Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
BRUNO ERIK CABRAL
CIRILLO LUCCHIN
PROJETO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA ILUMINAÇÃO DO BLOCO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA E BIBLIOTECA DO SETOR DE CIÊNCIAS E
TECNOLOGIA
CURITIBA
2015
BRUNO ERIK CABRAL
CIRILLO LUCCHIN
PROJETO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA ILUMINAÇÃO DO BLOCO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA E BIBLIOTECA DO SETOR DE CIÊNCIAS E
TECNOLOGIA
Trabalho de conclusão de Curso de Graduação
apresentado a disciplina TE-105 – Projeto de
Graduação, do Curso Superior de Engenharia
Elétrica, do Departamento Acadêmico de
Engenharia Elétrica da Universidade Federal do
Paraná, como requisito parcial para obtenção do
título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. James Alexandre Baraniuk
CURITIBA
2015
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a meus familiares, em especial ao meu pai Dorival da
Luz Cabral Junior, a minha mãe Ester Teresinha Cabral, minha irmã Ellen Daniella
Cabral e a minha namorada Íria Gabriella Ribeiro Morais, pela enorme paciência,
incentivo e força para continuar e concluir mais uma etapa de minha vida.
- Bruno Erik Cabral
Dedico esse trabalho ao meu pai, Fernando Lucchin, a minha mãe, Adriana
Cristine Lucchin, e ao meu irmão, Giovanni Lucchin, que estiveram ao meu lado e
sempre me apoiaram, principalmente nos momentos de maior dificuldade, ajudando
a tornar possível mais essa conquista.
- Cirillo Lucchin
AGRADECIMENTOS
Um sincero agradecimento a todos os mestres e doutores que se esforçaram
em passar ao máximo seus conhecimentos. A todos os colegas e amigos que
acompanharam toda essa fase de minha vida. Em especial ao orientador do de
trabalho o Professor Doutor James Alexandre Baraniuk, ao Professor Doutor João
Américo Vilela pela ajuda com ideias e disponibilidade, ao Professor Msc. Mateus
Duarte Teixeira e a todo o pessoal da BRF S.A e Acxxus Engenharia que
contribuíram com seus conhecimentos para minha formação.
- Bruno Erik Cabral
Agradeço a todos os mestres e professores que estiveram em minha
trajetória ao longo desse meu curso de graduação, compartilhando o conhecimento,
e ajudando na minha formação pessoal e profissional. Agradeço aos meus amigos
que estiveram comigo nos bons e nos maus momentos. Um agradecimento especial
ao orientador desse projeto, o Professor Doutor James Alexandre Barniuk, e aos
Professores Doutor João Américo, e o Professor Msc. Mateus Duarte Teixeira, pela
disponibilidade e auxílio, e também um agradecimento especial ao meu amigo Bruno
Erik Cabral, pelo companheirismo durante toda a graduação, e a dedicação e
parceria em executar esse projeto.
- Cirillo Lucchin
Ninguém é tão sábio que não
tenha algo pra aprender e nem
tão tolo que não tenha algo pra
ensinar.
RESUMO
Atualmente o Brasil tem como sua principal matriz energética a energia gerada
através das hidrelétricas, como o país está passando por uma escassez de chuvas
estamos atravessando uma grande crise energética. Para garantir que os setores
industriais, comerciais e residenciais recebam a energia elétrica o governo acionou
as usinas termoelétricas que geram a energia com um custo mais elevado. Como o
custo de geração é maior consequentemente a tarifa de energia aumenta e a fatura
de energia cresce cada vez mais. Assim, este projeto apresenta uma opção para
que a fatura de energia diminua e que se possa manter ou até mesmo melhorar as
condições de iluminação nos ambientes da Universidade Federal do Paraná. No
projeto será proposta uma solução de eficiência energética para a iluminação
obsoleta do bloco de Engenharia Elétrica e da Biblioteca do Setor de Ciências e
Tecnologia. Nas salas de aulas a iluminação se torna um fator fundamental para que
professores e alunos possam realizar suas atividades, sendo elas de leitura ou
escrita. A iluminação atual é antiga e já está fora dos padrões normativos do Brasil,
com isso será realizado o estudo com novas tecnologias para iluminação como, uma
lâmpada fluorescente mais eficiente e a lâmpada a LED. O projeto apresentará os
parâmetros adequados para um projeto luminotécnico de acordo com a norma ABNT
IEC 8995 -1. O tema de eficiência energética vem sendo discutido cada vez mais
dentro das universidades para que o desenvolvimento de produtos e projetos possa
auxiliar na redução de consumo de energia elétrica. Com tudo, geralmente os
projetos de eficiência energética tem seu custo elevado, então o projeto apresentará
os custos do projeto e cálculos de viabilidade para cada cenário testado. As
concessionárias de energia são obrigadas a investir em projetos de eficiência
energética, assim será apresentado como são as chamadas públicas de Projetos de
Eficiência Energética (PEE) disponibilizadas pela COPEL, mostrando como é feita a
análise e o que será necessário para que um projeto seja aprovado. Por fim, será
possível compreender como entrar em um processo público para ter auxílio
financeiro para os projetos de eficiência energética.
Palavras-chave: Eficiência energética, lâmpadas fluorescentes, lâmpadas LED.
ABSTRACT
Nowadays, Brazil has as its main energy grid energy generated through hydropower,
as the country is experiencing a shortage of rain we are going through a major
energy crisis. To ensure that industrial, commercial and residential sectors receive
electricity the government fired thermoelectric plants that generate energy at a higher
cost. As the cost of generation is therefore the most energy tariff increases and the
energy bill grows more and more. Thus, this project presents an option for the energy
bill decreases and one can maintain or even improve the lighting conditions in the
environments of the Federal University of Parana. The project will be proposed an
energy efficiency solution for the obsolete lighting Electrical Engineering block and
Industry of Science and Technology Library. In lighting classrooms becomes a key
factor for teachers and students to carry out their activities, which were read or write.
The current lighting is old and is already out of normative standards in Brazil, it will be
conducted the study with new technologies for lighting as a more efficient fluorescent
lamp and LED lamp. The project will present the appropriate parameters for a lighting
project according to ABNT IEC 8995 -1. The energy efficiency theme has been
discussed increasingly in universities for the development of products and projects to
help reduce electricity consumption. In all, usually the energy efficiency projects has
its high cost, then the project will present the project costs and feasibility calculations
for each scenario tested. The utilities are required to invest in energy efficiency
projects, so it will be presented as are the public calls for Energy Efficiency Projects
(EEP) provided by COPEL, showing how the analysis is done and what will be
needed for a project to be approved. Finally, you can understand how to have a
public trial for financial assistance for energy efficiency projects..
Keywords: Energy efficiency, fluorescent lamps, LED lamps
LISTA DE FIGURA
FIGURA 1 - ÂNGULO DE CORTE........................................................................... 19
FIGURA 2 – POSIÇÃO GUTH.................................................................................. 20
FIGURA 3 - DIAGRAMA PADRÃO DE CORES ...................................................... 23
FIGURA 4 - CURVA DA RADIAÇÃO DE PLANK..................................................... 25
FIGURA 5 - CURVA DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA............................................. 27
FIGURA 6 - PARTIDA COM STARTER.................................................................... 28
FIGURA 7 - PARTIDA COM REATOR ESPECÍFICO............................................... 29
FIGURA 8 - JUNÇÃO P-N......................................................................................... 32
FIGURA 9 - PRINCIPIO DALI...................................................................................
FIGURA 10 - LÂMPADA ATUAL 32 W......................................................................
35
41
FIGURA 11 - ESPECTRO DA COR LÂMPADA 32 W.............................................. 42
FIGURA 12 - LÂMPADA EFICIENTE 28 W.............................................................. 43
FIGURA 13 - ESPECTRO DA COR LÂMPADA 28 W.............................................. 43
FIGURA 14 - CURVA DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA DA LUMINARIA LED......... 44
FIGURA 15 - ESPECTRO DA COR LÂMPADA LED................................................ 44
FIGURA 16 - DALI DA PHILIPS................................................................................ 45
FIGURA 17 - LUXÍMETRO........................................................................................ 47
FIGURA 18 - TRENA A LASER................................................................................ 47
FIGURA 19 - ANALISADOR DE QUALIDADE DE ENERGIA.................................. 48
FIGURA 20 – CENÁRIO ATUAL SUPERIOR........................................................... 54
FIGURA 21 – CENÁRIO ATUAL INFERIOR............................................................. 54
FIGURA 22 – SALA DE AULA ATUAL..................................................................... 55
FIGURA 23 – MEDIÇÃO DA SALA DE AULA.......................................................... 56
FIGURA 24 – MEDIÇÃO QUADRO.......................................................................... 56
FIGURA 25 – MEDIÇÃO CONJUNTO DE ILUMINAÇÃO......................................... 58
FIGURA 26 – CENARIO EFICIENTE SUPERIOR.................................................... 60
FIGURA 27 – CENARIO EFICIENTE INFERIOR...................................................... 60
FIGURA 28 – CENARIO EFICIENTE SALA DE AULA............................................. 62
FIGURA 29 – MEDIÇÃO LUMINÁRIAS EFICIENTES.............................................. 62
FIGURA 30 - CENARIO EFICIENTE LED SALA DE AULA...................................... 63
FIGURA 31 – MEDIÇÂO EFICIENTE SALA DE AULA............................................. 64
FIGURA 32 – PONTOS OFUSCAMENTO................................................................ 65
FIGURA 33 – PONTOS OFUSCAMENTO LED........................................................ 66
FIGURA 34 – 1° ANDAR ATUAL.............................................................................. 70
FIGURA 35 – 2° ANDAR ATUAL.............................................................................. 71
FIGURA 36 – 3 ANDAR ATUAL................................................................................ 72
FIGURA 37 – OFUSCAMENTO 1° ANDAR.............................................................. 73
FIGURA 38 – OFUSCAMENTO 2° ANDAR.............................................................. 74
FIGURA 39 – OFUSCAMENTO 3° ANDAR.............................................................. 75
FIGURA 40 – 1° ANDAR EFICIENTE....................................................................... 77
FIGURA 41 – 2° ANDAR EFICIENTE....................................................................... 78
FIGURA 42 – 3° ANDAR EFICIENTE....................................................................... 79
FIGURA 43 – ORÇAMENTO LED LUMICENTER.................................................... 97
FIGURA 44 – ORÇAMENTO LED LUMICENTER.................................................... 97
FIGURA 45 – ORÇAMENTO LED LUMICENTER.................................................... 98
FIGURA 46 – BLOCO NOVO EXTERNO................................................................. 99
FIGURA 47 – BLOCO NOVO INFERIOR.................................................................. 99
FIGURA 48 – BLOCO NOVO SUPERIOR............................................................... 100
LISTA DE QUADROS
QUADRO1 - ILUMINÂNCIA MÉDIA DE CADA AMBIENTE................. 17
QUADRO 2 - ÂNGULO DE CORTE MÍNIMO...................................... 18
QUADRO 3 - ÍNDICE DE OFUSCAMNETO UNIFICADO LIMITE....... 21
QUADRO 4 – TEMPERATURA DA COR............................................. 24
QUADRO 5 – TEMPERATURA CORRELATA DE COR...................... 24
QUADRO 6 – APARÊNCIA E TEMPERATURA DAS CORES............ 26
QUADRO 7 – CRITÉRIOS PARA PONTUAÇÃO DAS PROPOSTAS. 36
QUADRO 8 – CENARIO ATUAL.......................................................... 59
QUADRO 9 – CENARIO EFICIENTE T5............................................. 67
QUADRO 10 – RESULTADO EFICIENTE T5...................................... 68
QUADRO 11 – CENÁRIO EFICIENTE LED......................................... 68
QUADRO 12 – RESULTADO EFICIENTE LED................................... 69
QUADRO 13 – CENÁRIO ATUAL BIBLIOTECA.................................. 76
QUADRO 14 – CENÁRIO PROPOSTO BIBLIOTECA......................... 82
QUADRO 15 – RESULTADOS BIBLIOTECA...................................... 82
QUADRO 16 – ORÇAMENTOS LUMINÁRIAS T5............................... 83
QUADRO 17 – ORÇAMENTOS LUMNIÁRIAS LED............................ 83
LISTA DE SIGLAS
CIE – Comission Internationale de l’Ecalirage, Comissão Internacional de
Iluminação
COPEL – Companhia Paranaense de Energia
DALI – Digital Addressable Lighting Interface, Interface de Endereçamento
Digital para Iluminação;
LED – Light Emitting Diode, Diodo Emissor de Luz
PEE – Projeto de Eficiência Energética
PROPEE – Procedimentos do Programa de Eficiência Energética
RCB – Relação de Custo-Benefício
SMD – Surface Mount Device, Dispositivo Montado na Supefície
TCC – Temperatura Correlata de Cor
UGR – Unified Glare Rating, Classificação de Ofuscamento Unificado
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11
1.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................. 12
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 13
2.1 FLUXO LUMINOSO ............................................................................................ 13
2.2. EFICÁCIA LUMINOSA ....................................................................................... 14
2.3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................................................................................ 15
2.4 ILUMINÂNCIA ..................................................................................................... 16
2.5 OFUSCAMENTO ................................................................................................ 18
2.6 ASPECTOS DAS CORES ................................................................................... 21
2.6.1 ESPECTRO E TEMPERATURA DE COR ....................................................... 22
2.6.2 ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DA COR .............................................................. 25
2.7 CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA ......................................................... 26
2.8 LÂMPADAS FLUORESCENTES ........................................................................ 27
2.8.1 LÂMPADA FLUORESCENTE DE CATODO QUENTE PREAQUECIDO ......... 28
2.8.1 LÂMPADA FLUORESCENTE DE CATODO SEM PREAQUECIMENTO ........ 29
2.8.1 LÂMPADA FLUORESCENTE DE CATODO FRIO .......................................... 29
2.9 REATORES ......................................................................................................... 30
2.10 LÂMPADAS LED ............................................................................................... 31
2.11 DRIVER ............................................................................................................. 33
2.12 DALI .................................................................................................................. 34
2.13 CRITÉRIOS PARA COPEL ............................................................................... 35
2.13.1 RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO .................................................................... 36
2.13.2 ECONOMIA DE ESCALA ............................................................................... 37
2.13.3 PESO DO INVESTIMENTO EM EQUIPAMENTOS NO CUSTO TOTAL DO
PROJETO ................................................................................................................. 38
2.13.4 IMPACTO DIRETO NA ECONOMIA DE ENERGIA E REDUÇÃO DE
DEMANDA NA PONTA ............................................................................................. 38
2.13.5 QUALIDADE DA APRESENTAÇÃO DO PROJETO ...................................... 39
2.13.6 CAPACIDADE PARA SUPERAR BARREIRAS DE MERCADO E EFEITO
MULTIPLICADOR ..................................................................................................... 40
2.13.7 EXPERIÊNCIAS EM PROJETOS SEMELHANTES ....................................... 40
2.13.8 CONTRAPARTIDA ......................................................................................... 40
2.13.9 DIVERSIDADE DE USOS FINAIS ................................................................. 41
2.13.10 AÇÕES EDUCACIONAIS (TREINAMENTO E CAPACITAÇÃO) ................. 42
2.14 CUSTO-BENEFÍCIO ......................................................................................... 42
2.15 CONSUMO DE ENERGIA ................................................................................. 43
2.16 TAXA DE RETORNO DE INVESTIMENTO ...................................................... 44
2.17 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA PARA COPEL ...................................................... 44
3 MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... 47
3.1 LÂMPADA FLUORESCENTE ATUAL ................................................................. 47
3.2 LÂMPADA FLUORESCENTE EFICIENTE .......................................................... 48
3.3 LÂMPADA LED ................................................................................................... 49
3.4 DALI .................................................................................................................... 50
3.5 DIALUX EVOLUTION .......................................................................................... 51
3.6 LUXÍMETRO ....................................................................................................... 52
3.7 TRENA A LASER ................................................................................................ 53
3.8 ANALISADOR DE QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA ................................ 54
3.9 SIMULAÇÕES ..................................................................................................... 54
3.10 DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA INSTALADA ............................................... 55
3.10 AVALIAÇÃO DE ECONOMIA DE ENERGIA ..................................................... 55
3.12 METODOLOGIA ................................................................................................ 56
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................. 59
4.1 BLOCO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ............................................................... 59
4.1.1 CENÁRIO ATUAL ............................................................................................ 59
4.1.1.1 ILUMINÂNCIA ATUAL ................................................................................... 61
4.1.1.2 OFUSCAMENTO ATUAL .............................................................................. 63
4.1.1.3 CÁLCULO DO SISTEMA ATUAL .................................................................. 63
4.1.2 CENÁRIO EFICIENTE ..................................................................................... 65
4.1.2.1 ILUMINÂNCIA EFICIENTE T5 ...................................................................... 67
4.1.2.2 ILUMINÂNCIA EFICIENTE LED .................................................................... 69
4.1.2.3 OFUSCAMENTO EFICIENTE T5 .................................................................. 70
4.1.2.4 OFUSCAMENTO EFICIENTE LED ............................................................... 71
4.1.2.5 CÁLCULO DO SISTEMA EFICIENTE ........................................................... 73
4.2 BIBLIOTECA ....................................................................................................... 75
4.2.1 CENÁRIO ATUAL ............................................................................................ 75
4.2.1.1 ILUMINÂNCIA ATUAL ................................................................................... 76
4.2.1.2 OFUSCAMENTO ATUAL .............................................................................. 78
4.2.1.3 CÁLCULO DO SISTEMA ATUAL .................................................................. 81
4.2.2 CENÁRIO EFICIENTE ..................................................................................... 82
4.2.2.1 ILUMINÂNCIA EFICIENTE ............................................................................ 83
4.2.2.2 OFUSCAMENTO EFICIENTE ....................................................................... 86
4.2.2.3 CÁLCULO DO SISTEMA EFICIENTE ........................................................... 87
4.3 ANÁLISE ECONÔMICA DO PROJETO .............................................................. 89
4.3.1 ORÇAMENTOS ................................................................................................ 89
4.3.2 ANÁLISE SEM SISTEMA DALI MÉTODO COPEL .......................................... 90
4.3.4 ANÁLISE COM SISTEMA DALI MÉTODO COPEL ......................................... 92
4.3.5 CUSTO PARA TORNAR VIÁVEL .................................................................... 95
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 97
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................. 100
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 101
APÊNDICE A – SIMULAÇÃO NOVO BLOCO ENGENHARIA ELÉTRICA ........... 105
11
1 INTRODUÇÃO
Atualmente o tema de eficiência energética vem sendo trabalhado e
considerado uma prioridade em assuntos acadêmicos. Após um período sem chuvas
e uso excessivo de energia ficou constatado que o Brasil vive um momento de crise
energética.
