MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS CURITIBA
ALLAN RODRIGO
HENRIQUE MARIN CAMPOS
JOAO GUILHERME AMARANTE
ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO ESCRITÓRIO VERDE DA
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ, CAMPUS CURITIBA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA
2011
ALLAN RODRIGO
HENRIQUE MARIN CAMPOS
JOAO GUILHERME AMARANTE
ESTUDO DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DO ESCRITÓRIO VERDE DA
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ, CAMPUS CURITIBA
Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso
de Graduação, apresentado à disciplina de
Metodologia aplicada ao TCC, do curso de
Engenharia
Elétrica
do
Departamento
Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
(UTFPR), como requisito parcial para obtenção
do título de bacharel.
Orientadora: Prof. Maria de Fátima Ribeiro Raia,
Dr. Eng.
CURITIBA
2011
1.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .................................................................................................... 3
1.1
1.1.1
TEMA ............................................................................................................... 4
Delimitação do Tema .................................................................................... 4
1.2
PROBLEMA E PREMISSAS ............................................................................ 4
1.3
OBJETIVOS ..................................................................................................... 5
1.3.1
Objetivo Geral ............................................................................................... 5
1.3.2
Objetivos Específicos .................................................................................... 6
1.4
JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 6
1.5
PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ......................................................... 7
1.6
ESTRUTURA DO TRABALHO ......................................................................... 8
1.7
CRONOGRAMA ............................................................................................. 10
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 11
3
1. INTRODUÇÃO
Atualmente, há uma necessidade crescente de energia elétrica, tanto nos
ramos industriais quanto residenciais (CHRISTOFOLI, 2011). Com esse crescimento
desenfreado na demanda por energia, é inevitável que profissionais e competentes
técnicos repensem sobre os padrões que vem sendo adotados mundialmente, tanto
na geração, quanto na transmissão e distribuição da energia elétrica.
No Brasil, temos o privilégio de utilizar a energia a partir dos declives dos
rios: as chamadas usinas hidrelétricas, que representam 75% da atual capacidade
instalada (CHRISTOFOLI, 2011). Entretanto, é do conhecimento de todos as
complicações advindas da construção de uma usina hidrelétrica, o transtorno gerado
para a população local, para os animais e o ecossistema dos rios como um todo.
Sem falar que uma hora esse sistema atingirá um esgotamento. Conforme Bruno de
Andrade, em seu artigo no Jornal da Energia: “Nesse contexto, o Brasil enfrentou
uma questão fundamental: a necessidade de expansão da capacidade instalada de
energia de 5 GW ao ano (equivalente a construção de uma usina hidrelétrica de Belo
Monte a cada dois anos), permitindo assim o crescimento do seu PIB anualmente a
uma média de 5%”. Não se pode deixar de citar os Estados Unidos, que ainda utiliza
o petróleo como matéria-prima principal para geração de energia (CNI, 2007).
É preciso inovar. Não só repensar a forma de gerar energia, mas também a
sua distribuição. De que forma os painéis fotovoltaicos reduziriam os impactos no
sistema elétrico brasileiro? Hoje já se fala nas tecnologias “Grid On” e “Smart Grid”.
Esses são os sistemas em que painéis fotovoltaicos interligados á rede convertem a
energia solar em energia elétrica, tornando-a disponível para o consumo. Dessa
forma, aumenta-se a eficiência energética, uma vez que a geração está próxima ao
local de consumo. Caracteriza-se, assim, a chamada geração distribuída (INEE,
2011), em que a energia solar armazenada em baterias poderá suprir a demanda
por energia elétrica na instalação. Essa microgeração já é considerada viável e
possuirá normatização própria, para sistemas de até 10kVA, monofásicos e
polifásicos ( BEZUTTI, 2011). Tal tecnologia implicará na redução da demanda por
energia elétrica no local, reduzindo assim a fatura de energia do consumidor. Outra
tecnologia promissora é o LED, que gera a mesma intensidade luminosa de uma
lâmpada fluorescente ou incandescente, para um menor consumo de potência
4
(INOVAÇÃO TECNOLÓGICA, 2009). Por isso, novas tecnologias vêm sendo
desenvolvidas sobre a perspectiva da eficiência energética, que segundo Santos, “é
quando se consegue realizar um serviço e / ou produzir um bem com uma
quantidade de energia inferior a que era usualmente consumida” (2001). Este
trabalho irá estudar estas novas tecnologias implantadas no Escritório Verde (EV) da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), campus Curitiba.
