XXIV Encontro Nac. de Eng. de Produção - Florianópolis, SC, Brasil, 03 a 05 de nov de 2004
Avaliação da eficiência energética do sistema de iluminação artificial
de um ambiente de trabalho – estudo de caso
Mariana Fialho Bonates (UFPB) [email protected]
Elisa Lobo de Brito (UFPB) [email protected]
Luiz Bueno da Silva (UFPB) [email protected]
Resumo
Este trabalho verificou em termos quantitativos a eficiência energética do sistema de
iluminação artificial pertencente à sala de atendimento de uma empresa imobiliária,
localizada na cidade de João Pessoa. Para a execução desta pesquisa foram realizadas uma
pesquisa referencial teórica, uma pesquisa de campo, a fim de caracterizar o ambiente de
estudo; e o cálculo da eficiência energética das luminárias e do nível de iluminação nos
postos de trabalho, concluindo que o sistema de iluminação artificial era ineficiente, pois
apresentava valores inferiores aos recomendados pela NBR 5413/1991.
Palavras-chave: Sistema de iluminação artificial, Eficiência energética, Conforto lumínico
1. Introdução
Nos últimos tempos, a população em geral vem acompanhando a exaustão das reservas
naturais para a maior obtenção de energia elétrica, ocasionando problemas, em nível mundial,
como a crise do petróleo ocorrida na década de 70 e, em nível nacional, como a problemática
relativa ao “apagão” em 2001.
Segundo Silva (1992) tais problemas são frutos dos excessos tecnológicos juntamente com as
altas densidades demográficas das grandes cidades, que têm levado as sociedades modernas a
uma utilização desmedida dos recursos naturais, especialmente dos recursos energéticos.
Em face desta conjuntura, nos últimos dezoito anos, o consumo total de energia quase
triplicou, dos quais 19% são usados em edifícios comerciais e públicos (LAMBERTS, 1997),
sendo a iluminação responsável por cerca de 17% do total da eletricidade utilizada no país
(COSTA, 2000).
Entretanto, atualmente, o processo de globalização e a instauração de uma economia
altamente competitiva vêm exigindo das empresas eficiência em todos os sentidos, seja nas
suas atividades, seja no consumo de energia elétrica.
Sendo assim, a arquitetura contemporânea deve levar em consideração tanto a questão do
conforto ambiental interno quanto da eficiência energética, contribuindo, conseqüentemente,
para a melhoria da qualidade das edificações, bem como do meio ambiente.
Segundo Lamberts (1997 p. 14), “a eficiência energética pode ser entendida como a obtenção
de um serviço com baixo dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente
energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor
consumo de energia”.
Em iluminação, a eficiência energética não está relacionada apenas com a redução do
consumo de energia, mas também com a obtenção de um sistema eficiente do ponto de vista
quantitativo e qualitativo, devendo incluir um bom projeto e equipamentos de qualidade
empregados de uma maneira efetiva.
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Em virtude do exposto, este artigo verificou a eficiência energética de um sistema de
iluminação artificial de uma sala de atendimento, localizada em uma empresa imobiliária da
cidade de João Pessoa.
2. Procedimentos de pesquisa
O artigo foi desenvolvido considerando-se as seguintes etapas:
2.1 Pesquisa referencial teórica e documental
Esta parte consistiu em uma revisão bibliográfica, através de livros, artigos, dissertações e
teses, como também de diversos catálogos de lâmpadas e luminárias, com a finalidade de se
obter o embasamento teórico necessário para a compreensão e produção do trabalho.
2.2 Caracterização do objeto de estudo
Baseando-se nos critérios estabelecidos pela Eletrobrás (2002), levantou-se os seguintes
dados:
− Características do ambiente, observando principalmente as refletâncias e a contribuição da
luz natural;
− Componentes do sistema e da instalação elétrica, verificando as características das
lâmpadas, luminárias e reatores;
− Forma e horário de funcionamento do ambiente analisado;
− Nível de iluminamento nos planos de trabalho;
− Faixa etária das pessoas no posto de trabalho;
2.3 Avaliação da eficiência do sistema de iluminação artificial no objeto de estudo
Esta análise abordou o cálculo da eficiência luminosa de um conjunto de luminárias
pertencentes ao sistema de iluminação artificial do objeto de estudo
O sistema de iluminação artificial da sala de atendimento é formado por várias luminárias,
entretanto, para este estudo, analisou-se apenas as luminárias de embutir, com capacidade
para lâmpadas fluorescentes compactas. Assim, excluiu-se o teto luminoso, em função da
dificuldade em projetar a sua curva de distribuição luminosa; e as luminárias da iluminação
direcional, que estão voltadas para os quadros expostos na parede.