O cenário energético do país novamente é crítico. No caso atual,
contudo, o suprimento vem sendo complementado com o acionamento das
termelétricas, operando em plena capacidade desde o agravamento da
estiagem e consequente redução do nível dos reservatórios das
hidrelétricas. Apesar de estarem cumprindo com o seu papel de fonte
auxiliar em momentos críticos, o acionamento das termelétricas encareceu
o preço da energia para as distribuidoras e para o consumidor, fato que
volta a pressionar a atividade industrial do país. (ABESCO, 2015).
Com a crise energética proibição da fabricação de lâmpadas incandescentes
que possuem baixa eficiência energética foi a primeira medida a ser tomada. As
proibições começaram em junho de 2013 para as lâmpadas com potências acima de
101 W, um ano depois em junho de 2014 as lâmpadas de 60 W foram proibidas de
serem fabricadas e agora em junho de 2015 as lâmpadas de 25 W e 40 W foram
proibidas. Com isso, as lâmpadas para uso residencial e escolar que podem ser
utilizadas são as halógenas, as fluorescentes e as LED’s. (TERRA, 2014)
Devido esta crise energética, o projeto apresentará uma alternativa para a
eficiência energética da iluminação em prédios públicos, neste caso, será nos blocos
de Engenharia Elétrica e na Biblioteca de Ciências e Tecnologia da UFPR.
Este projeto irá mostrar no capítulo 1 os objetivos a serem apresentados por
neste projeto. No capítulo 2 será apresentada a definição dos principais parâmetros
de projetos de iluminação, como: iluminância, ofuscamento, fluxo luminoso, eficácia
luminosa, entre outros. O capítulo 3 trará o método e os critérios para a
determinação das lâmpadas mais eficientes e a descrição do software utilizado para
simular os ambientes em estudo.
12
No capítulo 4 serão apresentados os resultados das simulações e os
cálculos de viabilidade econômica para que o projeto possa ser aceito pela COPEL,
neste capítulo ainda haverá uma discussão sobre as lâmpadas escolhidas, se estão
adequadas ou não.
Após a discussão dos resultados o capítulo 5 expressará as conclusões
sobre o projeto de eficiência energética da iluminação. Por fim, serão exibidas no
capítulo 6 as sugestões para futuros trabalhos e em seguida será apresentada as
referências utilizadas para a conclusão deste projeto.
1.1 OBJETIVO GERAL
Apresentar um projeto de eficiência energética de iluminação aos padrões
da Norma ABNT IEC 8995-1 e da Companhia Paranaense de Energia (COPEL), de
acordo com os Procedimentos do Programa de Eficiência Energética (PROPEE),
nos blocos de Engenharia Elétrica e na Biblioteca do Setor de Ciências e Tecnologia
da Universidade Federal do Paraná.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Com o intuito de alcançar o objetivo geral, o projeto será composto pelos
objetivos específicos relacionados a seguir:
Determinar principais parâmetros para projeto de eficiência energética de
iluminação;
realizar levantamento da atual situação de iluminação dos ambientes em
estudo;
selecionar um conjunto de lâmpadas e luminárias que sejam mais eficientes
que a situação atual;
selecionar um modelo de luminária LED (Light Emitting Diode) eficiente que
atenda as Normas;
13
propor novo modelo de disposição de luminárias com lâmpadas LED;
realizar simulações dos ambientes considerando o cenário atual, o cenário
com lâmpadas fluorescente e luminárias de alta eficiência e um cenário com
iluminação a LED no software DIALUX Evolution;
realizar o cálculo de viabilidade econômica para os caso de lâmpada mais
eficiente que a atual e da lâmpada LED.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 FLUXO LUMINOSO
O fluxo luminoso pode ser definido como sendo a potência que uma fonte
luminosa emite em todas as direções do espaço, ou pode ser definido como a
potência de radiação de uma fonte luminosa avaliada pelo olho humano. Sua
unidade de medida é o lúmen (lm) (FILHO, 2007).
Essa radiação poderia ser expressa basicamente em Watt, por representar
potência, porém, isso não iria descrever os efeitos ópticos da fonte luminosa
adequadamente, sendo que a variância espectral da sensibilidade do olho, não está
sendo levado em conta (ERCO, 1992).
Para incluir a sensibilidade espectral do olho, é utilizada a unidade lúmen.
Fluxo radiante de 1 Watt emitido com comprimento de onda de 555 nm, produz um
fluxo luminoso de 683 lm. O mesmo fluxo radiante irá produzir menos fluxo luminoso
em diferentes comprimentos de onda (ERCO, 1992).
A faixa de percepção da sensibilidade do olho humano varia de acordo com
o espectro de cores, que estão na faixa do comprimento de onda de 400 a 700 nm
(FILHO, 2007).
14
2.2. EFICÁCIA LUMINOSA
A eficácia luminosa é a relação entre o fluxo luminoso (lm) emitido pela fonte
luminosa e a potência que a fonte converte em fluxo, a eficácia luminosa é medida
em lúmens por Watt (lm/W) (CREDER, 2008). Considerando este parâmetro das
fontes luminosas pode – se elaborar projetos mais eficientes, escolhendo lâmpadas
com melhor eficácia luminosa (FILHO, 2007).
O valor máximo teoricamente atingível quando a energia radiante total é
transformada em luz visível é de aproximadamente 683lm / W. A eficácia luminosa
varia para cada fonte de luz, mas sempre permanece abaixo desse valor, que é
considerado o ideal para uma fonte de luz (ERCO, 1992). As lâmpadas
fluorescentes comuns tem eficácia luminosa com valores entre 55 e 75 lm/W
(FILHO, 2007).
A eficácia luminosa pode ser alterada devido a superfície difusora da
luminária, pois ela pode absorver uma parte da energia luminosa (FILHO, 2007).
De acordo com Cotrim (2003, p. 616), “O termo ‘eficácia’ foi adotado para
indicar a qualidade de uma radiação de ser eficaz quanto a possibilidade de produzir
uma sensação luminosa, não devendo ser confundida com eficiência.”
A eficácia também é definida como sendo a eficiência que a energia elétrica
é convertida em luz por uma fonte luminosa (OSRAM, 2014).
As lâmpadas conhecidas e com maior disponibilidade no mercado têm suas
eficácias luminosas sendo:
Lâmpadas Incandescentes – 14 lm/W;
Lâmpadas Fluorescentes – 84,9 lm/W:
Lâmpadas LED – 93,3 lm/W; (INDUSCON, 2010)
15
2.3 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
O termo eficiência energética é utilizado para a relação do fluxo luminoso
emitido por uma fonte luminosa com o consumo em Watts que esta fonte consome
para emitir tal fluxo luminoso (COTRIM, 2003).
O bom desempenho de um sistema de iluminação depende de cuidados que
se iniciam no projeto elétrico, considerando informações sobre luminárias, a forma
que será utilizada, o tipo de atividade que será exercida no ambiente, entre outras
(COPEL, 2005).
É recomendável que os novos projetos de iluminação considerem os
seguintes pontos para obter uma maior eficiência energética:
Máximo aproveitamento da luz natural;
determinação de áreas efetivas de utilização;
nível de iluminação adequado ao trabalho, conforme é recomendado pela
Norma Brasileira NBR-5413;
iluminação localizada em pontos especiais como pranchetas de desenho;
sistemas que permitam desviar o calor gerado pela iluminação para fora do
ambiente, visando reduzir a energia consumida na utilização de
condicionadores de ar;
selecionar lâmpadas e luminárias buscando conforto visual com mínima carga
térmica ambiental;
utilizar luminárias espelhadas, devido a sua maior eficiência;
selecionar reatores buscando a redução das perdas e fator de potência mais
alto;
utilização de relés fotoelétricos para controlar o numero de lâmpadas acesa,
em função da luz natural do ambiente.
Utilização de sistema de dimerização para aproveitar a luz natural (COPEL,
2005).
O sistema de iluminação de um ambiente de trabalho deve proporcionar luz
uniforme sobre todos os planos de trabalho, luz suficientemente difusa, bem dirigida
16
e distribuída para evitar sobras, iluminação adequada com o mínimo de ofuscamento
e reprodução de cor compatível com a natureza do trabalho (COPEL, 2005).
2.4 ILUMINÂNCIA
A base para um projeto luminotécnico, é quantidade de luz (luminância)
disponível para uma determinada atividade visual, em uma determinada situação. A
luz é um pré-requisito para a percepção visual (ERCO, 1992).
A iluminância é medida em lux, que corresponde ao fluxo luminoso que
incide perpendicularmente em uma superfície de 1 m². O fluxo luminoso não é
uniforme, gerando iluminância diferentes em vários pontos de uma superfície, na
prática é considera a iluminância média (FILHO, 2007).
Após uma avaliação da quantidade de luz necessária para cada situação,
foram definidos os limites mínimos e máximos de iluminância. Foram realizadas
análises dentro do ambiente de trabalho, a fim de estabelecer os níveis de
iluminância para um melhor desempenho visual. Por desempenho visual,
entendemos a habilidade de identificar objetos e detalhes, e a condição de
desempenhar atividades visuais identificando o contraste entre o objeto e a área em
que o objeto está presente (ERCO, 1992).
A iluminância e sua distribuição na área de trabalho e em seu entorno tem
impacto na forma em que uma pessoa percebe e executa uma tarefa de forma
confortável e segura (ABNT IEC 8995-1, 2013).
Os valores dados pela norma ABNT IEC 8995-1 são a iluminância a ser
mantida sobre a área de referência, a qual pode ser horizontal, vertical ou inclinado,
sendo que a iluminância média para cada tarefa, não pode ser inferior aos valores
dados pelo quadro 1, independente da idade e condições da instalação. Os valores
são definidos para uma condição visual normal, e leva em conta fatores como:
Requisitos para a tarefa visual (ABNT IEC 8995-1, 2013);
Segurança (ABNT IEC 8995-1, 2013);
17
Aspectos psico - fisiológicos como o conforto visual e o bem-estar (ABNT IEC
8995-1, 2013);
Economia (ABNT IEC 8995-1, 2013);
Experiência prática das atividades desenvolvidas em casa ambiente (ABNT
IEC 8995-1, 2013).
26. Biblioteca Em (lux)
Estantes 200
Área de Leitura 500
Bibliotecárias 500
28. Construções Educacionais
Em (lux)
Salas de aula, Salas de aulas particulares
300
Salas de aula noturna, classe e educação adulta
500
Sala de Leitura 500
Quadro Negro 500
Sala de aplicações e laboratórios
500
Sala dos professores 300
Corredores 100
QUADRO 1: ILUMINÂNCIA MÉDIA DE CADA AMBIENTE
Fonte: ABNT IEC 8995-1
Os valores de iluminância podem ser ajustados em um nível de escala, se as
condições visuais forem diferentes das assumidas como normais. Aumentar a
iluminância, se justifica em situações que os contrastes são excepcionalmente
baixos, o trabalho visual é crítico, o trabalho possui importância na exatidão. E pode-
se diminuir a iluminância em um nível de escala, quando os detalhes são de um
tamanho excepcionalmente grande, ou de alto contraste, ou quando a tarefa é
realizada em um curto tempo. Em áreas onde trabalho realizado é contínuo, a
iluminância mantida não pode ser inferior a 200 lux (ABNT IEC 8995-1, 2013).
18
2.5 OFUSCAMENTO
O ofuscamento é o efeito de uma forte luz dentro do campo de visão,
apresentando uma sensação de desconforto e pode prejudicar o desempenho de
uma tarefa visual (RODRIGUES, 2002).
Este pode ser desconfortável ou inabilitador. O ofuscamento desconfortável
pode ser causado por luminárias brilhantes ou janelas, e o ofuscamento inabilitador,
geralmente percebido na iluminação exterior. Se os limites referentes ao
ofuscamento desconfortável são atendidos, o ofuscamento inabilitador não será um
grande problema (ABNT IEC 8995-1, 2013).
Ofuscamento é considerado desconfortável, se a fonte não causar redução
de performance visual, mas apenas um fator de interferência. Isto ocorre quando o
indivíduo observa um alto nível de iluminância em seu campo de visão. A pessoa
atrai o seu olhar da sua área de trabalho, para a fonte de ofuscamento, mas a área
do campo de visão do observador que recebeu o alto nível de brilho, não irá recebe
a informação visual necessária para a realização da atividade. Uma fonte de
ofuscamento também pode ser considerada como ruído visual (ERCO, 1992).
O ofuscamento é causado por luminâncias excessivas ou contrastes no
campo de visão. Para lâmpadas elétricas, o ângulo de corte mínimo (Figura 1) para
proteção de visualização direta da lâmpada, não pode ser menor do que os valores
pela norma ABNT apresentados pelo quadro 2 (ABNT IEC 8995-1, 2013).
Luminância da Lâmpada (kcd/m²)
Ângulo de corte mínimo
1 a 20 10º
20 a 50 15º
50 a 500 20º
>500 30º
QUADRO 2: ÂNGULO DE CORTE MÍNIMO
Fonte: ABNT IEC 89995-1
19
FIGURA 1: ÂNGULO DE CORTE
Fonte: ERCO, 1992
Outra forma de ofuscamento é o ofuscamento refletido por uma tarefa visual,
ou pelo ambiente. O desconforto causado por essa forma de ofuscamento gera
consideráveis problemas para ler textos impressos em papel, ou utilizar o monitor de
um computador, por causa do esforço dos olhos em buscar constantemente se
adaptar a uma tarefa visual, que está próxima ao observador, enquanto algum
reflexo proveniente de uma fonte de luz causa a distração (ERCO, 1992).
O valor referente ao ofuscamento desconfortável de uma instalação de
iluminação deve ser determinado pelo método tabular do Índice de Ofuscamento
Unificado da CIE ou Unified Glare Rating (UGR), baseado na fórmula abaixo, onde:
Lb- Luminância de fundo (cd/m²)
L - Luminância da parte luminosa de cada luminária no campo de visão do
observador (cd/m²)
20
ω -Ângulo sólido da parte luminosa de cada luminária junto ao olho do
observador (esferorradiano - sr)
ρ – Índice de posição Guth de cada luminária individualmente relacionado ao
seu deslocamento a partir da linha de visão.(ABNT IEC 8995-1, 2013)
A Luminância de fundo é calculada pela fórmula abaixo, onde Eind é a
iluminância indireta vertical no olho do observador (ABNT IEC 8995-1, 2013).
𝐿𝑏 =𝐸𝑖𝑛𝑑
𝜋
Para determinar o índice de posição Guth, é considerado o ângulo do plano
vertical que contém a fonte de luz, e o ângulo entre a linha de visão e a linha entre o
observador e a fonte de luz, como pode ser observado na figura 2 (JAN WIENOLD,
2009).
FIGURA 2: POSIÇÃO GUTH
Fonte: JAN WIENOLD, 2009
Não convém que o método UGR seja utilizado para grandes fontes de luz
(ângulo sólido > 1 sr) ou para pequenas fontes de luz (ângulo sólido < 0,0003 sr).
Como o efeito ofuscante de grandes fontes de luz depende apenas de uma pequena
extensão em seu índice de posição, do ângulo sólido, ou da luminância de fundo, o
ofuscamento pode ser aproximado com base na luminância e limitado por um valor
admissível. Na DIN 5035-1, a iluminância máxima permissível foi fixada em 500
21
cd/m². Na publicação 20 LiTG, o limite recomendado para um UGR de 19 é 350
cd/m² para grandes salas, e 750 cd/m² para pequenas salas (ABNT IEC 8995-1,
2013).
Com isso, já estão predefinidos pela Norma ABNT IEC 8995-1 os valores
limites de UGR para os ambientes em estudo, como apresenta o quadro 3.
26. Biblioteca UGR
Estantes 19
Área de Leitura 19
Bibliotecárias 19
28. Construções Educacionais
UGR
Salas de aula, Salas de aulas particulares
19
Salas de aula noturna, classe e educação adulta
19
Sala de Leitura 19
Quadro Negro 19
Sala de aplicações e laboratórios
19
Sala dos professores 19
Corredores 25
QUADRO 3: ÍNDICE DE OFUSCAMNETO UNIFICADO LIMITE
Fonte: ABNT IEC 89995-1
2.6 ASPECTOS DAS CORES
A luminância, a qual é percebida como o brilho, o olho humano faz um
registro da cor com base na composição espectral da luz percebida. A cor é definida
por meio da capacidade de vários materiais para absorver gamas espectrais
específicos, alterando a composição espectral da luz, assim refletindo a cor do
objeto (ERCO, 1992). Os aspectos das cores são divididos em dois tópicos, índice
de reprodução da cor e temperatura da cor.
