Pró-Reitoria de Graduação
Curso de Engenharia Ambiental
Trabalho de Conclusão de Curso
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM O USO DE DIODO EMISSOR
DE LUZ – LED, NA ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL
Autor: Jeane Marques Pinheiro
Orientador: Gustavo Antonio Carneiro
Brasília - DF
2012
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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA COM O USO DE DIODO EMISSOR DE LUZ – LED,
NA ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL
Jeane Marques Pinheiro
[email protected]
Gustavo Antonio Carneiro (Professor Orientador)
[email protected]
Curso de Graduação em Engenharia Ambiental – Universidade Católica de Brasília
RESUMO
Nas últimas décadas, tem sido crescente o consumo doméstico de energia elétrica, sendo que
a grande maioria dos sistemas de iluminação residencial tem se mostrado ineficiente do ponto
de vista energético. A presente pesquisa objetivou analisar a eficiência energética em um
estudo de caso de uma residência unifamiliar com o uso de Diodo Emissor de Luz - LED.
Foram consideradas duas situações distintas: a primeira referente à situação real de consumo
da residência, estipulada como situação otimizada, baseada nas informações fornecidas pelos
moradores referentes aos seus hábitos de baixo consumo com a utilização de lâmpadas LED;
a segunda situação, denominada convencional, simulou o consumo na mesma residência com
o uso de Lâmpadas Fluorescentes Compactas - LFCs em todos os pontos de iluminação da
residência e com menor incidência de iluminação natural. A análise dos resultados mostrou
que o uso de lâmpadas LED proporciona uma economia monetária relativa, por se tratar de
uma tecnologia nova que ainda apresenta um alto custo de investimento, mas que tem grande
vida útil. Em relação à economia energética, o uso de lâmpadas LED representou uma
redução de 7,28% no consumo total de energia, praticamente metade da parcela média de
consumo em iluminação das atuais residências brasileiras, que gastam 14% do consumo
mensal apenas com essa finalidade. Em larga escala, isto representaria uma economia
considerável de energia para o país, que necessita urgentemente de esforços para ampliar sua
capacidade de distribuição.
Palavras-chave: Energia elétrica. Iluminação residencial. Eficiência energética. Diodo
emissor de luz - LED.
Artigo apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade
Católica de Brasília, como requisito para obtenção ao título de Bacharel em Engenharia
Ambiental. O artigo foi aprovado por: Gustavo Antonio Carneiro – Orientador e Robson
Donizeth Gonçalves da Costa – Examinador. Brasília, 28 de novembro de 2012.
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ABSTRACT
In recent decades the growth in electricity consumption has shown that residential lighting
systems are still inefficient in terms of energy. This study aimed to analyze the energy
efficiency in a case study of a single-family residence with the use of Light Emitting Diode LED. We considered two different situations: the first pertaining to the actual consumption of
the residence, stipulated as the optimized situation, based on information provided by the
residents regarding their consumption habits; the second, stipulated as the conventional
situation, assessed the situation after consumption estimates with the use of Compact
Fluorescent Lamps (CFLs) in all of the light sockets of the residence. The results showed that
the use of LED lamps provides relative monetary savings in a residence, because it is a new
technology that has a high investment cost, but lasts longer. In terms of energy savings, LED
bulbs represented a 7.28% reduction on overall energy consumption, nearly half of what is
considered the current standard for Brazilian households, that spend 14% of their monthly
consumption only on lighting. In a large scale this would represent considerable savings of
energy for the country, which urgently requires efforts to increase its distribution capacity.
Keywords: Electricity. Residential lighting. Energy efficiency. Light emitting diode - LED.
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1.
INTRODUÇÄO
A sociedade contemporânea é cada vez mais dependente do consumo de energia
elétrica. O uso residencial tem sido uma parcela impactante no aumento desse consumo,
obrigando a sociedade a considerar o uso de energia elétrica de forma racional.
Segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, (2008, p. 39)
O consumo de energia é um dos principais indicadores do desenvolvimento
econômico e do nível de qualidade de vida de qualquer sociedade. Ele reflete tanto o
ritmo de atividade dos setores industrial, comercial e de serviços, quanto a
capacidade da população para adquirir bens e serviços tecnologicamente mais
avançados, como automóveis [...], eletrodomésticos e eletroeletrônicos [...].
Os sistemas de iluminação residencial, em sua maior parte, são ainda ineficientes do
ponto de vista energético. Mesmo com o recente incremento de novas tecnologias, há muito a
investir.
