ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA PARA APLICAÇÃO DE UM SISTEMA DE ILUMINAÇÃO LED EM UMA INSTITUIÇÃO DE ENSINO SUPERIOR NA CIDADE DE CACOAL-RONDÔNIA. Área temática: Gestão Ambiental e Sustentabilidade Sergio Luiz Sousa Nazario sergionazario@yahoo.com.br Aline Queiroz Alves alinequeiroz41@hotmail.com Leonardo de Souza Zenati zenattileo@hotmail.com Resumo: O consumo de energia elétrica por pessoa nos países são um dos principais parâmetros para avaliação do desenvolvimento socioeconômico da população local. Nos países em desenvolvimento a cada dia evidencia-se a importância entre indicativos que relacionam o crescimento no consumo de energia elétrica com aumento no poder aquisitivo da população. Desta forma outro item de grande importância dentro desse contexto é a busca por tecnologia de maior eficiência em equipamentos elétricos/eletrônicos visando a utilização da energia de forma sustentável e mais eficiente. Dentro destas premissas um fator de grande valia para um melhor aproveitamento de energia elétrica gerada em nossos parques de geração é a utilização de forma eficiente de sistemas de iluminação públicas, residenciais e comerciais. O presente trabalho apresenta uma analise de parâmetros de iluminação e eficiência energética para lâmpadas de diversas tecnologias e um estudo de caso aplicado a uma instituição de ensino superior da cidade de Cacoal estado de Rondônia. Palavras-chaves: Iluminação, Eficiência energética, fluxo luminoso, sustentabilidade, consumo de energia. 1
INTRODUÇÃO Atualmente o meio comercial e industrial vem sofrendo com alterações consideráveis propostas pelos meios governamentais em tarifas relacionadas ao consumo de energia elétrica. Uma comprovação das alterações nas tarifas fornecidas aos consumidores finais foi à implantação da bandeira vermelha, a qual é aplicada devido ao aumento no consumo nacional de energia e a diminuição na capacidade de geração de energia provida principalmente pelos problemas hídricos enfrentados pelo pais nos últimos anos e pelo alto custo da energia gerada nas usinas termoelétricas. Diante deste cenário são necessárias a criação de estratégias que viabilizem o consumo eficaz de energia elétrica buscando redução no consumo conseqüentemente no custo da energia elétrica. De acordo com Krüger (2012) et all, Dutra (1997) a eficiência energética é a obtenção de um serviço com baixo desperdiço de energia, sendo assim, buscar modelos que minimizem o consumo de energia elétrica de forma sustentável são ações de grande importância para o funcionamento correto da matriz energética. Desta forma são reduzidos custos adicionais provenientes de situações extraordinárias como acionamento de termoelétrica, que geram maios custos as tarifas. No Brasil, o Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica ( PROCEL) e o Instituto Nacional de Metrologia ( INMETRO) junto ao Centro de Pesquisa em Energia Elétrica (CEPEL), tem realizado estudos com informações com objetivo de formar um perfil da utilização de energia elétrica pelos consumidores comerciais e residenciais. O que vem apoiando a industria no desenvolvimento de equipamentos, eletrodomésticos com maior eficiência. Trabalhos de orientação no consumo de forma correta também estão sendo desenvolvidos de acordo com os dados fornecidos pelo PROCEL e CEPEL (FURLANETTO,2001). O setores privados e estatais no Brasil em geral possuem um alto índice de consumo de energia por falta de consciência ambiental, socioeconômica e por utilizarem equipamentos com baixa eficiência energética. Isso tudo somado à falta de sistemas de gestão ambiental, q 2