22
2.6.1 Espectro e temperatura de cor
Além da luminância, que é percebia pelo olho através do brilho, também é
possível registrar a impressão de cor baseado na composição espectral da luz
percebida. A própria luz pode ser percebida com diferentes cores, mas também, a
cor pode ser produzida através da capacidade dos materiais em absorver
determinadas faixas espectrais (ERCO, 1992).
Existem diferentes formas de descrever as cores. Em uma delas, o diagrama
padrão de cores da CIE, a cor do objeto ou da luz, são medidas ou calculadas de
acordo com a composição espectral da iluminância para a luz colorida, para a
reflexão ou pela transmissão da cor de um objeto para o outro e apresentado em um
diagrama bidimensional. Neste diagrama, brilho não e considerado com uma
grandeza, e somente matriz e saturação podem ser determinadas (ERCO, 1992).
O plano do diagrama da CIEE, apresentado na figura 3, compreende todas as
cores reais, que podem ser definidas usando as coordenadas X/Y, e também
satisfaz algumas outras condições. O plano é cercado por uma curva limite, onde
está o espectro de cores saturadas. No centro, o ponto “E” marca o ponto de menor
saturação, definido como ponto branco. Todos os graus de saturação de uma cor na
escala de saturação podem ser encontrados entre a linha que esta entre o ponto
branco, o espectro de cor loci. Combinações entre duas cores também estão
presentes na linha que une a respectiva cor loci (ERCO, 1992).
23
FIGURA 3: DIAGRAMA PADRÃO DE CORES
Fonte: ERCO, 1992
A temperatura de cor descreve a cor da luz de uma fonte luminosa. No caso
de fontes incandescentes de iluminação, a temperatura de cor é quase equivalente à
temperatura do filamento. Para outras formas de fontes de iluminação, é
considerada a Temperatura Correlata de Cor (TCC). TCC é a temperatura em que
um corpo negro emite uma determinada cor de luz (ERCO, 1992).
A temperatura da cor é uma grandeza medida em Kelvin (K). A luz ‘’quente’’,
de aparência amarelada, tem baixa temperatura de cor (não superior a 3000K). A luz
‘’fria’’ de aparência azul violeta, tem temperatura de cor maior que 6000K. A luz
branca natural emitida pelo sol em céu aberto ao meio-dia tem temperatura de cor
perto de 5800 K (LUMINOCENTER, 2013).
As lâmpadas são divididas em três categorias apresentadas no quadro 4, e a
TCC das fontes mais comuns de iluminação, estão apresentadas no quadro 5.
24
Aparência da Cor Temperatura da Cor Correlata
Quente Abaixo de 3300 K
Intermediária 3300 K a 5300 K
Fria Acima de 5300 K
QUADRO 4: TEMPERATURA DA COR
Fonte: ABNT IEC 8995-1, 2013
Fonte de Luz Temperatura da Cor Correlata (K)
Vela 1900-1950
Lâmpada de Filamento de Carbono 2100
Lâmpada Incandescente 2700-2900
Lâmpadas Fluorescentes 2800-7500
Luz do Sol 5000 - 6000
QUADRO 5: TEMPERATURA CORRELATA DE COR
Fonte: ERCO, 1992
Uma curva pode ser desenhada dentro da área colorida do Diagrama
Padrão de Cores, para mostrar as diferentes cores da Radiação de Plank (Corpo
Negro), para as diferentes temperaturas em que esse corpo negro é aquecido. Essa
curva descreve a cor da luz da lâmpada incandescente. Para descrever a cor da
iluminancia de outras lâmpadas, uma série de linhas representando Temperaturas
Correlatas de Cor, são traçadas a partir da curva da radiação de Plank (ERCO,
1992).
25
FIGURA 4: CURVA DA RADIAÇÃO DE PLANK
Fonte: ERCO, 1992
No gráfico da figura 4, os pontos fixados na curva que representa as
temperaturas de cor da lâmpada incandescente, representam as Temperaturas
Correlatas de Cor para diferentes fontes de iluminação. O ponto 1 representa a luz
de uma vela, o ponto 2 uma lâmpada incandescente, o ponto 3 uma lâmpada
halógena, o ponto 4 uma lâmpada fluorescente com branco quente, o ponto 5 uma
lâmpada fluorescente com branco neutro, e o ponto 6 a lâmpada fluorescente com o
branco da luz do dia (ERCO, 1992).
2.6.2 Índice de reprodução da cor
A reprodução da cor é importante para o desempenho visual de uma atividade
e para o conforto e bem – estar das pessoas, para que as cores do ambiente e dos
objetos sejam reproduzidas de forma natural e corretas (ABNT IEC 8995-1).
Para uma fonte de luz ter uma reprodução objetiva das cores, foi introduzido
um Índice de Reprodução de Cor (IRC). O valor IRC está relacionado com a luz
natural, o Sol, sendo o IRC igual 100 o valor máximo. O IRC é a medida entre a cor
real de um objeto e sua aparência diante de uma fonte luminosa. Uma fonte de luz
artificial deve permitir que o olho humano perceba as cores corretamente, ou o mais
próximo da luz natural. Então, quanto mais de próximo de 100 for o valor IRC, mais
eficiente é a reprodução de cores. Não é indicado usar lâmpadas com IRC menor
que 80 para ambientes de sala de aula (ABNT IEC 8995-1).
26
Para cada ambiente em estudo já é predefinido pela Norma ABNT IEC 8995-
1 um valor fixo de IRC, como mostra o quadro 6.
26. Biblioteca IRC
Estantes 80
Área de Leitura 80
Bibliotecárias 80
28. Construções Educacionais
Ra
Salas de aula, Salas de aulas particulares
80
Salas de aula noturna, classe e educação adulta
80
Sala de Leitura 80
Quadro Negro 80
Sala de aplicações e laboratórios
80
Sala dos professores 80
Corredores 80
QUADRO 6: APARÊNCIA E TEMPERATURA DAS CORES
Fonte: ABNT IEC 8995-1, 2013
2.7 CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA
A curva de distribuição luminosa é a principal forma que os fornecedores
apresentam a distribuição da luminosidade em todas as direções de uma lâmpada
ou da associação de uma lâmpada com uma luminária. É apresentado um digrama
polar onde a luminária é reduzida a um ponto no centro e a intensidade luminosa
esta em função do ângulo formado com a vertical (CREDER, 2008). A Figura 5
apresenta os diagramas.
27
FIGURA 5: CURVA DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA
Fonte: Philips, 2014
2.8 LÂMPADAS FLUORESCENTES
A lâmpada fluorescente é uma lâmpada de baixa pressão, na qual a luz é
produzida por pós-fluorescentes que são ativados por energia ultravioleta. Estas
lâmpadas são normalmente em formato de bulbo tubular longo e possuem eletrodos
suas extremidades (COTRIM, 2003).
O pó fluorescente referido anteriormente é o fósforo, que tem a característica
de emitir luz quando excitado por energia ultravioleta. Os eletrodos nas
extremidades são de tungstênio revestido por óxido, que quando exposto a corrente
elétrica, libera uma nuvem de elétrons (CREDER, 20088).
O funcionamento das lâmpadas fluorescentes tubulares pode ser definido da
seguinte forma:
Quando se energiza a lâmpada, os eletrodos ficam submetidos a
uma tensão elevada, o que resulta na formação de um arco entre os
mesmos de forma alternada. Os elétrons que constituem o arco se chocam
com os átomos do gás argônio e de mercúrio, liberando uma certa
quantidade de luz ultravioleta, que ativa a camada de fósforo anteriormente
referida, transformando-a em luz visível (CREDER, 2008, p. 46).
28
As lâmpadas fluorescentes são dividas em três categorias, de acordo com
seus eletrodos e suas características de emissão de elétrons.
Lâmpadas fluorescentes de catodo quente preaquecido;
Lâmpadas fluorescentes de catodo sem preaquecimento;
Lâmpadas fluorescentes de catodo frio (FILHO, 2007).
2.8.1 Lâmpada fluorescente de catodo quente preaquecido
Para o acionamento da lâmpada com um reator magnético é necessário um
dispositivo nomeado de starter (FILHO, 2007). A Figura 6 apresenta a ligação deste
tipo de lâmpada com reator magnético.
FIGURA 6: PARTIDA COM STARTER
Fonte: SOCIESC, 2007
29
2.8.1 Lâmpada fluorescente de catodo sem preaquecimento
Para o acionamento desta lâmpada não usa o starter para sua partida, pois
se utiliza um reator eletrônico, que provoca uma elevada tensão no momento de
partida (FILHO, 2007). A Figura 7 mostra a ligação da lâmpada com o reator
eletrônico.
FIGURA 7 PARTIDA COM REATOR ESPECÍFICO
Fonte: SOCIESC, 2007
2.8.1 Lâmpada fluorescente de catodo frio
Estas lâmpadas possuem uma vida útil estimada em 25.000 horas e com
vantagem de ter sua partida instantânea. A tensão de partida deste tipo de lâmpada
pode chegar a 6 vezes a sua tensão de funcionamento (FILHO, 2007).
30
2.9 REATORES
As lâmpadas fluorescentes utilizam para o seu funcionamento os reatores,
que apresentam perdas por aquecimento e magnetização (COPEL, 2005). São
elementos que fazem a estabilização da corrente elétrica no nível em que a lâmpada
foi projetada (FILHO, 2007).
2.9.1 Reatores eletromagnéticos
Os reatores eletromagnéticos são constituídos por geralmente um núcleo
laminado de aço de silício e bobinas de fio de cobre ou alumínio, sua isolação é feita
com resina de poliéster (PHILIPS, 2015).
Esses reatores tem baixo fator de potência, sendo colocado em série um
capacitor para corrigi-lo. Para o acionamento de lâmpadas com estes reatores é
necessário acrescentar um dispositivo denominado starter (PHILIPS, 2015).
2.9.1 Reatores eletrônicos
Os reatores eletrônicos são formados de capacitores e indutores para alta
frequência, resistores, circuitos integrados. A faixa de operação de 20kHz a 50kHz,
proporciona que o reator mantenha o fluxo luminoso e diminua o consumo de
energia elétrica .
Nos reatores de boa qualidade essas perdas são reduzidas,
consumindo menos energia para o seu funcionamento. Já nos de qualidade
inferior essas perdas chegam a até 60% do consumo final da instalação.
Muitas vezes, a potência efetiva do reator é bem inferior ao seu valor
31
nominal, reduzindo em mais de 15% o fluxo luminoso e comprometendo a
vida útil da lâmpada. Os reatores, segundo normas nacionais, devem
apresentar vida útil superior a 10 anos, mas isto só se observa nos de
melhor qualidade. Quando da aquisição de reatores, dê preferência aos que
já têm alto fator de potência, evitando desperdícios de energia (COPEL
2005).
O reator a ser utilizado no projeto será o reator eletrônico que tem alto fator
de potência. Este reator tem como funcionamento o pré - aquecimento do dos
eletrodos entre 1 a 2 segundos antes da lâmpada ser ligada para manter a vida útil
da lâmpada (FABRICANTE B, 2014).
2.10 LÂMPADAS LED
O LED é um diodo que emite luz visível quando é percorrido por corrente
elétrica. É um dispositivo semicondutor de junção p-n, que somente funciona se
polarizado diretamente. Dentro da estrutura de um dispositivo semicondutor,
principalmente próximo da junção, ocorre uma recombinação entre lacuna e
elétrons, essas junções p-n do semicondutor, uma parte dessa energia é emitida na
forma de calor e a outra na forma de radiação ou luz, como é mostra a Figura 8.
Este processo de emissão de luz pela aplicação de uma fonte elétrica de energia é
chamado de eletroluminescência (MARTELETO, 2011).
32
FIGURA 8: JUNÇÃO P-N
Fonte: BOYLESTAD, 1999
Atualmente a busca por soluções energéticas eficientes e mais limpas se
torna cada vez mais crescente. Nesse cenário, a tecnologia LED é abordada como
alternativa e solução para a iluminação pública brasileira, já que proporciona uma
redução no consumo de energia quando comparada aos antigos equipamentos
utilizados (CASA, VERONI, IEEE, 1999).
O LED existe desde 1962, mas devido ao seu baixo fluxo luminoso, era
utilizado apenas para sinalização. Na década de 1990, o Dr Shuji Nakamura da
Nichia Chemical Corporation inventou o LED azul com alto fluxo luminoso, que
juntamente com uma camada de fósforo, gera a luz branca. Com isso, possibilitou a
utilização de LED para a iluminação (ESPECIALIZE, 2012).
A tecnologia LED, o diodo emissor de luz, vem conquistando seu espaço,
devido principalmente à sua enorme durabilidade e eficiência energética. Essa
tecnologia está em pleno desenvolvimento e apresenta um crescimento contínuo de
eficiência ao longo dos anos, permitindo propor que no atual cenário tecnológico que
estamos já seja possível aplicação em projetos de larga escala (COSTA, 2006).
Os LEDs são dispositivos controlados por corrente, o que quer dizer que a
intensidade luminosa varia de acordo com a corrente que passa pelo dispositivo.
33
Possuem acionamento rápido, e não são sensíveis a altos ciclos de acendimento,
como ocorre com as lâmpadas fluorescentes. Não imitem Infravermelhos e nem
Ultravioleta no facho luminoso, garantindo qualidade dos objetos iluminados
(ESPECIALIZE, 2012).
Uma característica importante, é a baixa tensão de alimentação, sendo essa
entre 5V e 12V para LEDs de alta potência, e operando em corrente contínua e por
conta disso, não podem ser ligados diretamente na rede elétrica. Utilizam-se
circuitos auxiliares para adequar os sinais de tensão. Esses circuitos, que também
controlam a corrente que passa pelo dispositivo, são conhecidos como drive
(MARTELETO, 2011).
Comparado com lâmpadas halógenas, incandescentes e fluorescentes, as
lâmpadas LED são mais eficientes. A maior desvantagem atualmente é o seu
elevado custo, comparado às outras tecnologias de lâmpadas, no entanto, estes
valores vêm diminuindo ao longo dos anos, e tendem a diminuir cada vez mais
(ESPECIALIZE, 2012).
A luz do LED é direcionada, com isso, possui um melhor aproveitamento da
luz, que pode ser melhor para o ambiente com a utilização de luminárias específicas.
A característica mais marcante do LED é sua vida útil muito longa, pois reduz a
necessidade de trabalho de manutenção, promovendo economia e preservação do
meio ambiente (Žukauskas, Shur, Gaska, 2002).
2.11 DRIVER
As lâmpadas LED do mercado, já funcionam com tensão fornecida pelas
concessionárias, com corrente alternada, e tensões de 127 e 220 V. Existem
circuitos utilizados para adequar o funcionamento, o driver (MARTELETO, 2011).
Os drivers são circuitos impressos em placas, e colocados no soquete da
lâmpada LED. Esses circuitos possuem transformador, retificador, e pode haver
conversores Buck, Bock-Boost, e etc (MARTELETO, 2011).
34
Os drivers devem converter a corrente alternada em contínua, transformar
tensões da rede em um nível adequado de operação, filtrar os ruídos, fornecer
isolamento entre o circuito de saída e de entrada e possuir proteção contra
eventuais curtos-circuitos no circuito de saída (MARTELETO, 2011).
2.12 DALI
Trata-se de um padrão internacional especificado pela norma IEC 60929,
sobre comunicação digital ajustada às necessidades tecnológicas de design de
iluminação. Independe do fabricante do produto, e garante interoperabilidade entre
dispositivos adaptados a trabalhar com dimerização de diferentes fabricantes
(TEIXEIRA, 2006).
Um máximo de 64 unidades DALI podem ser controlados com um alto grau
de flexibilidade de controle de 2 fios individualmente ou em modo de transmissão e
em até 16 grupos (OSRAM,2015).
A comutação e a dimerização são feitas por meio da linha de controle, não
sendo necessária a utilização de relés. As informações como o status da lâmpada,
são armazenadas no mecanismo de controle e estão disponíveis ao controlador
(OSRAM, 2015).
35
FIGURA 9: PRINCIPIO DALI
Fonte: OSRAM, 2015
Os componentes DALI possibilitam a criação de um sistema de iluminação
flexível e controle descentralizado, sendo mais simples e mais barato do que
sistema de gerenciamento predial (TEIXEIRA, 2006).
DALI é um protocolo dedicado puramente ao controle de iluminação, e
portanto, não pode controlar outros sistemas. É eficaz para seleção de informações
como luminárias com defeito (TEIXEIRA, 2006).
Cada unidade da rede da DALI possui um endereço, e com isso, é possível
comunicar-se diretamente com cada componente. O fluxo de informação é
bidirecional, ou seja, ao invés de apenas dar comandos sobre nível de iluminação, o
sistema também permite receber informações das condições dos aparelhos
conectados (TEIXEIRA, 2006).
2.13 CRITÉRIOS PARA COPEL
Os critérios de seleção para chamadas públicas de projetos, deverão seguir as
especificações do quadro 7, definidos pela ANEEL, no módulo de "Seleção e
Implantação de Projetos dos Procedimentos de Programa de Eficiência Energética".
36
A sua adoção é flexível, podendo as distribuidoras acrescentar itens e modificar a
pontuação, observando a estrutura geral de pontuação e classificação (ANEEL,
2013).