1.1 Objetivo Geral
Diante dos fatos, o presente trabalho analisou uma alternativa para a economia no
consumo residencial de energia elétrica, que seja benéfica tanto para o consumidor final
quanto para o país, que precisa de esforços para ampliar sua capacidade de oferta e
distribuição. Assim, verificou-se a viabilidade no uso de novas tecnologias em iluminação
residencial.
1.2 Objetivos específicos
A presente pesquisa objetivou analisar a eficiência energética com o uso de Diodo
Emissor de Luz – LED, em um estudo de caso de uma residência unifamiliar. Como objetivos
específicos, buscou-se comparar o nível de consumo de energia e os custos associados entre
um projeto otimizado de iluminação e um projeto convencional, ambos aplicados ao estudo de
caso.
1.3 Contextualização
De acordo com Goldemberg e Lucon (2007), os padrões atuais de produção e consumo
de energia no mundo são predominantemente baseados em fontes fósseis, o que gera emissões
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de poluentes locais, gases de efeito estufa e põe em risco o suprimento de longo prazo no
planeta. É preciso mudar esses padrões, estimulando as energias renováveis.
Nesse sentido, o Brasil apresenta uma condição bastante favorável em relação ao resto
do mundo. Observamos que o Brasil apresenta uma matriz de geração elétrica de origem
principalmente renovável. A geração interna hidráulica, de acordo com o Balanço Nacional
Energético – BEN 2012, responde por 81,9% da oferta da eletricidade brasileira e, quando
somado às demais fontes renováveis, este percentual chega a 89% (EPE, 2012).
Figura 1. Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte – 2011
Fonte: Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2012).
Porém, o percentual de energia renovável na oferta interna brasileira – que tem sua
matriz hidráulica como fonte dominante, decorrente de sua riqueza em recursos hídricos –
veio diminuindo até 2010. Conforme o planejamento do governo, diferentemente da maioria
dos países do mundo, o País não deverá ter uma melhora no percentual renovável de sua
matriz até o ano 2030. (TOLMASQUIM, GUERREIRO e GORINI, 2007).
Além disso, o consumo de energia elétrica tem crescido mais que a oferta interna de
energia. O consumo final de energia elétrica no país cresceu 3,6% entre os anos de 2010 e
2011. A oferta, por sua vez, cresceu apenas 3,3% para o mesmo período (EPE, 2012).
Esse expressivo crescimento do consumo de energia elétrica pode ser justificado
conforme constata o Relatório Brasil para a Classe Residencial, Eletrobrás (2007, p. 9):
Tal fato é uma tendência mundial e, no que tange à classe residencial, pode ser
explicado por um conjunto de fatores, tais como: a velocidade da transformação da
antiga sociedade industrial para a de informação, e desta, para a sociedade de
comunicação, possibilitando que muitos trabalhos, de cunho intelectual, possam ser
executados, por meios computacionais, em domicílios; o aumento do nível de
desemprego e, por consequência, da economia informal, transformando as
residências em microempresas; a busca pelo conforto e lazer proporcionada pela
grande disponibilidade e facilidade de aquisição de eletrodomésticos e equipamentos
eletroeletrônicos, aumentando a carga instalada e, por isso, incentivando uma maior
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utilização da energia elétrica; o aumento do tempo de permanência das pessoas em
seus domicílios, em função da falta de segurança, notadamente em centros urbanos
de médio e grande porte; a demanda reprimida, em face das desigualdades sociais,
que se espera sejam reduzidas ao longo do tempo; a incorporação de novos
consumidores, em função da universalização dos serviços de energia elétrica, entre
outros.
O consumo setorial de eletricidade aponta que as residências são responsáveis por
26% do consumo nacional, contra 43% da indústria, 17% do comércio e 14% de outros usos
(EPE, 2012).
Somente o setor residencial apresentou crescimento de consumo de 35% entre os anos
de 2000 a 2011 (EPE, 2012), de acordo com o Balanço Energético Nacional – BEN/2012,
devido ao aumento da renda da população e facilidades de crédito.
Para agravar, informações da Agência Internacional de Energia – AIE, (2006), citada
por Bastos (2011), afirmam que o setor residencial tem baixa eficiência energética. Isso pode
ser atribuído a uma série de fatores, que dependem de variáveis em cada país, mas em geral à
alta quantidade de lâmpadas incandescentes, como sendo uma tecnologia menos eficiente.
