Investigação e Desenvolvimento
Título: Lâmpadas LED vs Lâmpadas Normais. Caso de estudo (trabalho de investigação
realizado no âmbito da disciplina de proteção ambiental)
Autor: SAj António Coelho (Curso de Promoção a Sargento-Chefe de 2014)
A troca de lâmpadas florescentes, incandescentes entre outras, por lâmpadas de Light
Emitting Diode (LED), pode aumentar a eficiência energética, tendo como resultado
uma redução da potência instalada, e do consumo de eletricidade.
A lâmpada LED possui diversas vantagens em relação às suas homólogas, é 100%
reciclável, não possui material nocivo ao meio ambiente na sua composição, possui
uma longa vida útil, tem baixo custo de manutenção, dura até 25 vezes mais que as
lâmpadas incandescentes e 5 vezes mais que lâmpadas fluorescentes compactas.
Este trabalho apresenta um estudo da substituição de lâmpadas ditas normais por um
sistema padrão de iluminação LED, sem qualquer alteração na instalação elétrica,
realçando os aspetos técnicos tais como eficiência energética, redução de consumo,
qualidade de energia e custo benefício.
1. Introdução
Os Díodos Emissores de Luz (LED - Light Emitting Diode) surgiram no início dos anos 60,
os LED são dispositivos semicondutores que têm como princípio de funcionamento a
eletroluminescência, emitindo luz através da combinação de eletrões e lacunas num
material sólido (Sá, Junior, 2007). Possuem a característica de emitir luz numa faixa
específica do espectro visível, principalmente nas cores azul, verde, vermelho e branco
e as suas combinações. Também são encontrados LED a operar na faixa do ultravioleta
e infravermelho (Dias, Rangel e Coelho, Carlos).
A iluminação LED pode ser descrita como a terceira fase do estágio evolutivo da
lâmpada elétrica, o primeiro, representado pela lâmpada incandescente, pouco mudou
nos últimos 128 anos, o mesmo filamento incandescente continua ser utilizado nos
dias de hoje, a segunda fase iniciada nos anos 30, é a do uso das lâmpadas
fluorescentes. Elas geram luz a partir de uma mistura de gases num tubo revestido de
fósforo (Cervi et al.,2005). São mais económicas e substituíram as incandescentes em
vários ambientes. A terceira fase são as lâmpadas LED, que são fabricadas com
material semicondutor, quando percorrido por uma corrente elétrica emite luz, é uma
peça menor, que consome menos energia e tem uma durabilidade maior.
Com a substituição por LED seria possível economizar 40% no consumo de energia,
além da troca ser fácil e rápida, com retorno do investimento alcançado em um
período de apenas 12 a 18 meses (Dias, Rangel e Coelho, Carlos).
2. O Projeto de iluminação a LED
Com o objetivo de aplicar e demostrar as vantagens da tecnologia LED em iluminação
utilizadas em projetos de instalações elétricas, foi utilizado um exemplo demonstrativo
da hipotética substituição de 71 Lâmpadas de Halogénio de 50W no Auditório da
Escola de Sargentos do Exército (ESE)
3. Eficiência Luminosa
Podemos dizer que eficiência de uma fonte luminosa é o quociente entre o fluxo
luminoso emitido em lumens pela potência consumida em watts (Silva Junior, 2005),
conforme a equação (1).
(1)
Figura 1 (Adaptado de Grandezas luminosas)
Projeto 1: Cálculo da eficiência energética utilizando lâmpadas de halogéneo OSRAM
HALOPAR® 16ALU (OSRAM 2013/2014) com fluxo luminoso de 350 lumens e com
potência elétrica de 50 watts (Preço de mercado 2,50 €, cada).
(2)
Projeto 2: Calculo da eficiência energética do projeto demostrativo, utilizando lâmpada
LED OSRAM PARATHON® advanced PRO PAR16 (OSRAM 2013/2014) com fluxo
luminoso de 390 lumens e com potência elétrica de 7,5 watts (Preço de mercado 17,00
€, cada).
(3)
De acordo com os resultados das equações (2) e (3) concluímos que a capacidade da
lâmpada LED em converter energia elétrica em luz é mais eficiente, tendo em conta a
quantidade de lumens do projeto 1 e do projeto 2, conforme ilustra o Gráfico 1
Indice de Eficiência
Luminosa (Lm/W)
Eficiência Luminosa
60
40
20
0
OSRAM HALOPAR® 16ALU
OSRAM PARATHON® advanced PRO
PAR16
Gráfico1 - Comparativo de eficiência energética entre as lâmpadas em estudo
4. Comparativo de consumo de energia
Considerando a título de exemplo um consumo de 4 horas por dia, 30 dias por mês e
12 meses por ano, obtemos um total de 14400 horas por ano.