Item Critério Pontuação Máxima
A Relação custo-benefício 40
B Economia de escala 5
C Peso do investimento em equipamentos 5
D Impacto direto na economia de energia e redução na demanda de ponta
5
E Qualidade da apresentação do projeto 10
F Capacidade para superar barreiras de mercado 5
G Experiência em projetos semelhantes 5
H Contrapartida 10
I Diversidade de usos finais 5
J Ações educacionais (treinamento e capacitação) 10
QUADRO 7: CRITÉRIOS PARA PONTUAÇÃO DAS PROPOSTAS
Fonte: ANEEL, 2013
2.13.1 Relação custo-benefício
Um dos principais critérios da COPEL é a relação custo-benefício (RCB),
esta relação é dividida em dois subitens o RCB proporcional e a RCB ordenada.
O RCB proporcional é definido como sendo a relação entre a menor RCB de
todos os projetos que estão participando da chamada pública da COPEL com a RCB
do projeto em si. É definida pela fórmula a seguir (ANEEL, 2013).
𝐴1 = 30 ×𝑅𝐶𝐵𝑚𝑖𝑛
𝑅𝐶𝐵
A RCB ordenada é a atribuição de cada RCB em uma determinada ordem
descendente de valores. É definida pela fórmula a seguir, onde k é a posição do
37
projeto na lista em relação a todos os projetos participantes e n é o número de
projetos (ANEEL, 2013).
𝐴2 = 10 ×𝑘 − 1
𝑛 − 1
Sendo assim, a pontuação total de RCB para a COPEL é definida pela soma
dos dois itens citados anteriormente, sendo:
𝐴 = 𝐴1 + 𝐴2
2.13.2 Economia de escala
Este item tem por objetivo pontuar a participação dos projetos com maior
economia em escala, ou seja, os projetos que possuem os menores custos fixos.
Para realizar o cálculo é usada a seguinte fórmula, onde IC é o índice de custo e
ICmáx é o maior índice entre todos os projetos (ANEEL, 2013).
𝐵 = 5 × 𝐼𝐶
𝐼𝐶𝑚á𝑥
Para encontrar o valor correto de IC deve calcular da seguinte forma,
levando em conta que CF é o custo fixo e CT é o custo total do projeto (ANEEL,
2013).
𝐼𝐶 = 𝐶𝑇 − 𝐶𝐹
𝐶𝑇
38
2.13.3 Peso do investimento em equipamentos no custo total do projeto
Este critério visa valorizar o investimento direto em equipamentos em
relação a investimentos indiretos. O cálculo do índice de investimento direto (ID) é
determinado por: (ANEEL, 2013)
𝐼𝐷 =𝐾
𝐶𝑇
- ID: Índice de investimento direto em equipamentos;
- K: Custo do equipamento;
-CT: Custo total do projeto.
Assim será possível pontuar este critério com a seguinte fórmula, onde ID
máx é o maior índice entre os projetos (ANEEL, 2013).
𝐶 = 5 ×𝐼𝐷
𝐼𝐷𝑚á𝑥
2.13.4 Impacto direto na economia de energia e redução de demanda na ponta
Este item irá destacar os projetos que visão economizar energia e reduzir a
demanda no horário de ponta (ANEEL, 2013).
𝐼𝐸 = 𝐸𝑃
𝐸𝑃𝑚á𝑥 𝐼𝐷 =
𝐷𝑃
𝐷𝑃𝑚á𝑥
39
- IE: Índice de redução do consumo
- EP: Energia economizada pelo projeto (MWh/ano)
- EPmáx: Máximo valor de energia economizada entre os projetos
concorrentes à Chamada Pública (MWh/ano)
- ID: Índice de redução do demanda na ponta
- DP: Demanda evitada pelo projeto (kW)
- DPmáx: Máximo valor de demanda reduzida na ponta entre os projetos
Para se obter a pontuação exigida pela COPEL, utiliza – se a fórmula a
seguir. (ANEEL, 2013)
𝐷 = 2,5 × (𝐼𝐸 + 𝐼𝐷)
2.13.5 Qualidade da apresentação do projeto
De acordo com a COPEL a pontuação para qualidade de apresentação do
projeto é definida da seguinte forma.
Qualidade global da apresentação do projeto – 4 pontos (inclusão de anexos
explicativos, conteúdos e programas detalhados ou a descrição clara dos
objetivos e do cenário de referência);
bases da proposta – 2 pontos (qualidade na fundamentação dos
pressupostos considerados, nomeadamente no que se refere a consumos
evitados e cenário de referência);
consistência do cronograma apresentado – 2 ponto (apresentação clara e
exaustiva das suas várias etapas e custos);
plano de M&V – 2 ponto (o Plano consegue avaliar os objetivos a que se
propõe a ação de eficiência energética e tem um orçamento adequado).
(ANEEL, PROPEE Critérios Para Chamada Pública, p. 5, 2013)
40
2.13.6 Capacidade para superar barreiras de mercado e efeito multiplicador
Eficácia na quebra de barreiras de mercado, inovação – 2 pontos;
induz comportamentos de uso eficiente da energia – 1 ponto;
destina-se a segmentos com barreiras mais relevantes – 2 pontos.
(ANEEL, PROPEE Critérios Para Chamada Pública, p. 5, 2013)
2.13.7 Experiências em projetos semelhantes
Deverá ser comprovada a experiência em projetos da tipologia especificada,
neste caso, iluminação em prédios públicos. Para o sucesso do projeto é preciso
apresentar certa experiência em execução de projetos, podendo ser comprovado por
pessoa jurídica de direito público ou privado, de forma clara e ser licitante ou já ter
executado projetos de eficiência energética (ANEEL, 2013).
2.13.8 Contrapartida
Este item apresenta a pontuação para a participação do PEE no
investimento do projeto. A participação é definida pela fórmula a seguir, onde Inv
pee é a parte do investimento do PEE e o Inv total é o investimento total para o
projeto (ANEEL, 2013).
𝑃𝐼 = 𝐼𝑛𝑣 𝑝𝑒𝑒
𝐼𝑛𝑣 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
41
Assim pode ser calculada a pontuação para este critério, sendo que PImin é
o investimento mínimo entre os projetos e PIprojeto é o investimento total do projeto
(ANEEL, 2013).
𝐻 = 𝑃𝐼𝑚𝑖𝑛
𝑃𝐼𝑝𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑜
2.13.9 Diversidade de usos finais
De acordo com a COPEL, “Este item visa incentivar maior abrangência das
ações. Quanto mais usos finais forem considerados e quanto menos os valores se
afastarem da média, maior será o índice.” (ANEEL, PROPEE Critérios Para
Chamada Pública, p. 5, 2013).
𝐷𝑈𝐹 = ∑ 𝑒−(𝑈𝐹𝑖−𝑈𝐹
𝑈𝐹)²
𝑖
Onde:
DUF: índice de diversidade de usos finais
DUFmáx : Maior índice de diversidade entre as propostas apresentadas à
Chamada Pública
UFi: investimentos do PEE considerados em cada uso final i
UF: média dos investimentos nos diversos usos finais
Para a pontuação o cálculo será definido pela fórmula a seguir (ANEEL,
2013).
42
𝐼 = 5 × 𝐷𝑈𝐹 𝑝𝑟𝑜𝑗
𝐷𝑈𝐹 𝑚á𝑥
2.13.10 Ações educacionais (treinamento e capacitação)
Este critério avalia a parcela do investimento que é aplicada a treinamentos.
O cálculo pra o índice de investimento para treinamento e a pontuação deste critério
estão a seguir (ANEEL, 2013).
𝑃𝑇 =𝐼𝑛𝑣 𝑡𝑟𝑒𝑖
𝐼𝑛𝑣 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐽 = 10 ×
𝑃𝑇 𝑝𝑟𝑜𝑗
𝑃𝑇 𝑚á𝑥
2.14 CUSTO-BENEFÍCIO
A relação custo-benefício é considerada fundamental para realizar a análise
de um projeto para o Setor Público. A relação de custo-benefício é dada pela razão
entre o valor anual de benefício pelo valor anual dos custos (BLANK, TARQUIN,
2008).
𝑅𝐶𝐵 =𝐶𝑇 × 𝐹𝑅𝐶
𝐸𝐸 × 𝐶𝐸
CT = Custo Apropriado do Projeto (R$)
43
FRC = Fator de Recuperação de Capital
𝐹𝑅𝐶 = 𝑖(1 + 𝑖)𝑛
(1 + 𝑖)𝑛 − 1
i = Taxa de juros ao ano
n = vida útil do equipamento
EE = Energia Elétrica Conservada
CE = Custo Evitado de Energia
Para o projeto PEE da COPEL ser aprovado este projeto deve possuir um
RCB igual ou inferior a 0,75.
2.15 CONSUMO DE ENERGIA
Para aprovação de projetos junto ao Setor Público, deve se apresentar
cálculos demonstrando a redução de energia elétrica (ANEEL, 2013). Para isso, será
calculado o consumo total usado atualmente e relacionado em porcentagem com o
consumo total proposto pelas lâmpadas mais eficientes e pela lâmpada LED.
O cálculo usado para analisar o consumo de energia no horário de ponta e
fora de ponta por mês será o cálculo estabelecido pela COPEL.
Fonte: COPEL, 2013
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 =𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 × 𝑛º 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 × 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑛𝑜 𝑚ê𝑠
1000
44
2.16 TAXA DE RETORNO DE INVESTIMENTO
Investimento é toda aplicação realizada com o objetivo de obter retorno.
Retorno é o lucro obtido. As aplicações são evidenciadas no Ativo. Assim, temos o
imobilizado, investimentos, etc.
Para lucro operacional, o denominador deverá ser Ativo Operacional, isto é,
todos os itens do Ativo combinados na manutenção da atividade operacional
(MOREIRA, 2003).
Fonte: MOREIRA, 2003
2.17 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA PARA COPEL
Para a aprovação do projeto de iluminação pela COPEL é necessário
atender minimamente os itens apresentados na tabela 1. Os itens necessários estão
apresentados com seus nomes, siglas para a validação do projeto PEE.
A tabela 1 será utilizadas no item 4 para demostrar com números a
economia de energia elétrica proposta com o projeto. Aqui será explicado alguns dos
itens desta tabela que é usada para os cálculos da COPEL.
Na tabela devem ser colocadas as potências de cada lâmpada e reatores e
a quantidade no sistema, assim se dá a potência instalada. A seguir preenche a
linha de horas de funcionamento que neste caso está referido a 14 horas de aula em
um dia e 220 dias no ano, dando um total de 3080 horas no ano.
A potência média no horário de ponta (da) está definida com as 3 horas
relacionados a ponta, em 22 dias usadas em 10 meses com a potência instalada
𝑇𝐴𝑋𝐴 𝐷𝐸 𝑅𝐸𝑇𝑂𝑅𝑁𝑂 𝐷𝑂 𝐼𝑁𝑉𝐸𝑆𝑇𝐼𝑀𝐸𝑁𝑇𝑂(𝑇𝑅𝐼) =𝐿𝑢𝑐𝑟𝑜
𝐴𝑡𝑖𝑣𝑜
45
dividida por 729 horas, que seria o número de horas disponível no horário de ponta
em um ano.
Outro critério pouco usado nos cálculos comuns, mas considerado pela
COPEL é o Fator de Coincidência na Ponta (FCP), esse fator é a relação entre a
potência média na ponta e a potência instalada do sistema.
Para determinar o consumo do sistema tem a linha Energia Consumida que
é da pela multiplicação da potência instalada e o número de horas de
funcionamento. Ainda é feita a divisão por 1000 para que o resultado seja dado em
MWh/ano.
Com esses parâmetros pode – se completar a tabela da COPEL para
realizar os cálculos e analisar a última parte que é de Resultados esperados, onde
se analisa o quanto o projeto economiza energia elétrica.
O primeiro parâmetro dos resultados esperados é a Redução da Demanda
na Ponta (RDP), este valor é dado pela diferença entre a demanda média na ponta
do sistema atual com a demanda média na ponta do sistema proposto. O valor de
RDP é dado em kW e em porcentagem, sendo este a divisão entre as demandas.
O segundo parâmetro dos resultados esperados é a Energia Economizada,
este parâmetro é calculado através da diferente entre a energia consumida no
sistema atual e a energia consumida no sistema proposto. O valor da energia
consumida é dado em MWh por ano e em porcentagem, sendo este a divisão entre
os consumo de energia elétrica.
A RDP total é a soma de todos os RDP dividido pelo RDP do sistema atual,
para a Energia Economizada o cálculo é o mesmo, sendo a soma das energia
economizadas divido pela energia consumida do sistema atual.
46
TABELA 1 – SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Fonte: ANEEL, 2013
TOTAL ilumin 1 ilumin 2
Tipo de equipamento / tecnologia
Quantidade de luminárias 0
2 Potência W pla i
3 Quantidade qla i 0
2 Potência W pra i
3 Quantidade qra i 0
4 Potência instalada kW Pa i 0,00
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano
Funcionamento h/ano ha i
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupa i
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês nda i
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nma i
Potência média na ponta kW da i 0,00
Fator de coincidência na ponta FCPa i
7 Energia consumida MWh/ano Ea i 0,00
8 Demanda média na ponta kW Da i 0,00
TOTAL ilumin 1 ilumin 2
Tipo de equipamento / tecnologia
Quantidade de luminárias 0
12 Potência W plp i
13 Quantidade qlp i 0
12 Potência W prp i
13 Quantidade qrp i 0
14 Potência instalada kW Pp i 0,00
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano
Funcionamento h/ano hp i
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupp i
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês ndp i
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nmp i
Potência média na ponta kW dp i 0,00
Fator de coincidência na ponta FCPp i
17 Energia consumida MWh/ano Ep i 0,00
18 Demanda média na ponta kW Dp i 0,00
TOTAL ilumin 1 ilumin 2
21 Redução de demanda na ponta kW RDP i 0,00
22 Custo evitado de demanda (CED) = 0,00 % RDP i% 0,00%
23 Energia economizada MWh/ano EE i 0,00
24 Custo da energia evitada (CEE) = 0,00 % EE i% 0,00%
Benefício anualizado iluminação - Ex ante R$ B ILUM 0,00
16
ILUMINAÇÃO - RESULTADOS ESPERADOS - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA ATUAL - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA PROPOSTO - EX ANTE
Lâmpadas
Reatores
15
5
Lâmpadas
Reatores
6
1
11
47
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 LÂMPADA FLUORESCENTE ATUAL
Atualmente as salas disponíveis no bloco de Engenharia Elétrica são
iluminadas por lâmpadas fluorescentes de 32 W. Essas são lâmpadas T8, o símbolo
T8 tem significado T de tubular e o 8 será 8/8 de polegada no seu diâmetro
(PHILLIPS, 2015).
Esta lâmpada tem eficácia luminosa de 56 lm/W, por este motivo é
considerada uma lâmpada comum e não eficiente, como é citado no item 2.2. A
figura 10 mostra a curva de distribuição da lâmpada e seus dados disponibilizados
pela fornecedora e fabricante da lâmpada a Empresa Fabricante A.
Com essa lâmpada será também apresentada no item 4 as simulações das
salas com estas lâmpadas em suas disposições atuais. Será possível verificar a sua
ineficiência principalmente no entorno da sala e a iluminação proposta no quadro
das salas de aula.
FIGURA 10: LÂMPADA ATUAL 32 W
Fonte: Catálogo FABRICANTE A, 2014
48
A figura 11 apresenta o espectro da cor da lâmpada fluorescente de 32 W da
fabricante Fabricante A, de acordo com o catálogo do fabricante esta lâmpada
possui um valor de IRC de 82.
FIGURA 11: ESPECTRO DA COR LÂMPADA 32 W
Fonte: Catálogo FABRICANTE A, 2014
3.2 LÂMPADA FLUORESCENTE EFICIENTE
Para realizar uma melhoria no sistema de iluminação do bloco de
Engenharia Elétrica, será proposto utilizar uma lâmpada fluorescente mais eficiente.
A lâmpada proposta para resolver o problema de iluminância, ofuscamento e
eficácia será a lâmpada fluorescente T5 de 28 W da Fabricante B.
A lâmpada T5 tem esse símbolo significando o T como sendo tubular e o 5
sendo 5/8 de polegada em seu diâmetro. Essa lâmpada é considerada mais eficiente
pois tem sua eficácia sendo 64,44 lm/W, isso significa que ela emite mais luz
consumindo menos potência. A figura 12 mostra a curva de distribuição da luminária
e suas características disponibilizadas pela Fabricante B.
49
FIGURA 12: LÂMPADA EFICIENTE 28 W
Fonte: Catálogo FABRICANTE B, 2015
A figura 13 apresenta o espectro da cor da lâmpada fluorescente de 28 W da
fabricante Fabricante B, de acordo com o catálogo do fabricante esta lâmpada
possui um valor de IRC de 92.
FIGURA 13: ESPECTRO DA COR LÂMPADA 28 W
Fonte: Catálogo PHILIPS, 2015
3.3 LÂMPADA LED
Para o cenário eficiente com luminária LED, será utilizada a luminária
Luminária LED A da Fabricante B, de temperatura de cor igual a 4000K, a qual
possui potência de 45 W, fornecendo um fluxo luminoso de 3500 lm, sendo assim
mais eficiente do que as luminárias atuais, por produzir 77,78 lm/W.
Luminária de sobrepor, produzida em chapa de aço fosfatizada, possuindo
refletores de alumínio, e difusores em acrílico leitoso. Equipada com linhas paralelas
de LEDs SMD, drivers de multitensão 100V~250V, com opcional dimirizável 0 a 10V
ou DALI sob consulta (Catálogo FABRICANTE B, 2014).