Diante de tanta demanda por energia, a busca pela sustentabilidade do setor é
imprescindível. O termo sustentabilidade foi primeiramente apresentado pela Comissão
Brundtland (WCED, 1987), que postulou que o desenvolvimento sustentável deve satisfazer
às necessidades da geração presente sem comprometer as necessidades das gerações futuras.
Conforme John et al. (2010), existem muitas definições para o desenvolvimento
sustentável. Em comum, todas elas apontam para o fato de que o desenvolvimento promovido
nos últimos 250 anos pela humanidade, que permitiu enormes ganhos em termos de qualidade
e expectativa de vida para os seres humanos, vem alterando significativamente o equilíbrio do
planeta e ameaça a sobrevivência das espécies. Discute-se, então, a própria sobrevivência das
pessoas. E ela depende de profundas alterações em seus hábitos de consumo, nas formas de
produzir e fazer negócios.
Entretanto, no Brasil, a sustentabilidade, por várias vezes, torna-se um termo ligado
apenas a questões ecológicas, como a preservação da Amazônia. Esta associação restrita à
natureza faz com que a sustentabilidade seja pouco discutida no dia a dia urbano da
população. A sustentabilidade, na prática, necessita de produtos e processos baseados em
inovações tecnológicas. Assim surge a busca por eficiência energética em vários setores.
Eficiência energética engloba um conjunto de práticas e políticas que visam à redução dos
custos com energia e aumento da quantidade oferecida, sem alterar sua fonte de geração.
A eficiência energética pode ser então considerada como uma questão de economia
que se reflete principalmente nas condições financeiras da população. Assim, ser entendida
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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. (LAMBERTS et al., 1997).
A eficiência no uso final busca tecnologias e práticas que estimulem o consumidor a
empregar o uso da eletricidade tanto em iluminação, em aquecimento e em outros usos,
propiciando a conservação e o melhor uso de aparelhos para o controle do consumo de
energia (MARTINS, 1999).
Nesse contexto, surgiu em 1985 o Procel - Programa de Combate ao Desperdício de
Energia Elétrica, ligado ao Ministério das Minas e Energia e à Eletrobrás, que se concretizou
ao longo de sua existência até a atualidade, como o programa pioneiro na área de conservação
de energia elétrica. O Procel tem atuado na promoção do uso racional da energia, tanto do
lado da produção como do lado do uso final da eletricidade (MARTINS et al. 1999, citado por
FURLANETTO et al. 2012).
O Procel tem abrangência nacional, com programas direcionados aos setores de
marketing, indústria, iluminação pública, edificações residenciais e comerciais, prestadores de
serviços de água e esgotamento sanitário, gestão municipal, educação e edificações públicas.
O Selo Procel de Economia de Energia, instituído em 1993, tem como objetivo dar ao
consumidor final orientação adequada quanto aos produtos que apresentam níveis mais
eficientes de economia de energia, que venham a contribuir para a redução na conta de
energia elétrica. Nesse sentido, o programa e seu selo contribuem para a fabricação e
comercialização de produtos mais eficientes, que trazem benefícios ao meio ambiente, em
decorrência de inovações tecnológicas.
Segundo dados Procel, os usos finais das residências no Brasil se dividem em: cerca
de 27% do consumo médio para refrigeração (geladeiras e freezers), 24% para chuveiro, 3%
para ferro elétrico, 20% para condicionamento ambiental e outros, 12% para Tv e som e 14%
para iluminação (ELETROBRAS, 2007).
Figura 2. Usos finais de energia para residências no Brasil (ELETROBRAS, 2007).
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Nessa busca por eficiência e para evitar o desperdício de energia elétrica, as Lâmpadas
Fluorescentes Compactas - LFCs caíram no gosto do consumidor a partir de 2001, quando
houve a necessidade de racionamento de energia elétrica em todo o país. O número de
unidades comercializadas saltou de 3 milhões para 150 milhões em 2009. Vale ressaltar, no
entanto, que um número relevante de 76% das residências que anteriormente haviam trocado
as lâmpadas incandescentes por LFCs, durante o racionamento, retomaram seu uso pelo fato
do preço das LFCs ser mais elevado (ELETROBRAS, 2007).