1.1 TEMA
Eficiência energética de uma instalação elétrica.
1.1.1 Delimitação do Tema
Este estudo da eficiência energética será realizado nas instalações elétricas
do EV, que se encontra nas dependências da UTFPR, que é planejado para ser uma
construção eco sustentável.
1.2 PROBLEMA E PREMISSAS
“O Escritório Verde é um órgão da Universidade Tecnológica Federal do
Paraná UTFPR que tem a aprovação do Gabinete da Diretoria do Campus Curitiba
para desenvolver a política de sustentabilidade do campus, unindo pesquisadores,
professores, estudantes e pessoal administrativo” (ESCRITÓRIO VERDE ONLINE,
2011). Os projetos implantados no EV no que diz respeito à eficiência energética
ainda são desconhecidos, do ponto de vista prático. Inclusive pelo fato da obra estar
em andamento, o que se têm até o momento é um conjunto de metas entre as quais
apenas uma parcela já foi atingida. A função desse trabalho está, principalmente, em
efetuar as medições necessárias que ainda não existem, a partir de um estudo
5
detalhado das novas tecnologias aplicadas. Dessa forma, o trabalho poderá inferir
sobre a eficiência energética do edifício, alem de apresentar as inovações propostas
pelo projeto.
A etapa de medições no EV está condicionada ao final da obra, que está
previsto para outubro de 2011 e acredita-se que até o final de toda a instalação
elétrica estará completa, incluindo a fonte auxiliar de energia do local, que serão os
painéis fotovoltaicos.
Os medidores de energia já instalados permitirão conhecer o consumo de
energia total da instalação. O fornecimento de energia será proveniente, em parte,
dos painéis fotovoltaicos, caso haja insuficiência de energia, a energia da COPEL
suprirá a demanda necessária da instalação.
A construção e implantação das tecnologias no EV exigem um investimento
financeiro acima do padrão do mercado, o que não torna sua aplicação atrativa o
bastante para ser implantada em larga escala. Porém, a partir de uma
conscientização em massa para o uso de novas tecnologias, as empresas poderão
perceber um mercado em potencial para produtos mais inteligentes e modernos, o
que acarretaria em uma modificação significativa das formas de tratar a energia
atualmente. A tendência atual é de iniciação a métodos mais eficazes, analisando o
incentivo de recursos financeiros e materiais para o projeto, por empresas parceiras,
que utilizam projetos similares para testes e apresentação de suas inovações.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo Geral
Estudar a eficiência energética da instalação elétrica do EV.
6
1.3.2 Objetivos Específicos
Estudar
o
referencial
teórico
a
respeito
de
eficiência
energética,
desenvolvimento sustentável, leis governamentais da eficiência energética,
energia solar, iluminação a base de LEDS, características de “Smart Grids” e
“Grid On”, características de arquiteturas bioclimáticas, entre outros;
buscar um breve histórico acerca do projeto do Escritório Verde;
efetuar um levantamento da carga elétrica instalada no Escritório;
traçar a curva de carga do EV ao longo de um dia, calcular fator de potência,
fator de carga e parâmetros luminotécnicos.
efetuar um levantamento de fontes energéticas utilizadas no edifício;
estudar o fornecimento de energia através dos painéis fotovoltaicos, bem
como a forma de acumulação da energia por baterias, caracterizando um
sistema de geração distribuída;
relacionar o conceito e as características de uma arquitetura bioclimática e o
projeto do EV, sobre o enfoque da eficiência energética;
aferir os equipamentos utilizados no projeto tendo como enfoque a eficiência
energética.
