Eficiência energética em sistemas de iluminação em prédios comerciais com o uso da tecnologia LED – Um estudo de viabilidade

Eficiência energética em sistemas de iluminação em prédios comerciais com o uso da tecnologia LED – Um estudo de viabilidade

Geraldo Vinicius F. Silva

([e-mail])

Maria Luiza Figueiredo Reis

Orientadora Técnica

Silvana Júlia da Silveira Diniz

Coordenação de curso de Engenharia Elétrica

Resumo – O uso dos LED’s em sistemas de iluminação é uma alternativa viável para economia de energia e manutenção das fontes geradoras. No mundo inteiro soluções desse tipo tem ocupado cada vez mais espaço nas edificações novas e em retrofits das edificações antigas. O grande desafio dessa aplicação no Brasil é torna-la eficiente do ponto de vista econômico-financeiro tornando viáveis projetos dessa natureza. Assim, esse estudo demonstra o resultado de uma pesquisa realizada em um grande prédio comercial de Belo Horizonte - MG através da substituição do sistema atual, instalado com lâmpadas fluorescentes T5, para um moderno sistema de iluminação por LED’s.

Palavras-chaves ⎯ LED, Eficiência Energética, Economia de Energia

I. Introdução

        A geração hidroelétrica no Brasil teve uma retração de 5,4% em 2013 e a participação das fontes renováveis na Matriz Elétrica Brasileira reduziu em 5,2% quando comparado a 2012. Essa redução foi causada pelas questões climáticas não favoráveis à produção de energia hidroelétrica e ao consequente aumento da geração termelétrica [1].

        Diante desse cenário é indispensável pensar na implementação de ações para diminuir o consumo de energia através do combate ao desperdício, do uso consciente da energia e da inserção de novas tecnologias mais sustentáveis tais como, novos sistemas e equipamentos para a iluminação de estado sólido SSL (Solid-State Lighting) em prédios comerciais.

        Os diodos emissores de luz – LED’s possuem altíssima eficiência energética com um pico de eficácia superior a 250 (lm/W) e uma vida útil superior a 60.000 horas, ou seja, de 300% a 600% com mais tempo de vida que as fluorescentes de hoje [2].

        De acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, a substituição das lâmpadas incandescentes pelas LED’s poderia representar ao longo de 20 anos uma economia de U$ 250 bilhões e ter um potencial para reduzir pela metade o consumo de energia da iluminação até 2030 [3]. Segundo [4] a iluminação é responsável por 44% do consumo de energia no setor comercial, o que representa um grande campo de atuação para ações de eficiência energética.

        O objetivo dessa pesquisa é comparar o sistema existente de iluminação fluorescente de um grande prédio comercial de Belo Horizonte com o uso de lâmpadas do tipo LED através de simulações em sistemas computacionais próprios para iluminação e realizar uma análise de viabilidade econômica utilizando cálculo de análise financeira em projetos de eficiência energética.

II. Referencial teórico

A. Aspectos Gerais

        A iluminação nos ambientes de trabalho devem proporcionar conforto e facilidade na realização da tarefa. Assim a iluminação deve atender aos padrões qualitativos e quantitativos necessários para o ambiente proporcionando conforto, desempenho e segurança visual. Os principais indicadores que contribuem para a qualidade do ambiente iluminado, e que estão associados à escolha das lâmpadas e luminárias, são: a distribuição da luminância, a iluminância, o ofuscamento, a direcionalidade da luz, o aspecto da cor da luz e superfícies, a cintilação, a luz natural e a manutenção que inclui a substituição de lâmpadas e a limpeza das luminárias e do ambiente [5].

        Diferentes comprimentos de ondas são emitidos através de uma fonte de radiação e o olho humano é capaz visualizar uma faixa muito pequena do espectro eletromagnético conforme a fig. 1 na ordem de 380 a 780 nm. A luz, portanto, pode ser caracterizada como uma radiação eletromagnética visível ao olho humano [6].

[pic 1]

Figura 1 – Espectro eletromagnético [22].

        A radiação ultravioleta (UV) está localizada no espectro eletromagnético na faixa de 100 a 400 nm e as infravermelhas (IV) acima de 800 nm. A radiação infravermelha é percebida pelo corpo humano sob a forma de calor, a radiação visível é captada pelo olho humano e a radiação UV é captada através de reações fotoquímicas (reações químicas induzidas pela luz) [7].

        Segundo [6], a faixa da radiação UV pode ser decomposta em três partes: UVA (320 a 400nm) que tem como fonte a luz solar e que podem ser geradas em lâmpadas de descargas de vapor de mercúrio de alta pressão. A radiação UVA não prejudica a visão humana nem a pele e pode atravessar todo o tipo de vidro. A UVB (280 a 320 nm) possui elevada capacidade de alterar a pigmentação e provocar queimaduras. Também pode ser produzida através de uma descarga elétrica no vapor de mercúrio a alta pressão. A UVC (100 a 280 nm) afeta a visão humana causando irritação nos olhos. Os vidros comuns são altamente eficientes na filtragem da radiação UVC, sendo quase que totalmente absorvida por ele.

        A escolha de uma lâmpada deve ser avaliada não só sob o aspecto da eficiência energética, ou seja, a razão entre o fluxo e a potência, mas também pelo espectro emitido pela fonte de luz visível de forma que ele seja aproximado com as curvas de sensibilidade das células fotorreceptoras do olho humano [8].

        Segundo [5], a distribuição da luminância no campo da visão controla o nível de adaptação dos olhos, o qual afeta a visibilidade da tarefa. Uma adaptação equilibrada da luminância permite melhorar a acuidade visual, a sensibilidade ao contraste e a eficiência das funções oculares. Outro aspecto diz respeito à distribuição de luminâncias variadas no campo da visão, pois essas podem produzir ofuscamento quando muito altas, fadiga visual quando há grandes contrastes e geram ambientes sem estímulos quando a luminância e contraste são baixos. A luminância (L) das superfícies pode ser determinada pela refletância (ρ) e iluminância (E), sendo que as refletâncias úteis para superfícies internas mais importantes são: de 0,6 a 0,9 para o teto; de 0,3 a 0,8 para as paredes; de 0,2 a 0,6 para os planos de trabalho; e de 0,1 a 0,5 para o piso.