A figura 14 mostra a curva de distribuição da luminária, fornecido pela
fabricante.
50
FIGURA 14: CURVA DE DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA DA LUMINARIA LED
Fonte: Catálogo FABRICANTE B, 2015
A figura 15 apresenta o espectro de cor da lâmpada da Fabricante B, onde
segundo o catálogo do fabricante, possui um índice de reprodução de cor de 85.
FIGURA 15: ESPECTRO DA COR LÂMPADA LED
Fonte: Catálogo FABRICANTE B, 2015
3.4 DALI
O Occuswitch DALI da Philips é uma combinação de controlador e sensor
para dimerizar e acender as lâmpadas de acordo com a ocupação da área e com a
luz natural disponível. Possui opcional para cancelamento local da programação e
operação em paralelo, e duas saídas DALI para luminárias de janela e corredor
(Catálogo Philips, 2014).
51
Pode ser utilizado em combinação com no máximo 4 interruptores simples, e
conectar até 22 unidades em paralelo e modo de ocupação (Catálogo Philips, 2014).
FIGURA 16: DALI DA PHILIPS
Fonte: Catálogo PHILIPS, 2014
3.5 DIALUX EVOLUTION
No mundo, em 2012, mais de 500 mil pessoas já utilizavam o DIALux para
simulação de design de luz, e por conta disso, os desenvolvedores buscaram
desenvolver uma nova versão para o simulador (DIALUXEVO, 2012).
O DIALux evolution é um software inteligente, o qual proporciona realizar
simulações luminotécnicas. O DIALux evolution é gratuito, sendo esse financiado
pelas empresas fornecedoras de lâmpadas e luminárias que tenham interesse em
divulgar seu produto neste aplicativo.
Para definir as dimensões de um ambiente no qual deseja realizar
simulações, é possível importar plantas no formato DWG, ou simular a partir das
ferramentas do próprio software.
52
A grande vantagem deste programa é a possibilidade das empresas
fornecedoras de lâmpadas e luminárias disponibilizam seus catálogos em forma de
plug in para serem usadas diretamente no programa, com seus parâmetros já
definidos. Com isso pode- se escolher a lâmpada e projeta-la em seu ambiente.
Além da facilidade em escolher e encontrar as lâmpadas e luminárias
disponíveis no mercado, este software determina, se a preferência por esta opção, o
lugar e a quantidade de lâmpadas e luminárias necessárias para um determinado
valor em lux, a partir de uma configuração de distribuição de luminárias, definidas
pelo utilizador.
Neste projeto, as simulações serão primeiramente com as luminárias nas
posições em que estão instaladas atualmente. Em seguida será definida a melhor
distribuição de luminárias LED, conforme simulação realizada pelo DIALux.
3.6 LUXÍMETRO
O luxímetro é um equipamento utilizado para efetuar a medição de
luminância dentro de um ambiente com iluminação natural ou artificial. Sua medida é
apresentada em lux (COPEL, 2002).
O luxímetro foi usado apenas para a verificação da atual condição de
iluminância nas salas de aula.
53
FIGURA 17: LUXÍMETRO
FONTE: FLUKE, 2014
3.7 TRENA A LASER
A trena a laser é um medidor que emite um pulso até seu alvo, este pulso
é refletido pelo alvo para o aparelho de volta. A distância é calculada através do
tempo que leva para o pulso refletir do alvo até o aparelho novamente.
A trena foi usada para medir a distância dos ambientes que não estejam
disponíveis a planta baixa.
FIGURA 18: TRENA A LASER
FONTE: BOSH, 2014
54
3.8 ANALISADOR DE QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA
O Analisador de Qualidade de Energia Elétrica da Fluke é um equipamento
usado para realizar medições de: corrente, tensões, potências, harmônicas e
consumo de energia elétrica. O equipamento é utilizado para monitorar dispositivos
elétricos para a realização de análise de seu comportamento em quanto está ligado
(FLUKE, 2015).
No projeto, o analisador de qualidade de energia elétrica foi utilizado para a
verificação da tensão, da corrente e da real potência que está sendo usada para as
luminárias dentro das salas de aula.
FIGURA 19: ANALISADOR DE QUALIDADE DE ENERGIA
FONTE: FLUKE, 2014
3.9 SIMULAÇÕES
O principal objetivo do projeto é apresentar um projeto luminotécnico mais
eficiente que o atual instalado. Para isso, não será comprado lâmpadas para se
realizar os testes e comprovar a eficiência. A comprovação da eficiência
luminotécnica será apresentada devido às simulações propostas aqui.
55
Neste caso, as simulações foram o ponto chave para a validação do projeto,
pois com elas será possível analisar a distribuição das lâmpadas, o nível de
luminância, o nível de ofuscamento e por fim a eficiência das lâmpadas.
As simulações foram realizadas pelo software DIALux Evolution citado
anteriormente. Nelas serão apresentadas as reais condições das lâmpadas e
luminárias proposto no projeto e suas respectivas características. As simulações
ajudarão a encontrar a melhor lâmpada e o melhor tipo de luminárias, para que os
parâmetros necessários para um projeto luminotécnico eficiente sejam atendidos.
3.10 DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA INSTALADA
Para realizar o cálculo de economia de energia para o projeto luminotécnico
é necessário saber a quantidade de potência instalada nos ambientes em questão
(COPEL, 2005).
A potência instalada será a soma das potências de todas as lâmpadas
instaladas (CREDER, 2007) no Bloco de Engenharia Elétrica e da Biblioteca do
Setor de Ciência e Tecnologia.
Esse procedimento será apresentado para as lâmpadas atuais, para as
lâmpadas mais eficientes e para as lâmpadas LED. Com isso poderemos
estabelecer os cálculos para definir qual modelo é o mais eficiente.
3.10 AVALIAÇÃO DE ECONOMIA DE ENERGIA
A economia de energia é basicamente a diferença entre o consumo atual e o
consumo proposto, desde que o consumo proposto seja menor que o atual (COPEL,
2005).
56
Com a potência instalada já definida, o cálculo de economia de energia fica
mais fácil. Para calcular o consumo é usada a fórmula apresentada no item 2.14,
com isso será realizado o cálculo usando a potência instalada atual e as potências
instaladas propostas.
A apresentação do cálculo de economia de energia elétrica será mostrada
como a fórmula abaixo.
Fonte: COPEL, 2005
3.12 METODOLOGIA
Para a realização do projeto foram determinadas as etapas e métodos para
que o projeto se torne eficiente e viável. Como apresentado no item 2 foram usados
os parâmetros para definir a metodologia do projeto.
Primeiramente são apresentados os parâmetros básicos para um projeto
luminotécnico definido pela ABNT IEC 8995. Como os parâmetros básicos já foram
apresentados no item 2, não serão apresentados novamente nesta secção. Com
esses parâmetros realizou- se um pre diagnostico das condições das salas de aulas
e da biblioteca, esse pre diagnóstico foi divido em duas etapas. A primeira etapa foi
realizar as medições dos ambientes utilizando o luxímetro e o analisador de
qualidade de energia elétrica para avaliar as condições atuais, a segunda etapa foi
realizar a troca por lâmpadas novas de mesmo modelo e potência que estavam
instaladas em uma determinada área e realizar nova medição para avaliar se o
problema é apenas o tempo da instalação ou se o conjunto de lâmpadas e
luminárias já estava inadequado no projeto inicial.
O próximo passo foi ter acesso as plantas dos ambientes, que foram
disponibilizadas pela equipe técnica de Engenharia Elétrica da UFPR. As plantas
𝑅𝐸 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑙 − 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑜𝑠𝑡𝑜
57
foram disponibilizadas em formato DWG, formato usado no software AutoCAD, com
as plantas foi possível realizar as simulações com o software DIALUX evolution.
Para se obter um projeto eficiente é necessário que seja apresentado
lâmpadas e luminárias mais eficientes, com isso foram realizadas duas simulações:
o cenário atual e cenário eficiente e cenário com lâmpadas fluorescentes eficientes e
LED. A escolha das lâmpadas foi realizada através de análise de catálogos de três
fabricantes de lâmpadas. Avaliando os catálogos, foi definido que as lâmpadas e
luminárias seriam a de 28 W para fluorescente tubular com 2900 lm e uma eficiência
de 64,44 lm/W com luminária de modelo LUMINÁRIA T5 A. Para as lâmpadas LED
foram escolhidas as lâmpadas da Fabricante B de 45 W com 3500 lm e eficiência de
77,78 lm/W e luminária de modelo LAN02 – S3500840.
Realizando a análise apenas dos catálogos pode – se dizer que o projeto é
eficiente, mas para comprovar que o projeto é eficiente e atende os parâmetros já
definidos pela ABNT IEC 8995 foi necessário realizar as simulações.
As simulações foram dividas em duas etapas, a primeira etapa foi a
realização da simulação do cenário atual, com as lâmpadas de 32 W cada uma,
tanto para o bloco de Engenharia Elétrica quanto para a biblioteca. A segunda etapa
foi a simulação do cenário eficiente, o qual foi alterado as lâmpadas e luminárias
apenas, substituindo por lâmpadas de 28 W cada uma, sendo que elas deverão
estar na mesma posição que o cenário atual caso não seja possível diminuir o
número de luminárias, isto apenas na Biblioteca. A segunda etapa do bloco de
Engenharia Elétrica será a simulação com as lâmpadas de 28 W e LED, esta etapa
será um pouco diferente, pois será realizada a simulação com lâmpadas 28 W para
a maioria das salas e apenas duas salas sendo usadas as luminárias LED.
Com o conjunto de lâmpadas e luminárias e simulações já definidas a
próxima etapa foi testar a viabilidade econômica do projeto. A avaliação será da
seguinte maneira, primeiro será obtido junto aos fabricantes o orçamento das
lâmpadas e luminárias para a realização do custo total do projeto, tanto para o
cenário com lâmpadas eficientes quanto para o cenário com LED.
Para atender a definição de projeto eficiente é necessário também saber se
realmente a troca do conjunto de lâmpadas e luminárias terá impacto no custo do
58
consumo de energia elétrica. Com isso, foram realizados dois cálculos do consumo
de energia elétrica através da potência instalada e número de horas de utilização.
No primeiro cálculo considerou - se o sistema operando com sua carga
máxima, usando 14 horas de uso diárias e 220 dias ao ano.
Para o cálculo do custo da energia consumida serão usadas as tarifas do
horário de ponta e fora de ponta estabelecidas pela concessionária de energia local,
neste caso será a COPEL.
Com essas informações será possível entender o desenvolvimento e os
objetivos do projeto. O resultado de todo esse processo será apresentado no item 4
denominado Resultados e Discussão.
59
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 BLOCO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Com o procedimento já descrito será apresentado os cálculos de consumo
de energia elétrica, investimento do projeto, eficiência energética, viabilidade do
projeto e as simulações como definidos nas secções anteriores para o Bloco de
Engenharia Elétrica.
4.1.1 Cenário atual
Primeiramente será apresentada a simulação do cenário atual com o
diagrama de cores falsa, este diagrama apresenta uma escala em lux para
demostrar a quantidade de iluminância que está sendo incidida na área de trabalho.
A figura 19 apresenta as imagens desta simulação.
Como pode ser visto, a simulação do cenário atual apresenta o diagrama de
cores falsas com a escala em lux. As lâmpadas fluorescentes de 32W são antigas e
são usadas a muito tempo dentro das salas do Bloco de Engenharia Elétrica, o
projeto atual utiliza 225 luminárias com 2 lâmpadas de 32W cada. Essas luminárias
são ineficientes e limitam a distribuição da luz para o ambiente de trabalho.
As figuras 20 e 21 apresenta uma visão superficial do cenário atual,
apresentado a estrutura dos ambientes em estudo. Como pode – se ver as salas de
aula tem a mesma disposição de luminárias e suas áreas de trabalho são
semelhantes. Para aprofundar o estudo e demostrar o comportamento e os
resultados das luminárias dentro das salas de aula, para os próximos itens,
iluminância e ofuscamento será usada uma sala para exemplificar essa situação.
60
FIGURA 20 – CENÁRIO ATUAL SUPERIOR
Fonte: Autor, 2015
FIGURA 21 – CENÁRIO ATUAL INFERIOR
Fonte: Autor, 2015
61
4.1.1.1 Iluminância atual
Para as salas de aula a norma brasileira de iluminação ABNT IEC 8995 – 1
exige que a iluminância seja no mínimo de 500 lux distribuída uniformemente no
ambiente de trabalho, neste caso a cima das carteiras da sala a aproximadamente
80 cm do chão, e para o quadro de ensino a iluminância deve ser de 500 lux.
Com o diagrama de cores, apresentado na figura 22, pode – se perceber
que o cenário atual não é bem distribuído e tem muitos problemas a ser resolvido,
tornando o projeto ineficiente e fora das normas brasileiras, sendo considerado
incorreto.
FIGURA 22 – SALA DE AULA ATUAL
Fonte: Autor, 2015
Com os dados da simulação a superfície de trabalho tem uma média de 273
lux, sendo que 400 lux é o máximo e 96 lux é o mínimo encontrado. No caso do
quadro a média da iluminância é de 93,3 lux, sendo que o máximo é 127 lux e o
62
mínimo é 58,7 lux encontrado. Por este motivo a troca de lâmpadas e luminárias já é
visível, além do seu consumo de energia que será trabalho posteriormente.
Com um luxímetro foram realizadas medidas de iluminância da área de
trabalho das salas de aula para se conseguir fazer uma verificação entre a
simulação do cenário atual e a real situação da área de trabalho do cenário atual. As
figuras 23 e 24 demonstram duas das medidas realizadas.
FIGURA 23 – MEDIÇÃO SALA DE AULA
Fonte: Autor, 2015
FIGURA 24 – MEDIÇÃO QUADRO
Fonte: Autor, 2015
63
Com a simulação e as medições pode – se verificar que os valores
simulação e medição estão muito próximos, sendo assim dando mais confiabilidade
para a simulação dos próximos cenários.
4.1.1.2 Ofuscamento atual
O ofuscamento não era um parâmetro observado antigamente, com as
atualizações das normas brasileiras esse parâmetro começou a se tornar mais
visível. Então com a simulação do cenário atual foi testado o ofuscamento na
superfície de trabalho, neste caso em cima das carteiras das salas de aula.
Entre as salas de aula as únicas salas que possuem o ofuscamento dentro
da norma ABNT IEC 9885-1 são, a pk 06, os dois laboratório de informática que
possuem o valor UGR de 17. A média para o cenário atual das outras salas é um
valor UGR de 22, assim está acima de 19 que o exigido pela norma ABNT IEC 8995-
1.
4.1.1.3 Cálculo do sistema atual
Antes de apresentar os cálculos de potência instalada, consumo de energia
elétrica e demanda na ponta, será apresentada na figura 25 a medição realizada,
para 7 luminárias que estão no mesmo circuito, com o analisador de qualidade de
energia para a verificação da situação atual do conjunto lâmpadas e reatores.
64
FIGURA 25 – MEDIÇÃO CONJUTO DE ILUMINAÇÃO
Fonte: Autor, 2015
A potência medida para 7 luminárias é de 403 W, isto indica que cada
luminária tem potência de 57,5 W. Com isso, nota – se que as luminárias estão
abaixo de sua característica nominal, operando com 87% de sua potência projetada.
Os problemas podem ser possivelmente com as próprias luminárias ou com a
instalação elétrica.
Como os problemas com as luminárias devem ser tratados antes da
realização da troca por luminárias mais eficientes, será considerado para os cálculos
de consumo de energia, potência instalada e demandam de ponta os valores
nominais especificados pelos fabricantes.
Os cálculos utilizados para demostrar o sistema atual serão usados a partir
da tabela 1 apresentada na secção 2.17. Como na tabela 1 já estão disponibilizadas
as fórmulas, neste item será apresentado apenas o quadro 8 com os resultados dos
cálculos exigidos pela COPEL para seu processo de avaliação de projetos de
eficiência energética.
65
Cenário Atual
Tipa de lâmpada Fluorescente T8
Lâmpadas Potência(W) 32
Quantidade 462
Reatores Potência(W) 2
Quantidade 231
Potência Instalada (kW) 15,25
Funcionamento (h/ano) 3080
Energia Consumida (MWh/ano)
46,96
Potência Média Ponta (kW) 12,71
Fator Coincidência na Ponta 0,83
Demanda média ponta (kW) 12,71
QUADRO 8: CENÁRIO ATUAL
Fonte: Autor, 2015
O número de horas de funcionamento estão referidas as 14 horas de aula
durante 1 dia, com uma média de 22 dias ao mês e 10 meses ao ano. A demanda
média no horário de ponta são exatamente a mesma que a potência instalada, pois
quando as salas de aula são utilizadas todas as lâmpadas são ligadas. O horário de
ponta são consideradas 3 horas consecutivas considerando o sistema elétrico da
concessionária, no caso da COPEL o horário de ponta começa as 18:00 horas e
termina as 21:00 horas.
4.1.2 Cenário eficiente
Para o cenário eficiente será usado como mencionado anteriormente a
lâmpada fluorescente T5 de 28W e as luminárias de modelo LUMINÁRIA T5 A e
luminárias LED do modelo Luminária LED A da Fabricante B. As figuras 26 e 27 irão
apresentar as simulações superficiais do bloco de Engenharia Elétrica com estas
luminárias. Para os próximos itens serão apresentadas as simulações das salas de
aula com lâmpadas T5 e com LED, onde as duas salas com luminária LED, estão no
66
andar superior, sendo a sala do canto inferior esquerdo da figura 26, e a logo a cima
dessa.