Enquanto que as lâmpadas incandescentes apresentam pouca eficiência energética,
(apenas 10% da energia consumida num sistema incandescente é transformado em luz, os
outros 90% são energia térmica), as LFCs podem transformar até 80% da energia em luz, o
que comprova sua eficiência. Além disso, a LFC tem durabilidade até oito vezes maior que
uma incandescente comum, aquece bem menos o ambiente e apresenta um alto Índice de
Reprodução de Cores – IRC. Em equivalência, uma LFC de 9W de potência de consumo
proporciona uma iluminação correspondente à de uma incandescente comum de 60W de
potência de consumo (SILVA, 2009).
As lâmpadas incandescentes, por apresentarem um péssimo desempenho em relação às
LFCs, estão sendo banidas do mercado. Países como União Européia, Austrália, EUA, Cuba,
Rússia e Brasil decidiram implementar políticas para a substituição dessas por lâmpadas mais
eficientes.
No Brasil, desde dezembro de 2010, as Portarias Interministeriais nº 1.007 e nº 1.008,
do Ministério de Minas e Energia e Ministério de Ciência e Tecnologia, estabeleceram níveis
mínimos de eficiência energética para lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas.
Desde junho de 2012, as lâmpadas incandescentes deixaram de ser produzidas no Brasil, e até
2017 serão gradativamente eliminadas do mercado.
As LFCs comercializadas no Brasil podem adquirir o Selo Procel de Economia de
Energia desde que comprovada, conforme normas do Programa – que conta com a parceria do
Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) –, a sua eficiência
energética. O mercado oferece várias marcas e modelos, com cores e potências variadas, que
podem ser usados em vários tipos de ambientes, e que possuem o Selo Procel.
Dados da AIE (2010), citada por Bastos (2011), afirmam que a vida média das
fluorescentes compactas varia entre 3.000 horas, em lâmpadas de baixa qualidade, até além de
15.000 horas, em modelos de alta qualidade. Na China, a vida útil de lâmpadas fluorescentes
compactas é, em média, cerca de 4.500 horas, enquanto que na Europa é de 6.000 horas e nos
Estados Unidos 8.000 horas.
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De maneira ainda bem tímida, vêm surgindo no mercado brasileiro as lâmpadas LED –
abreviação em inglês de Diodo Emissor de Luz – que é um dispositivo semicondutor que
emite luz com um determinado comprimento de onda, com polaridade na posição direta. A
luz é gerada dentro de um chip cujo tamanho não chega a ser maior que 0,25mm2. Esse chip é
um cristal em estado sólido que gerou o termo em inglês SSL – Solid State Light – em
tradução literal “luz em estado sólido” (SILVA, 2012).
Silva (2012) explica que o funcionamento do LED se baseia na mudança dos níveis de
energia, ou seja, quando certa tensão é aplicada, os elétrons se mudam para níveis mais altos
de energia e quando retornam aos níveis originais, o fazem em forma de luz no material
utilizado. A cor da luz irradiada dependerá do material a ser utilizado, correspondendo cada
um a uma determinada cor ou comprimento de onda.
O LED, apesar de ser uma fonte de luz aparentemente nova e moderna, tem sua
descoberta no século XX, em meados de 1907, por Henry Joseph Round, que acidentalmente
descobriu os efeitos físicos da eletroluminescência em sua pesquisa sobre radiotransmissão. O
cristal de SiC (carborundum) emitiu uma luz amarelada, ao ser aplicada uma pequena tensão
elétrica. Nos anos 60 e 70, empresas que fabricavam computadores e calculadoras iniciaram a
utilização dos LEDs em seus aparelhos como indicadores liga/desliga. Durante muito tempo,
elas foram feitas para emitir luz somente numa parte específica do espectro visível de
comprimento de onda. Nos anos 1997/98, surgiram as primeiras luminárias de uso
arquitetônico, produzidas em larga escala. Os modelos foram apresentados em feiras
especializadas nos EUA e na Europa.
Em 2000, começaram a aparecer soluções que
possibilitaram a utilização dos LEDs na iluminação geral. Somente em 2003 a LumiledsPhilips criou o Luxeon III, que emite até 80 lumens (lm), cor branca com temperatura em
torno de 3.200k e IRC de 90%. Em 2008, surgiu o LED de desempenho ainda maior, com
eficiência de até 120 lm/W e IRC de 80/89% (SILVA, 2012).
Atualmente, os LEDs são conhecidos por sua eficiência energética, flexibilidade de
design e robustez. Apresentam inúmeras vantagens em relação às outras fontes de iluminação,
com destaque para a vida útil, que pode variar entre 45.000 e 60.000 horas, alta eficiência
luminosa e o baixo consumo de energia. Os LEDs ainda apresentam variedade de cores e não
aquecem o ambiente, por apresentarem baixíssima emissão de calor, por isso são ideais para
decoração de ambientes, exposição de obras de arte, entre inúmeras utilidades.
LEDs brancos estão se tornando cada vez mais brilhantes, mais eficientes e menos
dispendiosos, principalmente nos países mais desenvolvidos. Como resultado, as lâmpadas
tradicionais estão sendo gradativamente substituídas.
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Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria de Iluminação-ABII, citada por
Bronzatto (2012), a representatividade do LED no volume total de vendas do setor de
iluminação brasileiro é baixa, na ordem de 0,04%, enquanto que as incandescentes ainda
respondem por uma fatia de 45% do mercado.
2.
MATERIAL E MÉTODOS
A residência estudada localiza-se no SMPW-Núcleo Bandeirante/DF, com 363,80m2
de área construída. Possui 16 cômodos e foi concebida segundo um projeto de eficiência
energética com a utilização de lâmpadas LED e grandes aberturas de janelas. A situação real
de consumo da residência, estipulada como situação otimizada, foi levantada com base nas
informações fornecidas pelos moradores, no levantamento de seus hábitos e com base no
histórico de consumo, em kWh/mês (quilowatt hora/mês), dos equipamentos e das lâmpadas
LED.
A mesma residência foi avaliada sob outra ótica, onde foi simulada a condição de
consumo energético segundo um projeto convencional de iluminação, com LFCs e abertura
mínima de janelas. Essa segunda situação avaliou o consumo após estimativas de desempenho
com o uso de LFCs em todos os pontos da residência. Denominou-se a segunda hipótese de
convencional, pois esta simula o consumo dentro de condições atualmente comuns nas
residências brasileiras. Para esta segunda hipótese, também foi considerado que a diminuição
nas áreas de abertura da residência implicaria em um aumento de horas de consumo de
energia das lâmpadas, em decorrência da diminuição da incidência de iluminação natural.
Os dados e informações do projeto e dos hábitos de consumo foram coletados por
meio de visitas à residência, com a colaboração dos moradores, nos meses de agosto e
setembro de 2012. São residentes quatro adultos e uma criança.
Com base em dados do Procel relativos ao consumo de energia de eletrodomésticos,
em informações dos moradores e em sites simuladores de consumo, criou-se uma planilha
eletrônica para a estimativa de consumo em kWh/mês dos eletroeletrônicos disponíveis na
residência.
O cálculo de consumo total mensal dos equipamentos considerou a potência de
consumo (valor em kW), a quantidade de equipamentos e o número médio de horas de uso
por mês.
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Para o aquecimento dos chuveiros, a residência possui Boiler integrado com a
utilização de aquecedores solares. Este sistema elimina totalmente o gasto de energia elétrica
com chuveiro. Esta situação de gasto zero com energia elétrica para os chuveiros foi
considerada nas duas condições estudadas: otimizada e convencional.
A situação otimizada não considerou 100% em uso de lâmpadas LED, pois, conforme
relato do morador, algumas lâmpadas LED apresentaram defeito e foram substituídas por
fluorescentes compactas. Estas foram posicionadas apenas na garagem, somando quatro
pontos.
O cálculo de área de piso de cada cômodo (em m2), foi levantado a partir da Planta
Baixa da residência. A planta baixa foi fornecida pelo morador e possui um cômodo que ainda
não foi construído e, portanto, não foi computado nos cálculos. (Anexo).
A residência foi dividida em duas partes, a considerar: (i) parte externa: garagem, átrio
e varandas de fundo e de quarto; (ii) parte interna: demais cômodos que fazem parte da
residência. Esta divisão se fez necessária, pois, nas partes externas, não se aplica (N.A.)
nenhuma estimativa para área de abertura de janelas. Na parte interna, o hall também não
possui área de abertura de janelas.
Os cômodos foram divididos em categorias estabelecidas conforme padrões de uso e
necessidades dos moradores. Foram consideradas, nas simulações, variações de tempo de uso
das lâmpadas, em horas por dia, para cada cômodo. De acordo com as necessidades de uso
frequente ou esporádico, alguns cômodos são mais utilizados pelos moradores, em detrimento
de outros. Exemplos mais significativos são a sala, copa e cozinha que, por serem ambientes
de maior convívio familiar, demandam mais horas de consumo diário.