contribuem para um cenário inadequado em relação a consumo eficiente de energia elétrica (FILHO, 2008; PASA et. al, 2012). Sendo assim é de suma importância que os órgãos públicos e privados busquem alternativas para melhorar o uso de energia de forma eficiente. Segundo Valetin (2010) diversas tecnologias podem ser empregadas para se alcançar um patamar mais adequado de eficiência energética, sendo os principais: eficiência luminosa, eficiência em condicionamento de ar, eficiência no aquecimento de água. De acordo com Aguiar (1999), o setor de iluminação em geral pode ser predominante para diminuição na eficiência energética de uma instalação, sendo que esses descasos ocorrem desde a utilização de luminárias de baixa eficiência, posição incorreta das lâmpadas, lâmpadas acesas desnecessariamente e a falta de manutenção nas luminárias o que contribuir para perca de iluminação no ambiente. Neste trabalho, é apresentado um estudo de caso em uma faculdade na cidade de Cacoal estado de Rondônia a fim de verificar a viabilidade econômica para substituição de lâmpadas mistas, fluorescente e incandecentes por lâmpadas LED, almejando uma melhoria na eficiência energética, reduzindo custos no consumo de energia elétrica. 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS O estudo de caso foi realizado na Faculdade de Ciências Biomédicas de Cacoal FACIMED na cidade de Cacoal RO, utilizando 55 ambientes entre salas de aula e laboratórios, onde há em cada sala 24 lâmpadas fluorescentes tubulares de 40W distribuídas em 12 luminárias com iluminação do tipo semidireta. Para a analise dos dados foi realizado um estudo bibliográfico prévio sobre eficiência energética, tecnologia de lâmpadas e luminotécnica. 3
2.1. GRANDEZAS LUMINOTECNICAS FUNDAMENTAIS 2.1.1. FLUXO LUMINOSO (ϕ) Fluxo luminoso é a quantidade de energia radiante capaz de sensibilizar o olho humano. A unidade desta grandeza é o lúmen (lm), que corresponde à quantidade de energia radiante capaz de sensibilizar o olho humano por segundo (MAMEDE, 2007). 2.1.2. INTENSIDADE LUMINOSA ( I ) A intensidade luminosa é a quantidade de luz que uma fonte por unidade de ângulo sólido (lúmen/esferorradiano) projetada em uma determinada direção. O valor está diretamente à direção desta fonte de luz. A intensidade luminosa é expressa em candelas (cd). A intensidade luminosa e o fluxo luminoso estão vinculados pelo ângulo sólido Ω, que é dado pela expressão: [2] e o fluxo luminoso através de ds é: [3] 2.2.3. ILUNINÂNCIA (E) A iluminância num ponto de uma superfície (S) pode ser calculada a partir do quociente da intensidade luminosa ( I ) da fonte e da distância ( r ) ao quadrado entre a fonte e o ponto iluminado. Se a luz incidir perpendicularmente na superfície, será válida a seguinte relação do cálculo de iluminação: [4] A luz adicional proveniente da reflexão em tetos ou paredes não está prevista pela fórmula de calculo da iluminação ponto por ponto. 4
Pela equação 03 (MAMEDE, 2007) pode-se relacionar a iluminância com o fluxo luminoso, observando-se assim que a iluminância é uma densidade de fluxo luminoso e sua unidade é lux, sendo um 1 lux (lx), por exemplo, o fluxo 1 lm incide uniformemente na superfície de 1 m². Assim: [5] MÉTODO Inicialmente foi realizada uma pesquisa bibliográfica para levantar na literatura as diferentes tecnologias de sistema de iluminação mais utilizadas e foram encontradas lâmpadas do tipo: LED, mista, fluorescente e incandescente. Para a determinação do fluxo luminoso, parâmetro principal que caracteriza a iluminação, utiliza-se a equação 06. [6] Sendo o fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas, em lumens, iluminância média requerido pelo ambiente a iluminar, em lux, S a Área do recinto, em m², o Fator de utilização do recinto e o Fator de depreciação do serviço da luminária (MAMEDE, 2007). Para determinar o rendimento luminoso é necessário obter a potencia ativa nominal para a lâmpada em questão. O mesmo pode ser determinado de acordo com a equação 07. [7] Sendo a tensão nominal aplicada ao circuito elétrico, I a corrente nominal em Amperes e cosθ o fator de potencia da lâmpada (MAMEDE, 2007). Através dos dados do 5
fluxo e potencia nominal, calcula-se então o rendimento luminoso de acordo com a equação 08. [8] Para implantação de novas tecnologias no setor de iluminação deve-se analisar o tempo de retorno financeiro do projeto, sendo utilizados parâmetros apresentados anteriormente que determinarão o consumo de energia elétrica, E l, pela equação 09. [09] Sendo a energia elétrica consumida pelo sistema de iluminação (kwh), P a potência da lâmpada, watts (W), e t o tempo de operação do equipamento em horas (h). Ao obter os dados equivalentes ao consumo de energia elétrica calcula-se então o custo mensal em Reais, pela equação 10: [10] Sendo Valor o custo do consumo de energia elétrica em um mês de utilização (R$); Qde a quantidade de lâmpadas empregada no sistema de iluminação, e c o custo kwh. Finalizando as analises determina-se o payback do projeto proposto através da equação 11: [11] Sendo o p o valor do payback, ano -1, C o custo com as lâmpadas e instalações, (R$), e a economia obtida com a lâmpada de melhor IC encontrada em e (R$). Sendo t o tempo de analise, 12 meses = 1 ano. 6