O consumo total da potência do projeto 1 é a soma das potências individuais de cada
lâmpada, com um total de 3550 watts ou 3,55 quilowatts. Sabendo-se a potência total
do projeto e a quantidade total de horas por ano, podemos assim calcular o consumo
total de watts ou quilowatts por ano, conforme a equação (4).
(4)
Substituindo os dados na equação (4):
(5)
O consumo total da potência do projeto 2 é a soma das potências individuais de cada
lâmpada com um total de 532,5 watts ou 0.53 quilowatts. Sabendo-se a potência total
do projeto 2 e a quantidade total de horas por ano, podemos assim calcular o consumo
total de watts ou quilowatts por ano, conforme a equação (4).
Substituindo os dados na equação (4):
(6)
A diferença do consumo de potência por ano do projeto 1 para o projeto 2 é de 4349
quilowatts conforme ilustra o Gráfico 2.
1 Ano Comparativo de Consumo de Energia (KWh)
Projeto 1 - Lampada
de Halogénio 50 W
4349
5112
Projeto 2 - Lampada
LED 7,5 W
Diferença
763
Gráfico 2 – Comparativo de Consumo de Energia (KW)
5. Comparativo Financeiro
Sabendo a potência total do projeto 1 e do projeto 2 por ano e o valor da eletricidade
local de 0.06 €/KWh, podemos encontrar o valor a ser pago por ano em euros para
cada projeto e a sua diferença, conforme ilustra a Gráfico 3.
1 Ano Comparativo de Consumo de Energia em Euros (€)
Projeto 1 - Lampada
de Halogénio 50 W
267,451 €
314,388 €
46,937 €
Projeto 2 - Lampada
LED 7,5 W
Diferença
Gráfico 3 – Comparativo de Consumo de Energia em Euros
A diferença obtida por ano entre o projeto 1 e o projeto 2, demonstra que
financeiramente o projeto 2 tem uma eficácia superior.
Projetando para 5 anos a diferença financeira do projeto 1 para o projeto 2, teremos
um valor total em euros conforme ilustra o Gráfico 4.
Projeção para 5 Anos
Diferença de Gastos de Energia
(Euros)
1500
1000
500
0
Ano 1
Ano 2
Ano 3
Ano 4
Ano 5
Gráfico 4 – Projeção para 5 anos diferença de gastos de Energia
6. Retorno do Investimento
De acordo com a proposta inicialmente descrita, projetamos um período para o
retorno do investimento com a soma da economia de gastos com energia do projeto 2.
Chegamos à conclusão que num período de 5 anos teríamos esse retorno conforme
ilustra Gráfico 8
Retorno do investimento
(Euros)
1500
Ano 1
1000
Ano 2
Ano 3
500
Ano 4
0
Somatório da diferença de
Gastos
Projeto 2 Investimento
Inicial
Ano 5
Gráfico 5 – Projeção para retorno do investimento
7. Conclusão
Face ao aos valores apresentados, pode concluir-se que a tecnologia LED aplicada à
iluminação vai permitir aumentar consideravelmente a eficiência energética do
processo e a curto/médio prazo é amortizável, garantindo qualidade na iluminação e
menos despesa com a manutenção dos sistemas de iluminação pela sua durabilidade.
Referências:
Cervi, M. et al. (2005) “A semiconductor lighting system controlled through a LIN network to
automotive application”. In: Conference Records of Industry Applications Society Annual
Meeting, v.3, p. 1603-1608.
Dias, Rangel e Coelho, Carlos
http://www3.iesam-pa.edu.br/ojs/index.php/controle_auto/article/viewFile/954/638 em 18
de Novembro de 2014
OSRAM 2013/2014
http://www.bifase.com/fichs/pags/imgs/Lampadas-Led-Osram.pdf em 18 de Novembro de
2014
Grandezas Lumiosas
http://www.fau.usp.br/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0213/Material_de_A
poio/03_-_Ia._Conceito_Fundamentais_(grandezas_Luminosas).pdf em 18 de Novembro de
2014
Sá Junior, E.M ( 2007). “Design of an electronic driver for LEDs”. In: 9. Congresso Brasileiro de
Eletrônica de Potência, p.341–345.
Silva Junior, H. X. (2005) “Aplicação das metodologias de análise estatísticas e de análise do
custo do ciclo de vida (ACCV) para estabelecimento de padrões de eficiência energética”.
Dissertação (Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos), Faculdade de Engenharia
Mecânica, Universidade Estadual de Campinas.