Devido ao desconhecimento dos fabricantes das luminárias presentes no local, adotou-se um
conjunto lâmpada-luminária semelhante aos modelos da sala de atendimento, que
funcionaram como parâmetro.
De acordo com esse parâmetro, calculou-se a eficiência luminosa através da equação: η = φ/P
(01),
onde:
η = eficiência energética, cuja unidade é o lúmen/watt (lm/W);
φ = fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen (lm);
P = potência, cuja unidade é o watt (W).
Foi calculado também o nível de iluminação (E) nos postos de trabalho, a fim de verificar a
quantidade de luz que chega no campo de trabalho, produzida pelas luminárias.
Para isso, primeiramente foi preciso verificar qual o ângulo de incidência do fluxo luminoso
no campo de trabalho. Uma vez descoberto este ângulo, verificou-se a intensidade
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correspondente (I’), que é a intercessão entre a linha relativa ao ângulo em questão e a curva
de distribuição luminosa transversal da luminária, ambas expressas na curva de distribuição
luminosa da mesma, que está ilustrada na figura 01:
Fonte: LUMICENTER, 2000
Figura 01: Curva de distribuição luminosa (CDL) da luminária denominada REM
A intensidade encontrada na curva de distribuição luminosa (CDL) refere-se a 1000lm.
Entretanto este valor foi corrigido para a realidade da luminária através da equação: I =
I’/1000 x φ (02),
onde:
I = intensidade luminosa, cuja unidade é a candela (cd);
I’ = intensidade luminosa encontrada na CDL, cuja unidade é a candela (cd);
φ = fluxo luminoso da lâmpada, cuja unidade é o lúmen (lm)
A partir do valor encontrado de I, calculou-se a iluminância nos postos de trabalho através das
equações abaixo:
− Quando a incidência da luz foi perpendicular ao plano de trabalho, utilizou-se a equação: E
= I90°/d² (03);
− Em contrapartida, quando a incidência da luz não foi perpendicular ao plano de trabalho,
utilizou-se a equação E = Ix°/d². cos³x (04)
onde:
E = iluminância no posto de trabalho, cuja unidade é o lux (lx);
I = intensidade luminosa, cuja unidade é a candela (cd);
d = distância entre a fonte de luz e o objeto a ser iluminado, cuja unidade é o metro (m).
Assim, com os valores obtidos através destes cálculos foi possível analisar a eficiência
energética do sistema de iluminação artificial através da relação entre a eficiência energética
do conjunto lâmpada-luminária e a quantidade de luz que alcança os campos de trabalho.
3. Caracterização do objeto de estudo
A sala de atendimento, que se situa em um pavimento térreo elevado, apresenta forma
retangular, cujas dimensões equivalem, aproximadamente, a 7,58 x 11,85 m, conforme planta
baixa apresentada na figura 02:
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3B
P01
P02
3A
P03
P04
3A
P05
P06
2C
1C
2B
2B
1B
2A
2A
1A
P11
P10
P12
P07
P09
P08
Figura 02: Planta baixa da sala de atendimento
Em relação ao pé-direito, este é variável, pois acompanha a inclinação do telhado, onde o
ponto mais alto corresponde a 4,35m, enquanto o mais baixo é igual a 2,36m.
Esta sala é revestida com materiais de cores claras como paredes de tinta à água na cor branca
(coeficiente de reflexão, ρ = 70%); teto de gesso na cor branca (ρ = 85%); piso na cor branco
neve (ρ = 80%) e os móveis revestidos por madeira clara (ρ = 45%). Além disso, esses
revestimentos apresentam bom estado de conservação, colaborando com a refletância do
ambiente.
3.1. Características do sistema de iluminação
O ambiente apresenta iluminação natural, artificial e, conseqüentemente, mista. Contudo,
usualmente, durante a maior parte da jornada de trabalho (das 8:00 às 16:00), utiliza-se a
iluminação natural.
A iluminação natural é lateral no turno da manhã, caracterizando uma iluminação com
bastante contraste e presença de ofuscamento devido à insolação direta. Em contrapartida, no
turno da tarde, a iluminação natural é bilateral, em virtude da posição do Sol, na direção
oposta à sala de atendimento, caracterizando-se principalmente por uma maior uniformidade
nos níveis de iluminação.
Quanto à iluminação artificial, esta apresenta três tipos de sistema de iluminação: geral,
localizada e direcional, como pode ser observado na figura 02. Esses sistemas estão divididos
em oito circuitos elétricos independentes, que permitem maior liberdade de controle das
condições lumínicas do espaço, pois acionam estritamente o sistema necessário.
O sistema de iluminação geral, cuja função é iluminar todo o ambiente, é formado por três
circuitos independentes (2A, 2B e 1B). Estes circuitos são dotados de luminárias com sistema
anti-ofuscamento caracterizadas pela iluminação direta e com capacidade para lâmpadas
fluorescentes compactas.