FIGURA 26 – CENÁRIO EFICIENTE SUPERIOR
Fonte: Autor, 2015
FIGURA 27 – CENÁRIO EFICIENTE INFERIOR
Fonte: Autor, 2015
67
4.1.2.1 Iluminância eficiente T5
Para aprofundar a análise sobre a iluminância disponibilizada pelas
luminárias FAA20, o estudo será realizado em uma sala de aula, já que suas áreas
de trabalho são semelhantes.
A sala de aula foi dividida em área de trabalho, neste caso sobre as
carteiras, e quadro de ensino, a norma menciona o quadro negro, mas mesmo os
quadros das salas de aula sendo brancos serão considerados o ideal a iluminância
exigida pela norma ABNT IEC 8995-1.
A norma brasileira ABNT IEC 8995 -1 exige para as salas de aula para o
período diurno 300 lux de iluminância e para as salas de aula no período noturno
500 lux de iluminância, como as salas serão usadas nos dois períodos será utilizado
o valor ideal de 500 lux para a iluminância.
Neste caso, para a disposição das novas luminárias mais eficientes foram
consideradas as mesmas posições que as luminárias atuais, então para a sala de
aula foram dispostas 12 luminárias distribuídas em 4 colunas e 3 linhas, todas
suspensas a uma altura de 2,8 metros do chão, como mostra a figura 26.
A sala de aula apresentada possui na sua área de trabalho uma iluminância
de 704 lux, neste caso uma iluminância superior ao que a norma exige. Como a
figura a cima mostra, a área de trabalho central recebe uma iluminância maior sendo
ela 861 lux e no seu entorno uma quantidade inferior, sendo ela de 495 lux.
De acordo com a norma brasileira o quadro para ensino deve possuir 500 lux
de iluminância, mas mesmo trocando o conjunto de luminárias e lâmpadas sem
alterar suas posições a quantidade de iluminância não atinge o exigido pela norma,
o valor de iluminância do quadro da sala de aula fica com 494 lux. Haverá uma
grande melhora comparada ao cenário atual, mas não será o ideal, já que a média
deve ser superior a 500 lux.
68
FIGURA 28 – CENÁRIO EFICIENTE SALA DE AULA
Fonte: Autor, 2015
Para realizar a verificação da iluminância Luminária T5 A foram realizadas a
medições usando um luxímetro nas novas salas do novo bloco de Engenharia
Elétrica. Nestas salas são usadas luminárias da mesma família e com curvas muito
semelhantes as figuras 29 e 30 apresentam as medições realizadas com estas
luminárias semelhantes, a simulação destas salas do bloco novo estão disponíveis
no Anexo B.
FIGURA 29 – MEDIÇÃO LUMINÁRIAS EFICIENTES
Fonte: Autor, 2015
69
FIGURA 30 – MEDIÇÂO EFICIENTE SALA DE AULA
Fonte: Autor, 2015
4.1.2.2 Iluminância eficiente LED
Para o cenário de simulação eficiente com luminárias LED, para a sala pk07,
não foram mantidas as atuais posições de instalação, e foram consideradas as
luminárias suspensas a 2,8m do chão. A simulação apresentou uma média de 502
lux na área de trabalho, estando com o valor dentro do exigido pela ABNT, com
máxima de 612 lux e mínima de 283 lux.
O deslocamento das luminárias foi necessário para melhorar a média a
iluminância no quadro branco, sendo essas aproximadas da parede em que está o
quadro. Pela região delimitada para o quadro, que pode ser observada na figura 30,
assim como os demais valores de iluminância para essa simulação, foi possível
apresentar uma média de 475 lux, sendo com máxima de 539 lux, e mínima de 403
lux.
Apesar de não ter sido obtido o valor médio de luminância necessário para o
quadro branco, este valor ficou muito próximo, e já representou uma melhora
significativa com relação ao cenário atual, onde segundo os valores medidos, esta
não passa de 140 lux.
70
FIGURA 31 – CENÁRIO EFICIENTE LED SALA DE AULA
Fonte: Autor, 2015
4.1.2.3 Ofuscamento eficiente T5
Para determinar o ofuscamento imposto pelas lâmpadas fluorescentes de
28W, foi calculado o ofuscamento em vários pontos distribuídos na sala como
mostra a figura 32. Para esses pontos, foi considerado o valor máximo de
ofuscamento em um ângulo de visão de 180°, com saltos de 15°, em direção ao
quadro branco, sendo assim desconsiderados os valores referentes ao ofuscamento
para o observador que olhe para a parede oposta, pois a proposta desse ambiente
de trabalho, é que todos os observadores estejam olhando na mesma direção. Os
valores são individuais, pois como já foi citado o ofuscamento dependo do ângulo de
corte da luminária, do ângulo de visão e outros fatores.
Para as lâmpadas fluorescentes, as médias das carteiras tiveram um valor
de UGR de 17,56, sendo que o máximo de ofuscamento encontrado é UGR igual a
21,9, e o mínimo foi inferior a 10. Como a norma brasileira exige um valor de UGR
igual a 19, a lâmpada fluorescente de 28 W está dentro da norma brasileira.
71
O quadro da sala de aula teve seu UGR com valor menor que 10, com isso
pode – se considerar que não possui ofuscamento no quadro de ensino.
FIGURA 32 – PONTOS OFUSCAMENTO
Fonte: Autor, 2015
4.1.2.4 Ofuscamento eficiente LED
Para a simulação do ofuscamento LED, foi considerado o deslocamento das
luminárias em relação ao posicionamento das luminárias atuais, devido a
necessidade de melhorar a iluminância do quando branco. Para determinar o
ofuscamento imposto pelas lâmpadas LED, foi calculado o ofuscamento em vários
pontos distribuídos na sala como mostra a figura 33. Assim como para o
ofuscamento da T5, para esses pontos, foi considerado o valor máximo de
ofuscamento em um ângulo de visão de 180°, com saltos de 15°, em direção ao
72
quadro branco, sendo assim desconsiderados os valores referentes ao ofuscamento
para o observador que olhe para a parede oposta, pois a proposta desse ambiente
de trabalho, é que todos os observadores estejam olhando na mesma direção. Os
valores são individuais, pois como já foi citado o ofuscamento dependo do ângulo de
corte da luminária, do ângulo de visão e outros fatores.
FIGURA 33 – PONTOS OFUSCAMENTO LED
Fonte: Autor, 2015
Para a área de trabalho o UGR tem valor máximo de 21 e um valor mínimo
de 18. Com isso o valor médio do UGR é de 18,68, assim pode – se dizer que não
há o ofuscamento. O quadro da sala de aula possui um UGR com valor de 12,
também se pode considerar sem ofuscamento já que o UGR exigido pela norma é
de 19.
73
4.1.2.5 Cálculo do sistema eficiente
Os cálculos para o sistema eficiente serão utilizados da forma em que foram
apresentados na tabela 1 do item 2.17. Na tabela 1 as fórmulas já foram
apresentadas, então será apresentado apenas o quadro 9 com os resultados do
cenário eficiente da forma em que é exigido pela COPEL para aprovação de projetos
de eficiência energética.
Cenário Proposto
Tipa de lâmpada Fluorescente T5
Lâmpadas Potência(W) 28
Quantidade 462
Reatores Potência(W) 2
Quantidade 231
Potência Instalada (kW) 13,40
Funcionamento (h/ano) 3080
Energia Consumida (MWh/ano)
41,27
Potência Média Ponta (kW) 11,17
Fator Coincidência na Ponta 0,83
Demanda média ponta (kW) 11,17
QUADRO 9: CENÁRIO EFICIENTE T5
Fonte: Autor, 2015
Para realizar a comparação também será usada a tabela 1 do item 2.16
proposto pela COPEL. A comparação se dá por energia economizada anualmente
em MWh/ano e em porcentagem e em demanda em horário de ponta, dada em kW e
em porcentagem. A comparação será apresentada no quadro 10 a seguir.
74
RESULTADOS
Redução de demanda na ponta kW RDPi 1,54
% RDPi% 12,12%
Energia economizada MWh/ano EEi 5,69
% EEi% 12,12%
QUADRO 10: RESULTADO EFICIENTE T5
Fonte: Autor, 2015
O quadro 11 apresenta menos luminárias do que o cenário atual, isso se da
porque duas salas de aula serão com luminárias LED. Para os resultados foram
consideradas a comparação com as 231 luminárias do cenário atual. Como o quadro
10 apresenta a redução de energia elétrica é de 5,69 MWh/ano, isso significa uma
redução de 12,12% do consumo de energia elétrica. Com esses dados podemos
afirmar que o conjunto de lâmpadas e luminárias de 28 W e modelo LUMINÁRIA T5
A sem alterar a disposição de lâmpadas que é mais eficiente que o cenário atual.
Para as lâmpadas LED serão comparadas as trocas de duas salas de aula,
sendo um total de 24 luminárias para comparação. O quadro 11 apresenta os dados
das lâmpadas LED.
Cenário Proposto
Tipa de lâmpada LED
Lâmpadas Potência(W) 45
Quantidade 24
Reatores Potência(W) 0
Quantidade 0
Potência Instalada (kW) 1,08
Funcionamento (h/ano) 3080
Energia Consumida (MWh/ano) 3,33
Potência Média Ponta (kW) 0,90
Fator Coincidência na Ponta 0,83
Demanda média ponta (kW) 0,90
QUADRO 11: CENÁRIO EFICIENTE LED
Fonte: Autor, 2015
75
Para realizar a comparação também será usada a tabela 1 do item 2.17
proposto pela COPEL. A comparação se dá por energia economizada anualmente
em MWh/ano e em porcentagem e em demanda em horário de ponta, dada em kW e
em porcentagem. A comparação será apresentada no quadro 12 a seguir.
RESULTADOS
Redução de demanda na ponta kW RDPi 0,46
% RDPi% 33,82%
Energia economizada MWh/ano EEi 1,70
% EEi% 33,82%
QUADRO 12: RESULTADO EFICIENTE LED
Fonte: Autor, 2015
4.2 BIBLIOTECA
A biblioteca do Setor de Ciência e Tecnologia será outro ambiente em que
os estudos para a troca de luminárias será realizado. Na biblioteca a troca de
luminárias será realizada apenas pelas luminárias com lâmpadas T5 e se for
possível será realizada a redução da quantidade de luminárias.
4.2.1 Cenário atual
A biblioteca possui atualmente 327 luminárias, essas luminárias possuem 2
lâmpadas de 36 W cada. Estas luminárias estão dispostas em 3 andares, contendo
a área de leitura, área da bibliotecária e as estantes com os livros.
Para fazer esta análise será usado novamente as simulações dos 3 andares
e utilizando o diagrama de cores falsas para que se possa avaliar a situação do
cenário atual.
76
4.2.1.1 Iluminância atual
Na determinação da iluminância do cenário atual, as figuras 34, 35 e 36 irão
apresentar as simulações do 1º, 2º e o 3º andar respectivamente.
De acordo com a norma brasileira ABNT 8995-1, as áreas de leitura devem
ter 500 lux, a área das bibliotecárias 500 lux, as estantes 200 lux e os corredores
100 lux.
FIGURA 34 – 1º ANDAR ATUAL
Fonte: Autor, 2015
No 1º andar pode-se perceber pela escala em lux que a qualidade de
iluminação esta inadequada para o que a norma exige. A área das estantes possui
77
102 lux, as áreas de leitura foram dividas em duas, a da direita e da esquerda, que
possuem respectivamente 268 lux e 273 lux e os corredores possuem 149 lux.
Com a simulação pode – se afirmar que as condições de iluminância estão
incorretas e abaixo do necessário exigido pela norma para as áreas de leitura e
estantes.
A figura 34 irá mostrar a iluminância do 2º andar do cenário atual, para isso
o desenho foi divido em área de leitura (ambiente com mesas), estantes, corredor e
área da bibliotecária, sendo elas no quadrado a frente da entrada e na mesa ao lado
da entrada.
FIGURA 35 – 2º ANDAR ATUAL
Fonte: Autor, 2015
No 2º andar as luminâncias para as determinadas áreas ficaram da seguinte
forma, área de leitura com 233 lux, estantes com 149 lux, corredor com 153 lux, a
área da bibliotecária ao lado da entrada ficou em 113 lux e a frente da entrada em
268 lux.
Esta simulação do 2º andar também mostra que a qualidade de iluminância
dentro das áreas selecionadas é insuficiente e estão abaixo do que a norma exige
para estes ambientes.
78
A figura 35 apresenta o cenário atual do 3º andar, como nas outas
simulações, o ambiente foi divido em área de leitura, salas de estudo, estantes,
corredor e área das bibliotecárias.
FIGURA 36 – 3º ANDAR ATUAL
Fonte: Autor, 2015
Assim, os resultados da simulação foram, a área de leitura com 218 lux, as
estantes com 109 lux, corredor com 192 lux, as salas de estudo com 208 lux e a
área das bibliotecárias 225 lux.
Como nos outros dois andares a simulação do 3º andar também esta com
nível de iluminância abaixo do exigido pela norma e com isso deve ser melhorado.
4.2.1.2 Ofuscamento atual
O ofuscamento foi simulado nos três andares da biblioteca, no caso do 1º
andar a área do ofuscamento foi divido em duas áreas de leitura, estantes e
corredor, como mostra a figura 37.
Como o ofuscamento foi divido em quatro áreas, foi encontrado quatro
valores de UGR. O ofuscamento na área de leitura superior tem um valor de UGR de
79
26,8 e o inferior um valor de 26,3, na área das estantes o UGR encontrado teve um
valor de 20, e o corredor um valor UGR de 21,8.
A norma ABNT IEC 8995-1 exige um valor UGR de 19 para a área de leitura
e para a área de estantes, em quanto que para os corredores um UGR de 25. Com a
simulação pode – se afirmar que as áreas de leitura e das estantes estão
inadequadas em relação a norma e apenas o corredor estaria adequado.
FIGURA 37 –OFUSCAMENTO 1º ANDAR
Fonte: Autor, 2015
80
Para a verificação do ofuscamento do 2º andar dividiu - se sua área em,
área de leitura, corredor, estantes, bibliotecária 1 e bibliotecária 2, como mostra a
figura 38.
O ofuscamento para a área de leitura ficou com UGR igual a 19, o corredor
teve um UGR de 20.8, as estantes tiveram um valor de 15.6. A área da bibliotecária
1 teve uma UGR de 23.1 em quanto a área da bibliotecária 2 teve um valor de 24.1.
Com isso pode – se afirmar que apenas o corredor e as estantes estão com
valores de UGR aceitáveis pela norma ABNT IEC 8995-1, que são respectivamente
25 e 19.
FIGURA 38 –OFUSCAMENTO 2º ANDAR
Fonte: Autor, 2015
81
O 3º andar foi dividido em estantes 1, estantes 2, corredor, área de leitura,
bibliotecária e sala 1 como mostra a figura 38. As medidas dos ambientes foram:
UGR igual a 21,4 para o corredor, 21 para as estantes 1,um valor de 21,5 para as
estantes 2, para a área de leitura o valor é 22,9, para a bibliotecária UGR igual a 18
e para a sala 1 o valor é 19,2.
Como a norma exige um valor de UGR de 19 para todos os ambientes,
menos para o corredor que é 25, apenas a área da bibliotecária e o corredor estão
com seus valores dentro dos estipulados pela norma ABNT IEC 8995-1.
FIGURA 39 –OFUSCAMENTO 3º ANDAR
Fonte: Autor, 2015
4.2.1.3 Cálculo do sistema atual
Os três andares da biblioteca possuem 327 luminárias, para os cálculos de
viabilidade e consumo de energia do projeto serão usados os dados apresentados
no quadro 13 abaixo.
82
Cenário Atual
Tipa de lâmpada Fluorescente T8
Lâmpadas Potência(W) 36
Quantidade 654
Reatores Potência(W) 2
Quantidade 327
Potência Instalada (kW) 24,20
Funcionamento (h/ano) 3080
Energia Consumida (MWh/ano) 74,53
Potência Média Ponta (kW) 20,17
Fator Coincidência na Ponta 0,83
Demanda média ponta (kW) 20,17
QUADRO 13: CENARIO ATUAL BIBLIOTECA
Fonte: Autor, 2015
O número de horas de funcionamento estão referidas as 14 horas que a
biblioteca fica aberta durante 1 dia, com uma média de 22 dias ao mês e 10 meses
ao ano. A demanda média no horário de ponta são exatamente a mesma que a
potência instalada, pois quando as salas de aula são utilizadas todas as lâmpadas
são ligadas. O horário de ponta são consideradas 3 horas consecutivas
considerando o sistema elétrico da concessionária, no caso da COPEL o horário de
ponta começa as 18:00 horas e termina as 21:00 horas.
4.2.2 Cenário eficiente
No cenário eficiente da Biblioteca do Setor de Ciências e Tecnologia será
realizada a troca das atuais luminárias pela Luminária T5 A, as luminárias com
lâmpadas de 28 W no formato T5.
A biblioteca possui atualmente 327 luminárias com duas lâmpadas de 32 W
cada luminária. A proposta é além de realizar a troca das luminárias sem alterar sua
posição é diminuir o número de luminárias.
83
Com as simulações dos três andares será possível visualizar que com as
novas luminárias será possível retirar 13 luminárias, totalizando em 314 luminárias
FAA20-S228.
4.2.2.1 Iluminância eficiente
Para o 1º andar foi simulado a alteração das luminárias atual pelas
luminárias eficientes de menor potência sem alterar a distribuição destas luminárias.