O modelo de Lâmpadas LED usado pela residência foi adquirido em site de vendas
pela internet (EXTREME, 2012). As informações sobre as LFCs foram obtidas conforme site
do fabricante na internet (LORENZETTI S.A., 2012), e com base em informações do
proprietário.
Para o jardim interno, as lâmpadas LED utilizadas são coloridas com potência de 3W.
Estas são apenas para efeito decorativo do ambiente, e foram desconsideradas na situação
convencional, devido à eliminação do jardim interno.
As considerações finais foram feitas com base nos valores de energia economizados
em kWh/ano, multiplicados pela tarifa atual de consumo da Companhia Energética de Brasília
– CEB. Calculou-se o custo de aquisição de 31 lâmpadas LED e 31 lâmpadas LFCs. Foi feito
o cálculo da vida útil de ambos os tipos de lâmpadas, em anos, considerando a vida útil
média, em horas, das lâmpadas e o consumo médio de cinco horas por dia.
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Os valores monetários gastos com as lâmpadas foram divididos pelo tempo de vida
útil, em anos, de ambas as lâmpadas LED e LFCs. Os gastos anuais com a conta de energia
elétrica em iluminação foram somados com os gastos anuais de aquisição de ambas as
lâmpadas em suas respectivas situações.
A comparação do tempo de vida em anos das lâmpadas LFCs em relação às LEDs foi
feita pela razão do número de anos de duração das LEDs pelo número de anos de duração das
LFCs. Os valores obtidos permitiram uma comparação entre o preço de aquisição e a duração
de ambos os modelos de lâmpadas.
2.1 Situação Otimizada:
A pesquisa levantou os dados reais de consumo de energia elétrica da residência no
período de um ano, por meio do histórico de consumo da Fatura CEB, de setembro de 2011 a
agosto de 2012. De posse desses dados, calculou-se a média mensal de consumo.
As lâmpadas LED usadas na residência têm potência de consumo de 9W, conforme
informações de aquisição do morador. Tais aquisições foram feitas há cerca de quatro anos. O
preço por lâmpada LED, conforme informa o site, é de R$44,55 (quarenta e quatro reais e
cinquenta e cinco centavos).
O cálculo de consumo em kWh/mês das lâmpadas LED foi obtido pela multiplicação
de sua potencia (em kW) pelo número de horas de uso por mês.
Foi calculada a porcentagem dos gastos de energia elétrica (em kWh/mês), para as
lâmpadas LED, em relação aos valores totais somados dos equipamentos e das lâmpadas
LED.
Foram consideradas, nessa primeira análise, características da construção da residência
que levam em conta a existência de um jardim interno com capacidade de iluminação natural
a dois ambientes da casa durante o período diurno. São eles os ambientes da sala e copa.
Considerou-se também o fato de as áreas de janela serem relativamente amplas para estes
ambientes, somando em torno de 28,7% para a área das janelas e abertura do jardim interno
na sala. Para a copa, somam 32,41% do ambiente, com abertura de janelas e iluminação
natural do jardim interno. Soma-se ainda o maior ângulo de iluminação em uma das suítes,
que dispõe de abertura de varanda, proporcionando ao cômodo cerca de 31,4% de área
disponível para iluminação natural. Tal situação real da residência colabora para que durante
o período diurno não seja necessário, principalmente nesses cômodos, o uso de iluminação
artificial, tendo em vista o alto grau de luminosidade do ambiente.
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As áreas de abertura foram calculadas com base nos dados constantes em planta
original de construção da residência, tomando-se as medidas das aberturas relacionadas com a
área de piso de cada cômodo (em m2). Para o ambiente sala (para a área de piso), estão
somados os valores referentes à sala de estar e sala de leitura, e para as áreas de abertura,
somaram-se às aberturas da sala de leitura, sala de estar e jardim interno. Para o ambiente
copa, sua área de abertura considerou a área de abertura do jardim interno.
2.2 Situação Convencional:
Após a confirmação dos dados reais de consumo (em kWh/mês), procedeu-se a
simulação do ambiente construído substituindo o uso de lâmpadas LED por LFCs.