O sistema de iluminação localizada, que ilumina os postos P01 ao P09 é formado pelos
circuitos 2C, 1A e 1C. Os circuitos 1A e 1C apresentam as mesmas características que as
luminárias pertencentes aos circuitos 2A, 2B e 1B. Já o circuito 2C consiste em um teto
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luminoso com oito módulos de 0,80 x 0,80m, onde cada um é revestido com vidro jateado e
possui quatro lâmpadas ao longo das suas laterais. Este tipo de iluminação é indireto, logo
proporciona uma iluminação difusa, ausente de ofuscamento.
Por fim, o sistema de iluminação direcional, responsável em iluminar os quadros dos imóveis
expostos na parede, é formado por dois circuitos também independentes, 3A e 3B;
Além disso, os níveis médios de iluminação artificial são iguais a 80,83 lx e 85,55 lx para os
dias coletados, 03 e 10/04/03, respectivamente. Contudo, segundo a NBR 5413/1991, para a
atividade realizada neste ambiente, consultoria de imóveis em monitores de computadores, o
nível de iluminação adequado deve ser igual a 300lx para os terminais de vídeo.
3.2. Características dos usuários
A imobiliária possui um total de 12 corretores fixos, que apresentam turnos rotativos em
função do plantão in loco. Estes funcionários estão distribuídos eqüitativamente nos dois
sexos, masculino e feminino e com faixa etária variando entre 20 e 56 anos, de acordo com a
tabela 01:
Idade
N° e % dos usuários
<40
9 = 75%
40 - 55
2 = 16,7%
40 - 55
1 = 8,3%
Tabela 01: Relação entre o número de funcionários e as suas faixas etárias
4. Resultados
Os resultados estão divididos em dois grupos, conforme os dois modelos das luminárias
apresentados:
4.1. Luminária REM
A luminária da figura 03, que representa as luminárias pertencentes aos circuitos 2A e 2B, é
denominada REM, do fabricante Lumini.
Figura 03: Conjunto lâmpada-luminária REM
Dentre as características luminotécnicas do conjunto lâmpada-luminária da REM, as
apresentadas na tabela 02 são essenciais para avaliar a sua eficiência energética:
Modelos
Potências declaradas (P)
Fluxo luminoso (φ)
REM 209
2 x 09 W
1200 lm
REM 218
2 x 18 W
2400 lm
REM 226
2 x 26 W
3600 lm
Tabela 02: Características luminotécnicas da REM
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A partir dos dados da tabela 02, calculou-se a eficiência energética de cada modelo, através da
equação (01), que possibilitou a realização de análises comparativas entre os três modelos de
lâmpadas, conforme a tabela 03:
Modelos
Eficiência energética (η)
REM 209
66,66 lm/W
REM 218
66,66 lm/W
REM 226
69,23 lm/W
Tabela 03: Eficiência energética da luminária REM
Posteriormente foram calculadas as iluminâncias produzidas pelas luminárias nos postos de
trabalho, isto é, o nível de iluminação que alcança o campo de trabalho.
Assim, a partir da planta baixa da sala de atendimento (figura 02) e de um corte esquemático,
constatou-se que o sistema 2A ilumina os postos de trabalho P10, P11 e P12 a um ângulo de
13° e a uma distância de aproximadamente 3.00m entre a fonte de luz e o plano de trabalho.
Já o sistema 2B ilumina concomitantemente os postos P01, P02, P03, P04 e P05 a um ângulo
de 40°; e os postos P10, P11 e P12 a um ângulo de 46°, ambos a uma distância aproximada de
2,30m.
Com os ângulos correspondentes e a curva de distribuição luminosa da REM (figura 01),
calculou-se através da equação (04) as iluminâncias produzidas pelas luminárias pertencentes
aos circuitos 2A e 2B, como pode ser verificado na tabela 04 e 05:
Modelos
Iluminância (E)
Modelos
Iluminância (E)
REM 209
16,94 lx
REM 209
12,35 lx
REM 218
33,89 lx
REM 218
24,71 lx
REM 226
50,84 lx
REM 226
37,07 lx
Tabela 04: Iluminância produzida pela luminária
2A e 2B nos postos de trabalho P10, P11 e P12.
Tabela 05: Iluminância produzida pela luminária
2B nos postos de trabalho P01, P02, P03, P04 e P05.
4.2. Luminária REP
A luminária da figura 04, que representa as luminárias pertencentes aos circuitos 1A, 1B e 1C,
é denominada REP, do fabricante Lumini.
