. A.; SPISILA, M. Estudo da Viabilidade de Utilização de Aquecedores Solares no Setor de Serviços da Região de Curutuba (PR). Curitiba: VERDE, V. S. V. V. A Conservação de Energia Elétrica no Novo Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro. Rio de Janeiro: