Estudo de Eficiência Energética de Sistemas de Iluminação em Aviários Através do Método dos Lúmens Eduardo Alves de Almeida 1 ; Neander Berto Mendes 2 ; Roberta Passini 3 ; Anderson Marlon Machado Sobrinho 4. 1 Graduando em Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Goiás - UEG, (eng.eduardoalves@hotmail.com) 2 Professor Orientador Universidade Estadual de Goiás - UnUCET-UEG (neanderberto@hotmail.com) 3 Professora Orientadora DSc. Universidade Estadual de Goiás, UnUCET-UEG (rpassini@ueg.br) 4 Engenheiro Agrícola Universidade Estadual de Goiás, UnUCET-UEG PALAVRAS-CHAVE: avicultura. cálculos luminotécnicos. fotoperíodo. sistemas de iluminação. 1 INTRODUÇÃO A produção brasileira de frangos de corte tem se expandido de forma excepcional nos últimos anos, devido à modificação no perfil de consumo dos brasileiros, passando a integrar diversos estados na produção de aves de corte além dos tradicionais estados produtores, sendo grande parte dessa produção realizada em pequenas propriedades rurais. (GARCIA & FILHO; PEDROZO et al., 2005) Segundo Carvalho et al. (2008) os custos de produção estão diretamente ligados ao lucro que o avicultor irá obter ao final do ciclo produtivo, sendo altamente recomendável que se tenha controle de todos esses custos envolvidos, desde os custos de aquisição dos pintinhos, ração, mão de obra, energia elétrica e etc. Pois somente assim é possível tornar a atividade viável e lucrativa. Estudos comprovam que a avicultura é uma atividade de alto consumo energético, o que torna necessário o uso de técnicas que proporcionem uma melhor eficiência produtiva a um menor custo de produção. (SANTOS & JÚNIOR, 2004). De acordo com Butolo (2009) a iluminação deve ser considerada um dos pontos mais importantes no ambiente físico que afeta a produção avícola, sendo o comportamento e o desempenho dos animais alterados pela intensidade luminosa, 1
fotoperíodo, qualidade e cor da luz. A utilização de programas de luz na criação de frangos de corte faz com que as aves permaneçam mais tempo se alimentando, o que promove um aumento significativo no peso vivo das aves ao final do ciclo produtivo quando comparado a aves criadas sem programas de luz. (MORAES,2008). Deve-se atentar também para a quantidade de luminosidade exigida pelas aves de acordo com o estágio da criação, sendo que aves na primeira semana de vida necessitam na base de 20 a 22 lux, e aves após a primeira semana de vida necessitam de 10 a 12 lux. (BUTOLO, 2009). O método mais utilizado para planejamento de sistemas de iluminação em edificações é o método do Fluxo Luminoso ou Lúmens, que consiste em determinar a quantidade de fluxo luminoso (lúmens) necessário para determinado recinto, baseado no tipo de atividade desenvolvida, cores das paredes e teto e do tipo de lâmpada-luminária escolhidos (LUZ, 2007). Tendo em vista a necessidade de um planejamento eficaz de programas de iluminação na criação de frangos de corte, estudou-se através do método dos lúmens diferentes sistemas de iluminação todos tecnicamente possíveis, objetivando determinar o sistema de melhor viabilidade técnica e econômica. 2 MATERIAL E MÉTODOS Para a realização deste estudo, foi considerado um galpão de criação de frangos de corte com 25 metros de comprimento, 8 metros de largura e pé direito de 2,80 metros, orientado no sentido leste-oeste. Sendo as faces leste-oeste fechadas com alvenaria e pintadas de branco, laterais note-sul de tela, cortina amarela e cobertura de telha de barro com armação de madeira, levou-se em consideração as características construtivas das instalações de modo que fosse possível fornecer o maior conforto as aves minimizando o uso da energia elétrica, visando uma redução de custos e proporcionando maior lucratividade ao produtor. O sistema de iluminação foi composto por lâmpadas, luminárias e reatores (quando necessário). O sistema adotado foi o intermitente, onde as luzes eram acionadas durante a noite com um intervalo de duas horas. Considerou-se que o sistema entrou em funcionamento às 18:00 horas e foi desligado às 6:00 horas do dia seguinte, totalizando um período diário de funcionamento de 10 horas e 2 horas 2
com o sistema em desuso. As aves permaneceram por 38 dias no aviário. Durante a primeira semana de vida dos pintainhos, a iluminância considerada era de 22 lux, totalizando 70 horas de funcionamento e após este período, o sistema foi redimensionado a fim de fornecer 12 lux durante os 31 dias restantes (310 horas) de permanência das aves no galpão, contabilizando também o período de tempo em que o galpão ficou disponível para limpeza e desinfecção, porém, durante o período de desinfecção o sistema de iluminação permaneceu indisponível. Essas informações referentes ao período de permanência do lote no aviário possibilitam chegar a uma quantidade de 9 lotes de frango em um ano de criação. Com esses dados, foi possível calcular a média de horas mensal em que o sistema esteve em funcionamento. Para a realização dos cálculos adotou-se seis diferentes sistemas de iluminação tecnicamente possíveis (Tabela 1), a fim de se determinar o melhor sistema do ponto de vista técnico e econômico. 3
Tabela 1. Sistemas de iluminação estudados com as respectivas características técnicas. Características Técnicas dos Sistemas Lâmpada A B C D E F Incandescente Osram Fluorescente Tubular T5 HE Osram Fluorescente Compacta DULUXTAR Osram Luz Mista Philips Vapor de Mercúrio Philips Vapor de Sódio Philips Potência (W) 60 28 16 160 80 70 Fluxo Luminoso (Lúmens) Temperatura de Cor (K) Índice de Reprodução de Cores 715 2.600 920 3.150 3.700 5.600 2.700 4.000 4.000 3.600 4.300 4.000 100 80 80 62 48 85 Vida Útil (horas) 1.000 18.000 6.000 9.000 16.000 24.000 Preço (R$) 1,80 4,99 9,72 12,52 31,26 13,00 Luminária Itaim Tasuu 1XA60 Itaim 4060 2XT16 Tipos de Sistemas Itaim Rubi Itaim Tassu Lumiluz LFA Lumiluz LFA Rendimento (%) 66 89 70 70 86 86 Preço (R$) 84,68 259,34 89 84,68 107,67 107,67 Reator - Osram QTP5 - - Keiko VM Keiko VS/VQP Potência (W) - 62 - - 90 80 (lâmpada + reator) Preço (R$) - 13,60 - - 84,00 57,00 Instalação (R$) 650,00 250,00 250,00 450,00 350,00 300,00 Os custos com a aquisição dos equipamentos foram fornecidos através de representantes comerciais na cidade de Goiânia Go, no mês de maio de 2009. E o valor referente à instalação de cada sistema foi estabelecido por um técnico responsável na mesma cidade e data. Após a escolha dos itens para montagem do sistema (lâmpadas, luminárias e acessórios necessários), realizou-se os cálculos luminotécnicos considerando as 4
particularidades de cada sistema. Para a realização dos cálculos luminotécnicos dos sistemas que operavam em conjunto com reatores, foi considerado o desempenho do reator no cálculo do fluxo luminoso total sendo este desempenho chamado de Fator de Fluxo Luminoso. O cálculo do fator de eficácia (Fe) foi definido pelo nível relativo de luz na saída do reator pela potência de alimentação (PT) (lumens percentuais/watt), sendo o fator de eficácia fornecido pelos fabricantes de luminária e utilizados para o cálculo do fator de fluxo luminoso (FFL), conforme as fórmulas a seguir: A determinação do Índice do Local (k) relacionou as dimensões do recinto, comprimento (c), largura (l) e altura de montagem (h) de acordo com o tipo de iluminação. O índice do local para iluminação direta foi cálculado pela seguinte fórmula: Pé- direito útil ou altura de montagem (h) é o valor do pé-direito total do recinto (H), menos a altura do plano de trabalho (hpl.tr.), menos a altura do pendente da luminária (hpend.). Isto é, a distância real entre a luminária e o plano de trabalho. A determinação do Fator de Utilização (FU) relacionou o fluxo luminoso inicial emitido pela luminária (fluxo inicial) e o fluxo recebido no plano de interesse (fluxo útil). Sendo que esses fatores dependentes das dimensões do local, cor do teto, das paredes e do acabamento das luminárias. A Determinação do Fator de Depreciação (Fd) relacionou o fluxo emitido no fim do período de manutenção da luminária e o fluxo luminoso inicial da mesma. O cálculo do número de luminárias é necessário para a determinação do nível 5
de iluminância e é dado por: em que: Em = iluminância média (lux); A = área iluminada (m²); lâmpada = fluxo luminoso da lâmpada (lúmen); Fu = fator de utilização Para o cálculo do número de lâmpadas é preciso ainda levar em consideração o fator de depreciação Fd, para compensar o desgaste e o tipo de manutenção dos equipamentos ao longo do tempo. No caso de utilização de lâmpadas de descarga (exceto luz mista), deve-se levar em conta ainda o fator de fluxo luminoso do reator (FFL). De posse da quantidade de lâmpadas por luminária (Z) e da quantidade de luminárias na instalação (Nl) calculou-se a iluminância alcançada pelo sistema (E). Para o cálculo de rentabilidade dos sistemas de iluminação, para se estabelecer qual deles é o mais rentável, levou-se em consideração tanto os custos de investimento quanto os custos operacionais. Para o cálculo da rentabilidade calculou-se a potência total da instalação (Pt), que é dada por: Calculou-se a durabilidade média das lâmpadas (Dm) pela razão entre a vida útil da lâmpada e o tempo de uso na aplicação, ou seja: 6
Em seguida calculou-se os custos de investimento para instalação (R$), levando em consideração todos os equipamentos que utilizados no sistema. em que: Ceq = Custos de investimento (R$); n = Quantidade de lâmpadas (unidade); Pl = Preço de cada lâmpada (R$); Nl = Quantidade de luminárias (unidade); Plum = Preço de cada luminária (R$); Pacess = Preço de cada acessório por luminária (R$); Cp.e. = Custo com elaboração do projeto e instalação. Posteriormente, calculou-se os custos com consumo de energia, através da seguinte equação: em que: Cenergia = Custos com energia elétrica (R$); Ce.aplicação = Consumo de energia elétrica na aplicação (kwh); Cee = Custo médio da energia elétrica (R$). Considerando dentre outros fatores, a vida útil das lâmpadas, obteve-se seu custo médio de reposição (Crep), dado por: Finalmente obteve-se os custos operacionais através da equação: 7
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Conforme as TABELAS 7 e 8, foi realizado o dimensionamento dos sistemas luminotécnicos escolhidos para atender às recomendações para a iluminância desejada na primeira semana de criação das aves, e pode-se perceber que o sistema A alcançou a iluminância mais próxima da desejada, que é de 22 lux, e também é o que necessita de um maior número de lâmpadas para isso e o sistema F foi o que alcançou a menor quantidade de lâmpadas instaladas. TABELA 7 Dimensionamento dos sistemas de iluminação A, B e C para 22 lux. Sistema A Sistema B Sistema C Fator de utilização 0,167 0,715 0,575 Quantidade de lâmpadas 56 4 13 Quantidade de luminárias 56 2 13 Iluminância alcançada (lux) 22,07 24,54 23,43 Potência total instalada (kw) 3,360 0,124 0,280 Densidade de potência média (W/m²) 16,80 0,280 1,040 Densidade de potência relativa (W / m² p/ 100 lux) 76,14 1,140 4,438 TABELA 8 Dimensionamento dos sistemas de iluminação D, E e F para 22 lux. Sistema D Sistema E Sistema F Fator de utilização 0,167 0,649 0,649 Quantidade de lâmpadas 13 3 2 Quantidade de luminárias 13 3 2 Iluminância alcançada (lux) 22,21 23,77 23,99 Potência total instalada (kw) 2,080 0,270 0,160 Densidade de potência média (W/m²) 10,40 1,20 0,800 Densidade de potência relativa (W / m² p/ 100 lux) 46,83 5,048 3,335 As Tabelas 9 e 10, mostram o dimensionamento dos mesmos sistemas indicados nas tabelas anteriores, porém, estes foram dimensionados a fim de atender as exigências para o período restante da criação que é de 12 lux. Pode-se observar que o sistema F foi o único que alcançou os exatos 12 lux exigidos utilizando apenas 8
uma lâmpada para isso. Anais do VIII Seminário de Iniciação Científica e V Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação TABELA 9 Dimensionamento dos sistemas de iluminação A, B e C para 12 lux. Sistema A Sistema B Sistema C Fator de utilização 0,167 0,715 0,575 Quantidade de lâmpadas 31 2 7 Quantidade de luminárias 31 1 7 Iluminância alcançada (lux) 12,22 12,27 12,62 Potência total instalada (kw) 1,860 0,028 0,112 Densidade de potência média (W/m²) 9,300 0,140 0,560 Densidade de potência relativa (W / m² p/ 100 lux) 76,14 1,140 4,438 TABELA 10 Dimensionamento dos sistemas de iluminação D, E e F para 12 lux. Sistema D Sistema E Sistema F Fator de utilização 0,167 0,649 0,649 Quantidade de lâmpadas 8 2 1 Quantidade de luminárias 8 2 1 Iluminância alcançada (lux) 13,67 15,85 12,00 Potência total instalada (kw) 1,280 0,180 0,080 Densidade de potência média (W/m²) 6,400 0,800 0,400 Densidade de potência relativa (W / m² p/ 100 lux) 46,83 5,048 3,335 Analisando as Tabelas 11 e 12, que se referem aos custos dos equipamentos dos sistemas de iluminação escolhidos, temos que o sistema A foi o que obteve o custo mais alto devido à quantidade de luminárias instaladas e seu elevado custo para aquisição, e o sistema F foi o que obteve os custos mais baixos devido principalmente aos valores de aquisição das lâmpadas e dos reatores necessários para o funcionamento das mesmas. 9
TABELA 11 Custos dos equipamentos para os sistemas A, B e C. Sistema A Sistema B Sistema C Preço de cada lâmpada (R$) 1,800 4,990 9,720 Preço de cada luminária (R$) 84,68 259,34 89,00 Preço dos acessórios por luminária (R$) - 13,60 - Preço da mão-de-obra da instalação (R$) 650,00 250,00 250,00 Custo de instalação dos equipamentos (R$) 5.458,88 815,84 1.546,36 TABELA 12 Custos dos equipamentos para os sistemas D, E e F. Sistema D Sistema E Sistema F Preço de cada lâmpada (R$) 12,52 31,26 13,00 Preço de cada luminária (R$) 84,68 107,67 107,67 Preço dos acessórios por luminária (R$) - 84,00 57,00 Preço da mão-de-obra da instalação (R$) 450,00 350,00 300,00 Custo de instalação dos equipamentos (R$) 1.735,60 1.018,79 715,34 Considerando que em um ano de criação houve 9 lotes de animais, totalizando 380 horas de funcionamento do sistema de iluminação, dividindo a quantidade de horas em todos os lotes de frangos pelo número de meses em um ano, temos uma media mensal de 285 horas, portanto: TABELA 13 Custos operacionais para os sistemas A, B e C. Sistema A Sistema B Sistema C Durabilidade média (meses) 3,500 63,15 21,05 Custos de energia (R$) 369,59 12,58 22,23 Custos de reposição mensal (R$) 28,73 0,320 6,000 Somatório dos custos operacionais (R$) 398,32 12,90 28,23 10