Figura 04: Conjunto lâmpada-luminária REP
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Dentre as características luminotécnicas do conjunto lâmpada-luminária da REP, as
apresentadas na tabela 06 são essenciais para avaliar a sua eficiência energética:
Modelos
Potências declaradas (P)
Fluxo luminoso (φ)
REP 109
09 W
600 lm
REP 118
18 W
1200 lm
REP 126
26 W
1800 lm
Tabela 06: Características luminotécnicas da REP
A partir dos dados da tabela 06, calculou-se a eficiência energética de cada modelo, através da
equação (01), constatando-se para as mesmas potências os mesmos valores de eficiência
energética da luminária REM, como pode ser verificado na tabela 07:
Modelos
Eficiência energética (η)
REP 109
66,66 lm/W
REP 118
66,66 lm/W
REP 126
69,23 lm/W
Tabela 07: Eficiência energética da luminária REP
Da mesma forma que se calculou a iluminância que a luminária REM produz nos postos de
trabalho, procedeu-se igualmente com a luminária REP e os respectivos postos de trabalho
que esta ilumina, P06, P07, P08 e P09.
Constatou-se que os sistemas 1A e 1C iluminam os postos de trabalho P08, P09 e P06, P07,
respectivamente, a um ângulo igual a 90° e a uma distância de aproximadamente 1,56m.
O sistema 1B, por sua vez, ilumina os postos P06, P07, P08 e P09 concomitantemente,
entretanto a ângulos diferentes. Para os postos P06 e P07 o ângulo é igual a 55°, enquanto
para os postos P08 e P09 o ângulo equivale a 54°, mas ambos iluminados a uma distância de
1,56m.
Com os ângulos correspondentes e a curva de distribuição luminosa da REP (figura 05),
calculou-se com as equações (03) e (04) as iluminâncias produzidas pelas luminárias
pertencentes aos circuitos 1A, 1B e 1C, como pode ser verificado na tabela 08 e 09:
Fonte: LUMICENTER
Figura 05: Curva de distribuição luminosa da REP
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Modelos
Iluminância (E)
Modelos
Iluminância (E)
REP 109
46,92 lx
REP 109
47,10 lx
REP 118
93,84 lx
REP 118
94,20 lx
REP 126
140,76 lx
REP 126
141,29 lx
Tabela 08: Iluminância produzida pela luminária
1A e 1B nos postos de trabalho P08 e P09.
Tabela 09: Iluminância produzida pela luminária
1B e 1C nos postos de trabalho P06 e P07
5. CONCLUSÃO
A partir dos resultados ratificou-se que o sistema de iluminação artificial da sala em estudo é
ineficiente para as três potências estudadas, pois apresentava valores muito abaixo daqueles
recomendados pela NBR 5413/1991 refletindo, conseqüentemente no conforto lumínico do
ambiente.
Constatou-se também que os valores de eficiência energética de ambas as luminárias, REM e
REP, eram satisfatórios, especialmente a de 26W que produzia mais lúmens por watts sendo,
portanto, mais econômica. Contudo, estes valores “satisfatórios” apresentavam contradições, a
exemplo das luminárias com potência de 09 e 18 W da REM e REP que apresentavam mesma
eficiência, apesar das luminárias de potência iguais a 18 W iluminarem mais os campos de
trabalho, sendo, portanto mais eficientes.
Em virtude disso, conclui-se que não basta confiar na eficiência energética estabelecida pelos
catálogos de lâmpadas e luminárias, tornando necessário a realização de todos estes cálculos a
fim de comprovar a eficiência energética das mesmas.
Enfim, vale salientar também que a distância entre as luminárias e o campo de trabalho é um
fator fundamental para o melhor aproveitamento do fluxo luminoso emitido pela lâmpada.
Neste estudo de caso, ratificou-se que apesar das luminárias REP emitirem um menor fluxo
luminoso, uma vez que se trata de apenas uma lâmpada fluorescente compacta por luminária,
estas iluminavam mais os campos de trabalho que as luminárias REM, em função da menor
distância que apresentavam das fontes de luz. Assim, apresentavam maior eficiência que a
REM.
6. REFERÊNCIAS
(ABNT) Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5413 – Iluminância de interiores. Maio, 1991.
COSTA, Gilberto José Corrêa da. Iluminação econômica: cálculo e avaliação / Gilberto José Corrêa da Costa. –
2. Ed. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2000. 503p.
ELETROBÁS, PROCEL – Programa nacional de conservação de energia elétrica. Manual de iluminação
eficiente. 1a. ed. Jul 2002.
LAMBERTS, Roberto, et.al. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: PW, 1997. 192p.
LUMICENTER. Catálogo da Lumicenter. 2000. Catálogo
SILVA, Francisco de Assis Gonçalves da. Conforto Ambiental; iluminação de interiores. João Pessoa: A União,
1992. 96p.
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