1.4 JUSTIFICATIVA
Não há exemplo de geração distribuída em Curitiba que utilize painéis
fotovoltaicos. O estudo de projetos como o EV servirá de exemplo perante
autoridades competentes do ramo de geração de energia, apresentando o
funcionamento desse processo e suas vantagens. O EV também é pioneiro no
Estado do Paraná e deverá ser enquadrado no processo de certificação de
construção sustentável AQUA (Alta Qualidade Ambiental), da Fundação Vanzolini,
da USP de São Paulo (UTFPR, 2011). Estudar a eficiência energética do EV é uma
forma de divulgar para o mercado do Paraná, tanto consumidores quanto
empresários, a necessidade de se repensar as formas de utilização da energia. O
7
emprego de novas tecnologias, que representem um compromisso ambiental mais
satisfatório, é o que se pretende para garantir uma qualidade de vida maior às
pessoas, e isso é resultado direto da forma como o ser humano trata o meio
ambiente.
Essa avaliação do EV, do ponto de vista energético, ampliará as
oportunidades de inserção no mercado dessas inovações tecnológicas. Esse pode
ser o início de novos projetos, a nível residencial e até industrial, que poderão
promover uma mudança no perfil de Curitiba, com relação à emissão de carbono,
consumo e geração de energia, visando atingindo um patamar de sustentabilidade
maior.
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Fazer um levantamento bibliográfico é uma etapa importante para a
pesquisa. Serão listados livros, monografias, artigos, reportagens, revistas além de
sites referentes ao tema de pesquisa, a saber: eficiência energética e suas leis
governamentais, tecnologia LED, geração fotovoltaica, geração distribuída “Grid On”
e “Smart Grid”, baterias para acumulador de energia gerada, inversores, sistema de
aquecimento solar termodinâmico, características de uma estrutura bioclimática,
entre outros. Esse material será necessário para uma visão global do tema
pesquisado, além da necessidade desse referencial teórico para elaboração de
raciocínios sistêmicos e conclusões, fundamentais antes, durante e após as
medições. Uma apresentação sobre o EV será feita com a intenção de situar o leitor
sobre esse projeto da UTFPR, seus principais colaboradores, os objetivos, enfim,
orientar o motivo determinante na delimitação do tema.
Partir-se-á para um levantamento da carga elétrica instalada. Aferidos esses
valores será possível levantar a curva de carga do EV ao longo de um dia. Essa
medição será feita utilizando o gerenciador de energia, um equipamento disponível
para medição, pertencente ao DAELT, Departamento Acadêmico de Eletrotécnica,
da Universidade. Outros parâmetros serão calculados, como o fator de potência dos
equipamentos, o fator de carga da instalação, além de parâmetros referentes à
iluminação utilizando lâmpadas LED. Para efetuar as medições relacionadas à
8
iluminação serão utilizados equipamentos como luxímetro e wattímetro. Algumas
comparações serão feitas, a partir de medições efetuadas no EV e dados do
fabricante, entre as lâmpadas convencionais (incandescente, fluorescente, etc.) e
lâmpadas a LED, como o nível de intensidade luminosa produzida por unidade de
potência.
Com o levantamento realizado serão apuradas as fontes energéticas
auxiliares que integram o projeto. É importante estudar o sistema de geração
distribuída instalado no EV, desde a captação da energia solar pelos painéis
fotovoltaicos, a sua inversão de corrente contínua (CC) para corrente alternada (CA),
até a acumulação dessa energia por meios de baterias. Têm-se a intenção de
conhecer a autonomia de fornecimento de energia, o quanto poderá ser fornecido à
rede da COPEL, em caso de excedentes, além da economia na fatura de energia do
consumidor. Para obter-se tal conhecimento serão estudadas as medições, a partir
dos três medidores de energia que constam no EV, sendo um para monitorar o
quanto é gerado a partir dos painéis fotovoltaicos, outro para monitorar a demanda
de energia no local e um último para o excedente ou falta de energia devido ao
descompasso entre geração fotovoltaica e consumo no edifício. Inclui-se nesse
estudo, a observação dos gastos relatados na fatura de energia da COPEL.