Caracterização do Estudo de Caso No primeiro momento foi realizado um estudo bibliográfico sobre sistemas de iluminação, características de lâmpadas e luminárias, em seguida foi feito o levantamento de luminárias e lâmpadas nas 55 salas de aula em questão. O próximo passo foi a medição da luminosidade de cada sala a fim de determinar a eficiência energética/luminosa do sistema de iluminação utilizado no momento. Observou-se que as salas de aula possuem 12 luminárias com 2 lâmpadas fluorescentes de 40 W por luminária contabilizando 24 lâmpadas por sala. Logo apos o levantamento físico dos equipamentos foi realizado o estudo de características energéticas dos mesmos considerando funcionamento diário de 6 horas durante 20 dias mensais. Apos o levantamento da quantidade de lâmpadas na instituição foi realizado uma comparação teórica entre o consumo energético, eficiência luminosa e características ambientais, de lâmpadas de diferentes tecnologias para definição do produto mais eficiente para a faculdade. Ao mensurar os dados foi realizada uma analise de custo e viabilidade econômica para o projeto, determinando-se, então, o payback para aplicação do mesmo. APLICANDO NOVAS TECNOLOGIAS PARA REDUÇÃO DE CONSUMO ENERGÉTICO Na tabela 1 apresentam-se algumas das principais tecnologias utilizadas para iluminação em vários ambientes. Na mesma são apresentados dados relacionados ao consumo de energia e eficiência luminosa das lâmpadas; sendo elas potência ativa, potência aparente, fator de potencia e eficiência luminosa. Para as comparações foram utilizadas lâmpadas com fluxo luminoso equivalente, para posterior verificação da eficiência de cada tecnologia. Os dados de fluxo luminoso apresentados foram coletados de datasheets de fabricantes. 7
Pode se observar pela tabela 01 que em relação as lâmpadas utilizadas nas salas de aula a lâmpada led possui um consumo de potência aparente de 19,56 volt/ampare sendo que a lâmpada fluorescente consome 60,44 volt/ampere a mais que a lâmpada LED, sendo assim uma lâmpada que possui um consumo de energia consideravelmente menor. Em relação a eficiência luminosa pode-se observar que a lâmpada LED possui uma eficiência luminosa de 58,69% maior que a lâmpada fluorescente. Desta forma verifica-se que a lâmpada LED possui grandes vantagens quanto em relação a características energéticas e luminosas frente a fluorescente. Tabela 1: Comparação de eficiência luminosa nominal entre diversos tipos de lâmpadas Tipo de Lâmpada Potência Ativa (W) Fluxo Luminoso (lm) Potência Aparente (VA) Fator de Potência Eficiência Energética (lm/w) Fluorescente 40,00 3000 80,00 0,50 75,00 Led 18,00 2000 19,56 0,92 127,77 Refletor/Mista 400,00 22000 800,00 0,50 55,00 Refletor/Led 200,00 20000 217,00 0,92 130,00 Na tabela 02 apresentam-se características relacionadas a sustentabilidade e ao custo de aquisição das lâmpadas. De acordo a tabela pode ser observar que as lâmpadas led possuem tempo de vida 10 vezes maior que de lâmpadas fluorescentes. Considerado o custo médio da lâmpada fluorescente ser de 15,00 reais de acordo com a tabela 02, durante o tempo de vida de uma lâmpada LED tem-se a substituição de dez unidades de lâmpadas fluorescentes onerando um custo de 150 reais com substituição das mesmas. Levando em consideração o custo de 30 reais para substituição da mesma durante o período de 10 ciclos de vida obtêm-se um custo total de 300 reais. Desta forma obtêm-se um custo de 360,00 reais maior do que para lâmpada LED, considerando lâmpada e manutenção da mesma. Sendo assim, para lâmpadas com menor tempo de vida, consequentemente mais elevado se torna o índice e o custo de substituição das lâmpadas. Apesar da lâmpada LED possuir um custo atual quatro vezes maior do que a 8