Para este andar não foi possível reduzir o número de luminárias, pois com a redução
a iluminância seria inferior ao determinado pela norma. A figura 40 apresenta a
simulação do 1º andar com a lâmpada eficiente.
FIGURA 40 – 1º ANDAR EFICIENTE
Fonte: Autor, 2015
84
No 1º andar a área de leitura teve sua iluminância medida em 568 lux sobre
as mesas de estudo. No corredor os lux estão distribuídos em 319 lux, valor a cima
do exigido pela norma. As estantes tem seu valor de iluminância em 426 lux, sendo
que é exigido apenas 200 lux pela norma.
Na simulação do 2º andar da biblioteca com o cenário eficiente, foi possível
apresentar um aumento nos valores de iluminância, como pode ser observado na
figura 40, sendo que a potência instalada foi reduzida, isso porque além da luminária
consumir menos potência, foi possível reduzir o número de luminárias.
FIGURA 41 – 2º ANDAR EFICIENTE
Fonte: Autor, 2015
Com os resultados da simulação, foi apresentado valores de máxima
iluminância igual a 750 lux, sendo que todas as mesas da simulação apresentaram
valores superiores a 500 lux, que é o valor exigido pela ABNT. Apenas as duas
mesas na extremidade esquerda que apresentaram regiões com menos de 500 lux.
A mesa da bibliotecária apresentou apenas valores superiores a 500 lux. Os
corredores tiveram média de 234 lux e 247 lux, sendo que em todos os pontos,
foram obtidos valores superiores a 100 lux, que é o exigido em norma pela ABNT. A
média referente a iluminância das estantes ficou em 292 lux medidos no chão,
sendo que o mínimo exigido em norma é de 200 lux, portanto, dentro do aceitável.
85
O 3º andar foi divido em estantes, área de leitura, corredor, bibliotecária e
sala de estudos, da mesma forma que foi divido no cenário atual. A figura 42 mostra
a simulação do 3º andas da biblioteca.
FIGURA 42 – 3º ANDAR EFICIENTE
Fonte: Autor, 2015
Como a simulação apresenta a área de leitura tem um máximo de
iluminância de 671 lux, e todas as mesas simuladas tem valor de iluminância acima
de 500 lux, o mínimo exigido pela norma ABNT IEC 8995-1.
As estantes tem sua iluminância de 212 lux, sendo que o exigido pela norma
é 200 lux, a área das bibliotecárias tem um valor máximo de 690 lux e um mínimo de
300 lux, mas sobre as mesas, ou sua área de trabalho, os valores são superiores a
500 lux.
As salas de aula têm sobre a suas mesas 500 lux, mas em sua distribuição
geral da sala o valor cai para 367 lux. Com isso todos os ambientes, levando em
conta sua área de trabalho, possuem os valores acima do que a norma exige para
estes ambientes.
86
4.2.2.2 Ofuscamento eficiente
O ofuscamento medido através da simulação no 1º andar foi dividido como
na simulação para medição do cenário atual. Assim, os ambientes medidos foram as
áreas de leitura, estantes e corredor. A área de leitura superior teve um UGR
máximo de valor 22 e um valor mínimo de 10, realizando a média dos pontos
distribuídos o valor UGR encontrado é de 18,75. Para a área de leitura inferior o
valor UGR máximo encontrado foi de 24,6 e o valor mínimo 10, com a média dos
pontos simulados, o valor de UGR é 18,9. Neste caso as áreas estão abaixo de 19
que o valor UGR máximo permitido pela norma ABNT IEC 8995-1.
O ofuscamento no corredor tem um valor máximo de UGR de 22 e um valor
mínimo de 10, com a média dos pontos distribuídos nessa área a media do UGR
tem um valor de 18,5. Na área das estantes o UGR encontrado é de valor 13,9 e
este valor esta abaixo do exigido pela norma.
Para o ofuscamento do segundo andar da biblioteca, a mesma foi dividida
em corredor, bibliotecária 1, bibliotecária 2, estantes, a área de leitura, e o corredor,
que considera todas as demais áreas, conforme mostrado no ofuscamento atual.
Para os corredores, o maior valor de ofuscamento apresentado foi de 24
UGR, sendo que para a ABNT, o máximo exigido é de 25, e portanto, está dentro da
norma. O mesmo acontece para as estantes, onde o valor máximo do UGR é de 19,
e a norma exige até 19.
Para a área de leitura, o valor máximo do UGR obtido foi de 21, e o mínimo
de 15. Para essa área de trabalho, considerando 16 pontos de calculo localizados
em cima de cada mesa da simulação, foi obtido uma média de 18,25 UGR, sendo
que a norma exige valores inferiores a 19.
Na área da bibliotecária 1, o valor médio do UGR ficou em 23,8. Para a
bibliotecária 2, o valor foi de 22,7. Para os dois casos, o máximo exigido em norma é
de 19 UGR, e, portanto, não foi possível obter os valores desejados.
87
Para o ofuscamento no 3º andar a divisão dos ambientes foi realizada como
no cenário atua, sendo elas: área de leitura, bibliotecária, sala 1, estante 1, estante 2
e corredor.
Para determinar o valor de UGR dos ambientes foram inseridos pontos
distribuídos nas suas áreas de trabalho, o corredor teve um valor de UGR máximo
de 24,6 e mínimo de 16,8 e em sua média um valor UGR de 20,8 e está dentro da
norma que exige no máximo um valor de 25.
A área da bibliotecária teve um valor máximo de UGR de 22 e mínimo de 13,
em sua média um valor UGR de 18,6 que está abaixo do exigido pela norma. A área
de leitura teve um valor UGR máximo de 23,5 e um valor mínimo de 10, em sua
média um valor UGR de 19,7 neste caso o valor está a cima da norma, assim como
as estantes que tiveram um UGR médio de 19,5. A área de leitura e as estantes
estão a cima do valor de UGR 19 exigido pela norma.
E por fim a sala de estudo que teve um valor máximo de UGR de 24,6 e um
mínimo de 10 e em média o valor de UGR de 18,5, que está dentro do exigido pela
norma ABNT IEC 8995-1.
4.2.2.3 Cálculo do sistema eficiente
Os cálculos realizados já foram apresentados no item 2.17 então não serão
apresentadas as fórmulas novamente. No caso da biblioteca foi possível reduzir o
número de luminárias dos ambientes, a redução foi de 13 luminárias, totalizando 26
lâmpadas e 13 reatores.
O quadro 14 irá apresentar os valores considerados para os cálculos de
consumo de energia elétrica, de potência, quantidade de luminárias, horas de
funcionamento e a demanda usada no horário de ponta. Neste caso, o horário de
ponta é considerado das 18:00 horas até as 21:00 horas, são as 3 horas impostas
pela COPEL.
88
Cenário Proposto
Tipa de lâmpada Fluorescente T5
Lâmpadas Potência(W) 28
Quantidade 628
Reatores Potência(W) 2
Quantidade 314
Potência Instalada (kW) 18,21
Funcionamento (h/ano) 3080
Energia Consumida (MWh/ano) 56,09
Potência Média Ponta (kW) 15,18
Fator Coincidência na Ponta 0,83
Demanda média ponta (kW) 15,18
QUADRO 14: CENÁRIO PROPOSTO BIBLIOTECA
Fonte: Autor, 2015
Com os dados apresentados, o quadro 15 irá mostrar os resultados de
redução de energia no horário de ponta e a energia a ser economizada em um ano.
RESULTADOS
Redução de demanda na ponta kW RDPi 4,99
% RDPi% 24,74%
Energia economizada MWh/ano EEi 18,44
% EEi% 24,74%
QUADRO 15: RESULTADOS BIBLIOTECA
Fonte: Autor, 2015
Como o quadro a cima mostra, a redução da demanda de ponta é de 4,99
kW, uma redução de 24,74% e a energia economizada com a troca das luminárias
será de 18,44 MWh ao ano, uma redução também de 24,74% de energia elétrica.
89
4.3 ANÁLISE ECONÔMICA DO PROJETO
4.3.1 Orçamentos
Foi solicitado valores de luminárias para diferentes vendedoras conceituadas
na área de iluminação. No quadro 16 estão apresentados os valores passados pelos
vendedores para luminárias T5.
Luminária Valor (R$)
FAA20-S228 - Fabricante B 173,76
QUADRO 16: ORÇAMENTOS LUMINÁRIAS T5
Fonte: Autor, 2015
Os valores obtidos para as luminárias LED estão apresentados no quadro
17. Os orçamentos estarão no anexo A.
Luminária Valor (R$)
Luminária LED A sem DALI- Fabricante B 432,86
Luminária LED A com DALI- Fabricante B 966,21
Luminária LED B sem DALI – Fabricante C 800,00
Luminária LED B com DALI – Fabricante C 850,00
QUADRO 17: ORÇAMENTOS LUMINÁRIAS LED
Fonte: Autor, 2015
90
4.3.2 Análise sem sistema DALI método COPEL
Para o projeto entrar na chamada pública da COPEL deve ser preenchida
uma planilha que está disponível no site da mesma. A tabela 2 apresenta a aba
referente a consumo de energia elétrica em iluminação.
TABELA 2 – ILUMINAÇÃO COPEL SEM DALI
Fonte: Autor, 2015
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULABIBLIOTECA
Tipo de equipamento / tecnologia T8 T8 T8
Quantidade de luminárias 582 231 24 327
2 Potência W pla i 32,00 32,00 36,00
3 Quantidade qla i 1.164 462 48 654
2 Potência W pra i 2,00 2,00 2,00
3 Quantidade qra i 606 231 48 327
4 Potência instalada kW Pa i 41,08 15,25 1,63 24,20
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia 14,00 14,00 14,00
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano 220,00 220,00 220,00
Funcionamento h/ano ha i 3.080,00 3.080,00 3.080,00
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupa i 3,00 3,00 3,00
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês nda i 22,00 22,00 22,00
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nma i 10,00 10,00 10,00
Potência média na ponta kW da i 34,23 12,71 1,36 20,17
Fator de coincidência na ponta FCPa i 0,83 0,83 0,83
7 Energia consumida MWh/ano Ea i 126,51 46,96 5,03 74,53
8 Demanda média na ponta kW Da i 34,23 12,71 1,36 20,17
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULABIBLIOTECA
Tipo de equipamento / tecnologia T5 LED T5
Quantidade de luminárias 569 231 24 314
12 Potência W plp i 28,00 45,00 28,00
13 Quantidade qlp i 1.114 462 24 628
12 Potência W prp i 2,00 0,00 2,00
13 Quantidade qrp i 545 231 0 314
14 Potência instalada kW Pp i 32,69 13,40 1,08 18,21
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia 14,00 14,00 14,00
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano 220,00 220,00 220,00
Funcionamento h/ano hp i 3.080,00 3.080,00 3.080,00
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupp i 3,00 3,00 3,00
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês ndp i 22,00 22,00 22,00
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nmp i 10,00 10,00 10,00
Potência média na ponta kW dp i 27,24 11,17 0,90 15,18
Fator de coincidência na ponta FCPp i 0,83 0,83 0,83
17 Energia consumida MWh/ano Ep i 100,69 41,27 3,33 56,09
18 Demanda média na ponta kW Dp i 27,24 11,17 0,90 15,18
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULABIBLIOTECA
21 Redução de demanda na ponta kW RDP i 6,99 1,54 0,46 4,99
22 Custo evitado de demanda (CED) = 272,04 % RDP i% 20,42% 12,12% 33,82% 24,74%
23 Energia economizada MWh/ano EE i 25,83 5,69 1,70 18,44
24 Custo da energia evitada (CEE) = 316,27 % EE i% 20,42% 12,12% 33,82% 24,74%
Benefício anualizado iluminação - Ex ante R$ B ILUM 10.069,92 2.219,08 662,84 7.187,99
16
ILUMINAÇÃO - RESULTADOS ESPERADOS - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA ATUAL - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA PROPOSTO - EX ANTE
Lâmpadas
Reatores
15
5
Lâmpadas
Reatores
6
1
11
91
A tabela 3 apresenta os valores de vida útil, a quantidade de luminárias e
seus respectivos preços, neste caso a COPEL disponibiliza o tempo de vida útil a
ser usado para as lâmpadas fluorescentes.
TABELA 3 – CUSTO DIRETO ILUMINAÇÃO SEM DALI
Fonte: Autor, 2015
A tabela 4 mostra os valores de vida útil e o valor FRC usado para calcular o
RCB exigido pela COPEL, a taxa de juros para o cálculo do FRC é de 8%, dados
impostos pela COPEL.
TABELA 4 – CUSTO ANUAL ILUMINAÇÃO SEM DALI
Fonte: Autor, 2015
De acordo com a COPEL para a chamada pública de 2015, o valor de RCB
para a apresentação do projeto de eficiência energética é de 0,75. A tabela 5
apresenta os valores de economia de energia e investimento do projeto, assim pode
ser determinado o RCB do projeto de iluminação.
Como o investimento do projeto é maior que o valor economizado de
energia, custo de energia, o valor de RCB é de 1,91. Neste caso a economia de
energia não é suficiente para que seja aprovado na chamada pública da COPEL
para projetos de eficiência energética.
Vida útil Quantidade Preço unitário PEE Terceiros Consumidor Total
1 8,12 231 173,76R$ 40.138,56R$ 40.138,56R$
2 23,64 24 432,55R$ 10.381,20R$ 10.381,20R$
3 8,12 314 173,76R$ 54.560,64R$ 54.560,64R$
FAA20 - S228 (T5)
LAN02 - (LED)
FAA20 - S228 (T5)
ILUMINAÇÃO - EX ANTE
CUSTOS DIRETOS - EX ANTE
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ORIGEM DOS RECURSOS
Materiais e equipamentos
Vida útil FRC CAPEE CATOTAL
1 8,12 0,17215 7.690,54R$ 7.690,54R$
2 23,64 0,09548 1.103,15R$ 1.103,15R$
3 8,12 0,17215 10.453,81R$ 10.453,81R$
Materiais e equipamentos
FAA20 - S228 (T5)
FAA20 - S228 (T5)
LAN02 - (LED)
ILUMINAÇÃO - EX ANTE
CUSTOS ANUALIZADOS - EX ANTE
ORIGEM DOS RECURSOSMATERIAIS E EQUIPAMENTOS
92
TABELA 5 – RCB PROJETO SEM DALI
Fonte: Autor, 2015
4.3.4 Análise com sistema DALI método COPEL
Para o projeto entrar na chamada pública da COPEL deve ser preenchida
uma planilha que está disponível no site da mesma. A tabela 6 apresenta a aba
referente a consumo de energia elétrica como apresentado anteriormente.
Esta planilha mostra a economia de energia em 30% usando o sistema DALI
durante as aulas ministradas no período matutino e vespertino. Para essa economia
foram utilizadas 8 horas de funcionamento durante um dia, a coluna 4 apresenta o
nome “2 salas de aula 70%” é o equivalente a 30% de economia de energia.
As outras 6 horas de uso das luminárias foram consideradas o uso em sua
nominal, ou seja, com 100% de sua potência sendo utilizada. O período anual
considerado do uso das luminárias continua sendo o mesmo que usado para o
sistema sem DALI.
EE RDP CAT PEE BAT RCBPEE
Energia Redução de Custo Benefício Por uso
economizada demanda na ponta anualizado anualizado final
MWh/ano kW PEE total PEE
Iluminação 25,83 6,99 19.247,50R$ 10.069,92R$ 1,91
Condicionamento ambiental 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas motrizes 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas de refrigeração 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Aquecimento solar de água 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Equipamentos hospitalares 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Outros 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Total 25,83 6,99 19.247,50R$ 10.069,92R$ 1,91
CÁLCULO DA RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO - EX ANTE
RCB não permitidoAvaliação preliminar do projeto conforme
chamada pública
RCBPEEUso final
1,91
93
TABELA 6 – ILUMINAÇÃO COPEL COM DALI
Fonte: Autor, 2015
A tabela 7 apresenta os valores de vida útil, a quantidade de luminárias e
seus respectivos preços, neste caso a COPEL disponibiliza o tempo de vida útil a
ser usado para as lâmpadas fluorescentes.
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULA 100%BIBLIOTECA
2 SALAS DE
AULA 70%Tipo de equipamento / tecnologia T8 T8 T8 T8
Quantidade de luminárias 606 231 24 327 24
2 Potência W pla i 32,00 32,00 36,00 32,00
3 Quantidade qla i 1.212 462 48 654 48
2 Potência W pra i 2,00 2,00 2,00 2,00
3 Quantidade qra i 654 231 48 327 48
4 Potência instalada kW Pa i 42,71 15,25 1,63 24,20 1,63
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia 14,00 6,00 14,00 8,00
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano 220,00 220,00 220,00 220,00
Funcionamento h/ano ha i 3.080,00 1.320,00 3.080,00 1.760,00
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupa i 3,00 3,00 3,00 3,00
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês nda i 22,00 22,00 22,00 22,00
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nma i 10,00 10,00 10,00 10,00
Potência média na ponta kW da i 35,59 12,71 1,36 20,17 1,36
Fator de coincidência na ponta FCPa i 0,83 0,83 0,83 0,83
7 Energia consumida MWh/ano Ea i 126,51 46,96 2,15 74,53 2,87
8 Demanda média na ponta kW Da i 35,59 12,71 1,36 20,17 1,36
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULA 100%BIBLIOTECA
2 SALAS DE
AULA 70%
Tipo de equipamento / tecnologia T5 LED T5
Quantidade de luminárias 593 231 24 314 24
12 Potência W plp i 28,00 45,00 28,00 31,50
13 Quantidade qlp i 1.138 462 24 628 24
12 Potência W prp i 2,00 0,00 2,00 0,00
13 Quantidade qrp i 545 231 0 314 0
14 Potência instalada kW Pp i 33,45 13,40 1,08 18,21 0,76
Tempo de utilização do sistema, em um dia h/dia 14,00 6,00 14,00 8,00
Dias de utilização do sistema, em um ano dia/ano 220,00 220,00 220,00 220,00
Funcionamento h/ano hp i 3.080,00 1.320,00 3.080,00 1.760,00
Horas de utilização em horário de ponta, em um dia h/dia nupp i 3,00 3,00 3,00 3,00
Dias úteis de utilização em horário de ponta, em um mês dia/mês ndp i 22,00 22,00 22,00 22,00
Meses de utilização em horário de ponta, em um ano mês/ano nmp i 10,00 10,00 10,00 10,00
Potência média na ponta kW dp i 27,87 11,17 0,90 15,18 0,63
Fator de coincidência na ponta FCPp i 0,83 0,83 0,83 0,83
17 Energia consumida MWh/ano Ep i 100,11 41,27 1,43 56,09 1,33
18 Demanda média na ponta kW Dp i 27,87 11,17 0,90 15,18 0,63
TOTALBLOCO ENG.