A partir do trabalho de pesquisa efetuado, será estudado o conceito e às
características de um projeto de arquitetura bioclimática, como isolamento térmico e
acústico, iluminação e ventilação natural, entre outros. A seguir, os equipamentos
apresentados serão aferidos , tendo como enfoque principal a eficiência energética.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
Capítulo 1 – Introdução com apresentação e delimitação do tema, problemas e
premissas, objetivos principais, justificativa, metodologia, além de cronograma e
referências.
Capítulo 2 – Referencial teórico relacionado ao tema, destacando-se: eficiência
energética, geração distribuída, desenvolvimento sustentável, entre outros.
Capítulo 3 – Apresentação do Escritório Verde, com breve histórico, além dos
métodos a serem implantados.
9
Capítulo 4 – Levantamentos da carga elétrica e fontes de energia do EV.
Capítulo 5 – Estudo do fornecimento de energia através dos painéis
fotovoltaicos.
Capítulo 6 – O projeto do EV e a arquitetura bioclimática.
Capítulo 7 – Medições, gráficos e cálculos.
Capítulo 8 – Conclusão.
Referências.
10
1.7 CRONOGRAMA
Atividades
Fev
Pesquisa de
X
Mar
Abr
Mai
X
X
Jun
Jul
Ago
X
X
X
X
Set
Out
Nov
bibliografia
técnica
Estudo da
X
bibliografia
listada
Escrita do
desenvolvimento
teórico
Defesa parcial
X
da monografia –
TCC1
Levantamento
X
de carga e de
fontes de
energia
Medições,
X
ensaios e
gráficos
Resultados e
X
conclusões
Defesa do
projeto de TCC
X
11
REFERÊNCIAS
MARTINS, Rosilda. Metodologia Científica: Como tornar mais agradável a
elaboração de trabalhos acadêmicos. Curitiba: Editora Juruá, 2006.
Santos, Afonso H. Moreira. Conservação de Energia: Eficiência Energética de
Instalações e Equipamentos. Itajubá: Editora EFEI, 2001.
CHRISTOFOLI, Bruno de Andrade. Superação das barreiras ambientais à
expansão das energias alternativas limpas. São Paulo: Jornal da energia, 2011.
Disponível em: <http://www.jornaldaenergia.com.br/artigo_ler.php?id_artigo=47>.
Acesso em: 25 set. 2011.
CNI Confederação Nacional da Indústria. Matriz Energética: cenários,
oportunidades e desafios. Brasília, 2007. Disponível em:
<http://www.cni.org.br/portal/data/files/8A9015D015A0F71F0115AE4B9A37466D/Ma
triz%20Energ%C3%A9tica.pdf>. Acesso em: 26 set.2011.
Sobre GD e Cogeração. INEE: Instituto Nacional de Eficiência Energética. Rio de
Janeiro. Disponível em:
<http://www.inee.org.br/forum_sobre_gd_cg.asp?Cat=forum>.
Acesso
em:
26
set.2011.
BEZUTTI, Natália. Inversores solares terão normatização; Aneel já vê
microgeração como viável. São Paulo: Jornal da energia, 2011. Disponível em:
<http://www.jornaldaenergia.com.br/ler_noticia.php?id_noticia=7727&id_secao=2&tit
ulo_info=Aneel%20v%26ecirc%3B%20microgera%26ccedil%3B%26atilde%3Bo%20
solar%20vi%26aacute%3Bvel> . Acesso em: 19 set. 2011.
LEDs orgânicos superam eficiência das lâmpadas fluorescentes. Redação do Site
Inovação Tecnológica. Disponível em:
12
<http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=leds-organicossuperam-eficiencia-das-lampadas-fluorescentes&id=010115090526>. Acesso em: 26
set.2011.
ESCRITÓRIO VERDE ONLINE. Disponível em:
< http://www.escritorioverdeonline.com.br/ > . Acesso em: 25 set. 2011.
UTFPR. Disponível em:
< http://www.utfpr.edu.br/estrutura-universitaria/diretorias-degestao/dircom/noticias/noticias/escritorio-verde-sustentavel-e-construido-no-campuscuritiba> . Acesso em: 25 set. 2011.
Gazeta do povo. Disponível em:
< http://www.gazetadopovo.com.br/imobiliario/conteudo.phtml?id=1103916> .
Acesso em: 25 set. 2011.