TABELA 14 Custos operacionais para os sistemas D, E e F. Sistema D Sistema E Sistema F Durabilidade média (meses) 31,57 56,14 84,21 Custos de energia (R$) 194,19 33,70 16,24 Custos de reposição em cada aplicação (R$) 5,150 1,670 0,310 Somatório dos custos operacionais (R$) 199,34 35,37 16,55 Conforme as Tabelas 15 e 16, foram comparados os custos, tanto de investimento quanto os operacionais, de todos os sistemas com o sistema E e pode-se observar que dentre eles existem dois sistemas (sistema B e F) que são mais baratos, porém, levam desvantagem no parâmetro técnico quando analisados a distribuição da iluminância no galpão (analisado nas Tabelas 7 a 10). TABELA 15 Diferença dos custos dos sistemas A, B e C em relação ao Sistema E. Sistema A Sistema B Sistema C Custos de investimento (R$) 4.440,09-202,95 527,57 Custos operacionais (R$) 362,95-22,47-7,140 TABELA 16 Diferença dos custos dos sistemas D e F em relação ao Sistema E. Sistema D Sistema F Custos de investimento (R$) 716,81-303,45 Custos operacionais (R$) 163,97-18,82. Os sistemas mais econômicos foram os B, E e F, devido a quantidade de lâmpadas e luminárias existentes e seus respectivos valores de aquisição, estes influenciam diretamente nos custos de investimentos e operacionais. Analisando, temos que o sistema B é o mais economicamente viável, porém, mesmo tendo os custos de investimento e operacionais superiores, foi escolhido o Sistema E, devido ser o mais tecnicamente viável quando considerado que será redimensionado a fim de fornecer iluminâncias diferentes em determinados períodos da criação e para isso será necessário o desligamento de uma lâmpada e assim permanecendo em 11
funcionamento as outras duas restantes do sistema possibilitando uma melhor distribuição da iluminação ao longo da instalação. 4. CONCLUSÃO No presente estudo podemos concluir que o Sistema B foi o mais economicamente viável, porém, o sistema escolhido foi o sistema E, por apresentar melhor viabilidade técnica devido à quantidade de lâmpadas utilizadas possibilitando uma melhor distribuição, permitindo o desligamento de uma lâmpada para que o sistema de iluminação pudesse disponibilizar a iluminância exigida pela criação a partir da segunda semana de permanência das aves no aviário. Para pesquisas futuras sugere-se, refazer esta pesquisa utilizando para os cálculos luminotécnicos o Método do Ponto por Ponto. REFERÊNCIAS BUTOLO, J. E. Iluminação - Importância e Tipos. Disponível em: <http://www.avisite.com.br/cet/trabalhos.asp?codigo=17>. Acesso em: 10 de setembro de 2010. CARVALHO, F. M.; FIÚZA, M. A.; LOPES, M. A.; Determinação de custos como ação de competitividade: Estudo de um caso na avicultura de corte. Ciênc. Agrotec., Lavras, v.32, n.3, p.908-913, maio/jun., 2008. GARCIA, L. A. F.; FILHO, J. B. S. F.; Economias de Escala na Produção de Frangos de Corte no Brasil. RER, Rio de Janeiro, vol.43, n.03, p.465-483, julho/set 2005. LUZ, J. M.; Luminotécnica. Disponível em: <http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/livros/luminotecnica.pdf>. Acesso em: 10 de setembro de 2010. MORAES, D. T.; LARA, L. J. C.; CANÇADO, S. V.; GONZALEZ, C. A. L.; LANA, A. M. Q.; Efeitos dos programas de luz sobre desempenho, rendimento de carcaça e resposta imunológica em frangos de corte. Arq. Bras. Med. Vet. Zootec., v.60, p.201-208, 2008. 12
PEDROZO, E. A.; BEGNIS, H. S. M.; ESTIVALENTE, V. F. Análise do ambiente competitivo como determinante das escolhas estratégicas no agronegócio: Um estudo de caso em uma unidade de produção avícola. ConTexto, Porto Alegre, v.5, n.8, 2 semestre 2005. SANTOS, T. M. B.; JÚNIOR, J. L.; Balanço Energético em Galpão de Frangos de Corte. Revista Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.24, n.1, p.25-36, jan/abr. 2004. 13