ELÉTRICA
2 SALAS DE
AULA 100%BIBLIOTECA
2 SALAS DE
AULA 70%
21 Redução de demanda na ponta kW RDP i 7,72 1,54 0,46 4,99 0,73
22 Custo evitado de demanda (CED) = 272,04 % RDP i% 21,69% 12,12% 33,82% 24,74% 53,68%
23 Energia economizada MWh/ano EE i 26,40 5,69 0,73 18,44 1,54
24 Custo da energia evitada (CEE) = 316,27 % EE i% 20,87% 12,12% 33,82% 24,74% 53,68%
Benefício anualizado iluminação - Ex ante R$ B ILUM 10.448,85 2.219,08 355,58 7.187,99 686,20
16
ILUMINAÇÃO - RESULTADOS ESPERADOS - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA ATUAL - EX ANTE
ILUMINAÇÃO - SISTEMA PROPOSTO - EX ANTE
Lâmpadas
Reatores
15
5
Lâmpadas
Reatores
6
1
11
94
TABELA 7 – CUSTO DIRETO ILUMINAÇÃO
Fonte: Autor, 2015
A tabela 8 mostra os valores de vida útil e o valor FRC usado para calcular o
RCB exigido pela COPEL, a taxa de juros para o cálculo do FRC é de 8%, dados
impostos pela COPEL.
TABELA 8 – CUSTO ANUAL ILUMINAÇÃO
Fonte: Autor, 2015
De acordo com a COPEL para a chamada pública de 2015, o valor de RCB
para a apresentação do projeto de eficiência energética é de 0,75. A tabela 9
apresenta os valores de economia de energia e investimento do projeto, assim pode
ser determinado o RCB do projeto de iluminação.
Como o investimento do projeto é maior que o valor economizado de
energia, custo de energia, o valor de RCB é de 1,95. Neste caso a economia de
energia é muito melhor, porém o preço da luminária com sistema DALI é 4 vezes
maior que sem DALI dificultando que o projeto seja aprovado na chamada pública da
COPEL para projetos de eficiência energética.
Vida útil Quantidade Preço unitário PEE Terceiros Consumidor Total
1 8,12 231 173,76R$ 40.138,56R$ 40.138,56R$
2 23,64 24 966,27R$ 23.190,48R$ 23.190,48R$
3 8,12 314 173,76R$ 54.560,64R$ 54.560,64R$
FAA20 - S228 (T5)
LAN02 (LED)
FAA20 - S228 (T5)
ILUMINAÇÃO - EX ANTE
CUSTOS DIRETOS - EX ANTE
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ORIGEM DOS RECURSOS
Materiais e equipamentos
Vida útil FRC CAPEE CATOTAL
1 8,12 0,17215 7.620,75R$ 7.620,75R$
2 23,64 0,09548 2.441,97R$ 2.441,97R$
3 8,12 0,17215 10.358,94R$ 10.358,94R$
Materiais e equipamentos
FAA20 - S228 (T5)
FAA20 - S228 (T5)
LAN02 (LED)
ILUMINAÇÃO - EX ANTE
CUSTOS ANUALIZADOS - EX ANTE
ORIGEM DOS RECURSOSMATERIAIS E EQUIPAMENTOS
95
TABELA 9 – RCB PROJETO
Fonte: Autor, 2015
4.3.5 Custo para tornar viável
Para tornar esse projeto financeiramente viável, atendendo ao critério da
COPEL em obter um RCB igual ou inferior a 0,75, seria necessária a utilização
apenas da luminária FAA20-S228, a qual opera com lâmpadas fluorescentes T5,
com o custo igual ou inferior a R$55,00, o que representa uma redução de 68,34%
do valor atual, como mostra a tabela 10.
TABELA 10 – CUSTO DIRETO ILUMINAÇÃO VIÁVEL T5
Fonte: Autor, 2015
O RCB calculado para esse caso pode ser observado na tabela 11, o valor
do RCB fica exatamente 0,74 que é o necessário para ser aprovado.
EE RDP CAT PEE BAT RCBPEE
Energia Redução de Custo Benefício Por uso
economizada demanda na ponta anualizado anualizado final
MWh/ano kW PEE total PEE
Iluminação 26,40 7,72 20.421,66R$ 10.448,85R$ 1,95
Condicionamento ambiental 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas motrizes 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas de refrigeração 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Aquecimento solar de água 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Equipamentos hospitalares 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Outros 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Total 26,40 7,72 20.421,66R$ 10.448,85R$ 1,95
CÁLCULO DA RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO - EX ANTE
RCB não permitidoAvaliação preliminar do projeto conforme
chamada pública
RCBPEEUso final
1,95
Vida útil Quantidade Preço unitário PEE Terceiros Consumidor Total
1 8,12 255 55,00R$ 14.025,00R$ 14.025,00R$
2 8,12 314 55,00R$ 17.270,00R$ 17.270,00R$
ILUMINAÇÃO - EX ANTE
CUSTOS DIRETOS - EX ANTE
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS ORIGEM DOS RECURSOS
Materiais e equipamentos
T5
T5
96
TABELA 11 – CUSTO ANUAL ILUMINAÇÃO VIÁVEL T5
Fonte: Autor, 2015
Considerando que na biblioteca fossem utilizadas apenas as luminárias T5
FAA20-S228, com o preço atual do orçamento, para viabilizar a utilização de apenas
luminárias LED, a Luminária LED A, no bloco de Engenharia Elétrica, as luminárias
deveriam ter custo igual ou inferior a R$100,00 como mostra a tabela 12, o que
representa uma redução de 76,9% do seu valor atual.
TABELA 12 – CUSTO DIRETO ILUMINAÇÃO VIÁVEL COM LED
Fonte: Autor, 2015
Para este modo o RCB será igual 0,74 este valor é inferior ao exigido para
PEE da COPEL.
EE RDP CAT PEE BAT RCBPEE
Energia Redução de Custo Benefício Por uso
economizada demanda na ponta anualizado anualizado final
MWh/ano kW PEE total PEE
Iluminação 24,72 6,69 7.176,81R$ 9.637,63R$ 0,74
Condicionamento ambiental 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas motrizes 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Sistemas de refrigeração 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Aquecimento solar de água 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Equipamentos hospitalares 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Outros 0,00 0,00 -R$ -R$ 0,00
Total 24,72 6,69 7.176,81R$ 9.637,63R$ 0,74
CÁLCULO DA RELAÇÃO CUSTO-BENEFÍCIO - EX ANTE
RCB permitidoAvaliação preliminar do projeto conforme
chamada pública
RCBPEEUso final
0,74
97
TABELA 13 – CUSTO ANUAL ILUMINAÇÃO VIÁVEL COM LED
Fonte: Autor, 2015
5 CONCLUSÃO
Como o tema se trata de um projeto de eficiência energética, a proposta do
projeto foi propor lâmpadas e luminárias mais eficientes que as atuais. O objetivo é
apresentar a mudança para o bloco de Engenharia Elétrica e a Biblioteca do Setor
de Ciências e Tecnologia. O projeto visa apresentar uma visão ampla dos ambientes
e uma visão mais focada nas salas do bloco de Engenharia Elétrica. Uma simulação
do Bloco novo de Engenharia Elétrica pode ser vista no Anexo B.
O projeto foi modelado de acordo com o objetivo proposto, foi realizado de
forma que possa ser utilizado para a concorrência da chamada pública de projetos
de eficiência energética da COPEL. Os cálculos adotados foram retirados de
manuais da COPEL e da ANEEL, as quais exigem valores mais restritos. Os
98
parâmetros usados para um projeto luminotécnico foram escolhidos de acordo com
a norma brasileira ABNT IEC 8995-1.
Como o problema do projeto seria comprovar que a escolha das lâmpadas e
luminárias era adequada, a simulação foi utilizada para que possa se ver o
comportamento desse conjunto nas condições propostas. Para a situação atual
foram realizadas medição de consumo de energia e iluminância, pode – se perceber
que a iluminância atual está muito abaixo do necessário. Porém a potência do
conjunto lâmpadas e reatores atuais estão muito abaixo do que projetado.
As simulações dos sistemas propostos demonstram que com a simples
substituição do conjunto de luminárias será possível adequar o nível de iluminância
de acordo com o exigido pela norma ABNT IEC 8995-1. Com a substituição de
luminárias será possível também reduzir o número de luminárias na biblioteca e
reduzir o consumo de energia elétrica nos ambientes em estudo.
Para a aprovação da COPEL além do cálculo de economia de energia é
necessário que o cálculo de RCB seja igual ou inferior a 0,75. Como é apresentada
no projeto a redução do consumo de energia de 20,42% para o sistema sem DALI
não é o suficiente para o projeto da COPEL devido aos altos custos das luminárias.
O RCB do projeto fica em 1,91 e isso se da, devido ao investimento do projeto ser
91% maior que o valor de benefícios com redução do consumo de energia elétrica.
Para o sistema DALI a situação é menos favorável, pois apesar de reduzir o
consumo de energia elétrica em 20,87% as luminárias com sistema DALI são 4
vezes mais caras que o sem o sistema DALI. Com isso, o custo do investimento do
projeto fica 95% a mais que o beneficio com a redução do consumo de energia
elétrica. Assim, o valor do RCB para esse sistema fica em 1,95.
Para o projeto se tornar viável, o valor do benefício com energia
economizada deve ser 25% maior que o investimento do projeto. Com esses valores
o projeto pode ser inscrito na chamada pública de Projetos de Eficiência Energética
da COPEL.
Pode – se concluir que a maior dificuldade para viabilizar o projeto nos
padrões da COPEL é encontrar luminárias que atendas as normas ABNT IEC 8995-
99
1 e estão com preços reduzidos para que este valor de 25% esteja adequado. Para
viabilizar o projeto dentro da COPEL, seria interessante mesclar a economia das
luminárias junto com possíveis economias de aquecimento de água e motores
elétricos.
Por fim, pode - se afirmar que este projeto pode ser considerado um projeto
de Eficiência Energética, pois o projeto adequa a iluminação baseando – se na
norma ABNT IEC 8995-1 e se propõe a reduzir o consumo de energia elétrica, tanto
no horário de ponta quanto no horário fora de ponta, mesmo ele não sendo viável
pelos métodos da COPEL.
100
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Os projetos de iluminação são muito difíceis de ser aprovados pelo método
da COPEL quando o custo do projeto é muito elevado. Porém na Universidade
Federal do Paraná são encontradas muitas lâmpadas e reatores antigos e obsoletos.
Para próximos projetos, seria interessante levar em conta a iluminação
externa, que além de usar lâmpadas de alto consumo de energia e baixa
iluminância, são antigas e não estão suprindo as reais necessidades para uma boa
iluminação.
O principal bloco da UFPR, onde a maioria dos alunos tem aula, possui
luminárias com consumo superior a 40 W, sendo que as luminárias com lâmpadas
de 28 W podem realizar a mesma função e com melhor qualidade, seria interessante
realizar um estudo sobre este ambiente.
101
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO/CIE 8995-1:
Iluminação de ambientes de trabalho. 1 ed. Rio de Janeiro: ABNT 2013. 46 p.
ERCO. HandbookLighting Design, 1992.
COPEL. Manual de Eficiência Energética, de novembro 2005.
FILHO J.M., Instalações Elétricas Industrias¸ 7ª Edição, 2007.
CREDER. H., Instalações Elétricas, 15ª Edição, 2008.
COTRIM. A. A. M. B., Instalações Elétricas, 4ª Edição, 2003.
G. J. C. Costa, Iluminação Econômica – Cálculo e Avaliação, 4ª Edição. Porto
Alegre: EDIPUCRS – Coleção Engenharia, 2006.
A. Žukauskas, M. S. Shurand R. Gaska, IntroductiontoSolid-StateLighting. John
Wiley& Sons, April 2002.
H. L. MOREIRA, Rentabilidade: Retorno sobre o Investimento, de setembro de
2003.
F. B. BLEY, Especialize - LEDs versus Lâmpadas Convencionais, de maio de
2012.
D. C. MARTELETO, Avaliação do Diodo Emissor de Luz (LED) para Iluminação
de Interiores, de março de 2011.
W. TEIXEIRA, Lume Arquitetura, de Setembro de 2006.
Catálago LUMICENTER LIGHTING, 2014
Catálago SYLVANIA, 2015
Catálogo PHILIPS, 2014
102
BOYLESTAD, R. e NACHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de
Circuitos. Sexta Edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A,
1999.
JAN WIENOLD, Evalglare, 2009
ABESCO. PARA VOLTAR A CRESCER, BRASIL PRECISA REPENSAR SUA
POLÍTICA ENERGÉTICA < http://www.abesco.com.br/detalhes.asp?isr=4532 >
Acesso em 13/04/2015.
SOCIESC. INSTALAÇÃO DE LÂMPADAS FLUORESCENTES <
www.sociesc.org.br/download/?tipo=anx&count=1&id=7267 > Acesso em
13/04/2015.
MINISTÉRIO DA FAZENDA. RECEITA FEDERAL DO BRASIL <
http://idg.receita.fazenda.gov.br/orientacao/tributaria/pagamentos-e-
parcelamentos/taxa-de-juros-selic > Acesso em 01/05/2015
ANEEL, < http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/aren2008300_2.pdf> Acesso em
01/05/2015
OSRAM. MANUAL OSRAM – GLOSSÁRIO <
http://www.osram.com.br/osram_br/ferramentas-e-
servicos/servicos/downloads/index.jsp > Acesso em 18/05/2015
TERRA. O FIM DA LÂMPADA INCANDESCENTE <
http://noticias.terra.com.br/ciencia/infograficos/lampada/ > Acesso em 24/05/2015
TERRA. UM ESTUDO COMPARATIVO DE SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO
PÚBLICA: Estado Sólido e Lâmpadas de Vapor de Sódio em Alta Pressão <
http://goo.gl/0dEtHQ > Acesso em 24/05/2015
OSRAM, DALI – interface profissional para todos os componentes de
iluminação < http://goo.gl/lpfLwJ > Acesso em 05/07/2015
103
APÊNDICE A – SIMULAÇÃO NOVO BLOCO ENGENHARIA ELÉTRICA
Neste anexo será apresentada a simulação do novo bloco de Engenharia
Elétrica, a iluminação deste bloco foi realizada com luminárias FAA04 - 228 que são
da mesma família que as luminárias utilizadas no projeto, FAA20 – S228.
A simulação foi realizada com as mesmas luminárias usadas no projeto,
para verificar se seria adequada comparando com as medições já apresentadas no
projeto. A figura 46 mostra a parte externa do novo bloco.
FIGURA 46 – BLOCO NOVO EXTERNO
Fonte: Autor, 2015
A seguir será apresentada a simulação da parte inferior do bloco, sendo
mostrados os resultados através do diagrama de cores falsas. A figura 47 apresenta
esta simulação.
FIGURA 47 – BLOCO NOVO INFERIOR
Fonte: Autor, 2015
104
Como pode – se perceber as áreas de trabalhos, sobre as carteiras, tem
uma média de 616 lux, o que mostra uma melhoria, levando em conta que a norma
ABNT IEC 8995-1 exige 500 lux nesta mesma área. O único problema é a
iluminância no quadro negro, que possui uma iluminância média de 286 lux. No caso
do quadro ele pode ser resolvido trazendo as luminárias mais próximas dele, pois foi
verificado que nas salas de aula o ângulo de corte das luminárias está iluminando a
partir da metade de baixo do quadro negro.
A figura 48 apresenta a parte superior do bloco, a simulação apresenta o
diagrama de cores e sua escala para a iluminância desta parte do bloco.
FIGURA 48 – BLOCO NOVO SUPERIOR
Fonte: Autor, 2015
Para a parte superior pode – se ver que da mesma forma que a inferior os
níveis de iluminância estão acima do esperado, tendo sua média sobre as carteiras
em 613 lux. Nestas salas o nível de iluminância do quadro negro é melhor
apresentada, pois as luminárias estão mais próximas do mesmo. O nível de
iluminância do quadro negro tem uma média de 416 lux, este valor não está dentro
da norma, mas é uma considerável melhora.
Como pode – se ver as luminárias usando lâmpadas T5 podem melhorar o
nível de iluminância das salas de aula e consumir menos energia, já que essas
luminárias usam 12% a menos que as luminárias atuais.