lâmpada fluorescente contabilizando os custos de manutenção e substituição de acordo com tempo de vida útil, a mesma possui grande vantagem econômica como apresentado anteriormente. Em relação a dados ambientais observa-se que a lâmpada LED possui diversas vantagens em relação a fluorescente como a inexistência de metais pesados, ser reciclável, contribuindo de forma positiva em relação às políticas de sustentabilidade almejadas pelos órgãos governamentais. Tabela 2: Características de lâmpadas Tipo de lâmpada Metal Pesado Vida Útil Reciclagem Revitalização Custo Fluorescente mercúrio 4000 não 0 15,00 Led não 40000 sim 3 vezes 60,00 PAYBACK Na tabela 03 apresenta-se o calculo do consumo de energia em horário de ponta e fora de ponta para a tecnologia aplicada hoje na instituição de ensino. Observa-se que o custo total do consumo de energia elétrica para o sistema de iluminação com lâmpadas fluorescentes instalado atualmente é de 7128,00 reais sendo que o valor do KWh no horário de ponta é de 1,73 R$ e fora de ponta 0,52 R$. Na tabela 03 apresenta-se também o valor do consumo de energia com a aplicação do sistema de iluminação LED, sendo que é contabilizado uma redução na potencia instalada de 29040 W, sendo o custo com energia elétrica reduzido para 3207,60 R$, ocorrendo uma economia mensal de 3920,40 R$. Tabela 3: Potencia instalada e Consumo mensal de energia elétrica. Tecnologia Potência total (W) Consumo diário (kwh) Horário normal (R$/kWh) Total mensal no horário normal (R$) Horário de pico (R$/kWh) Total mensal no horário de pico Total mensal (R$) Fluorescente 52800 316,80 R$0,52 1647,36 R$1,73 5480,64 7128,00 Led 23760 142,56 R$0,52 741,31 R$1,73 2466,28 3207,60 9
Para o estudo de caso verifica-se, pela tabela 4, que uma economia de R$ 3920,40 mensais pode ser obtida com aplicação da iluminação LED na instituição, chegando ao montante de R$ 47044,88 ao ano para Faculdade. De acordo com a tabela observa-se também que o tempo de retorno é de 1,68 anos. Sendo que, o tempo de vida das lâmpadas LED é de aproximadamente 10,95 anos de utilização, desta forma, verifica-se que ao longo do tempo o equipamento é economicamente viável e também reduz impactos ambientais com resíduos sólidos. Além disto, com a economia gerada, pode-se investir o valor obtido em tecnologias que reduzem o consumo de energia, como por exemplo, sistemas de acionamentos, sensores de presenças, etc. A tabela 4 também apresenta que é necessário um investimento total de R$ 79.200,00 para realizar a implementação de iluminação LED para a Instituição. Tabela 4- Payback para aplicação de lâmpadas LED Custo R$ Economia mensal (R$) Tempo (Meses) Payback(Ano, meses) 79200,00 3920,40 20,20 1,68 10
CONCLUSÕES Após o estudo realizado com o intuito de melhorar a eficiência enérgica da faculdade em questão, foram analisados dados relacionados a consumo de energia e eficiência luminosa do sistema de luminosidade presente na edificação e de novas tecnologias como explanado, chegando a constatação que a tecnologia LED apesar de possui um custo mais elevado que as demais, traz para edificação maior eficiência luminosa e um menor consumo de energia elétrica. Observou-se que a tecnologia LED além de mais eficiente trás outras diversas qualidades, uma delas é o fator ambiental já que não possui metais pesados, assim oferece menos riscos para a saúde humana e ambiental. Com o custo da energia elétrica cada vez alto e o consumo a cada dia maior é de grande importância a motivação do uso de tecnologias mais eficientes, e para tal motivação são necessárias ações como palestras sócio-educativas, mídias, propagandas, e outros meios que apresentem a sociedade do meio ambiente e que atitudes como a de trocar as lâmpadas podem ser significativas. Por se tratar de um ambiente de ensino é importante salientar que as lâmpadas LED apresentam maior iluminância, proporcionando maior conforto no que se diz respeito a iluminação em sala de aula. De acordo com a pesquisa observou-se que a iluminação com lâmpadas LED é sistema que proporciona maio conforto, menor consumo de energia sendo o mais indicado para o uso no local em que o estudo de caso foi realizado. 11
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