Foi considerada, para esta situação hipotética, a eliminação da área de iluminação
natural proveniente do jardim interno e a redução do tamanho das janelas para a abertura
mínima, conforme Lei 2.105/1998, que dispõe sobre o Código de Edificações do Distrito
Federal. O Anexo I do Código estipula, para dormitórios, cozinha, sala de estar e
compartimentos com múltiplas denominações ou reversíveis, que a área mínima a ser
considerada é 1/8 (um oitavo) da área do piso; para área de serviço, banheiro e lavabo, a área
mínima é 1/10 (um décimo).
A unidade é o m2 para a abertura mínima e para a área de piso, conforme dados
constantes em planta original de construção da residência.
Souza (1995), citado por (SOUZA, 2003) verificou que a luz natural pode reduzir de
35 a 70% o consumo energético com iluminação artificial em um edifício e que, segundo
NE’EMAN (1998), a utilização eficiente da luz natural pode reduzir o consumo de energia
elétrica que é gasta em iluminação em até 50%.
Com base nesses dados, estimou-se que uma redução de 10 a 30% nas áreas de
abertura implicaria num aumento de 30% no número de horas de iluminação. Uma redução de
31 a 60% nas áreas de abertura implicaria num aumento de 40% no número de horas, e 61 a
80% de redução representariam um aumento de 60% no número de horas de iluminação.
Assim sendo, estimou-se que, com a redução das aberturas e eliminação do jardim
interno, haveria um maior número de horas de lâmpadas acesas no ambiente durante o dia.
Os dados de consumo dos equipamentos foram mantidos idênticos aos usados na
situação otimizada.
Para o novo cálculo com as LFCs, foi considerado o número de 31 lâmpadas sendo
que, nesta situação hipotética, após a retirada da área de abertura do jardim interno, houve a
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redução de quatro lâmpadas deste ambiente. Na simulação, foram utilizados modelos de LFCs
com equivalência do fluxo luminoso em relação às lâmpadas LED. Esses modelos de LFCs
são de 15 W de potência, com fluxo luminoso de 860 lm, e seu preço é de R$12,90 (doze reais
e noventa centavos), conforme informa o fabricante.
Obteve-se o cálculo de consumo em kWh/mês das LFCs pelo produto de sua potência
(em kW) com o número de horas de uso por mês, já consideradas as horas a mais de consumo
durante o dia.
Foi calculada a porcentagem dos gastos de energia elétrica, em kWh/mês, para as
LFCs.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para uma melhor compreensão dos dados envolvidos, primeiramente apresentam-se as
especificações técnicas das lâmpadas (item 3.1). Os dados referentes ao consumo médio real
da residência em estudo, conforme fatura CEB, estão indicados no item 3.2. Os dados
seguintes apresentam o cálculo do consumo médio dos equipamentos (item 3.3). As tabelas
que seguem apresentam respectivamente o número de horas de consumo para as lâmpadas nas
duas situações – otimizada e convencional –, as áreas de abertura dos cômodos reais e a
simulação de área de abertura mínima (item 3.4). Os dados de consumo da situação otimizada
estão apresentados no item 3.5, os dados da situação convencional no item 3.6, e as
considerações no item 3.7.
3.1 Especificações técnicas das lâmpadas
Parâmetros para comparação técnica entre as duas lâmpadas, Tabela 1:
Tabela 1: Especificações das Lâmpadas
Lâmpada
Tensão nominal
Potência
Temperatura da cor
Fluxo luminoso
Vida média
Base
Eficiência luminosa
IRC
Certificado
LED
85 ~ 265V
9W
5000 ~ 6000K
720 ~ 810 lm
35.000 horas
E27
Não informado
Não informado
Não possui
LFC
220V
15W
6400K
860 lm
8.000 horas
E27
59 lm/w
> 80
Selo Procel
15
3.2 Média de consumo residencial – série histórica
Os dados de consumo médio da residência em estudo foram de 232,17kWh/mês
conforme Tabela 2:
Tabela 2: Consumo médio conforme fatura CEB
Consumo mensal residencial
Mês/ano
kWh
set/11
217,00
out/11
237,00
nov/11
192,00
dez/11
195,00
jan/12
217,00
fev/12
246,00
mar/12
235,00
abr/12
251,00
mai/12
249,00
jun/12
249,00
jul/12
224,00
ago/12
274,00
Média
232,17
3.3 Dados de consumo dos equipamentos
Os valores fixados de consumo dos equipamentos para as duas situações estudadas,
otimizada e convencional, conforme Tabela 3:
Tabela 3: Consumo médio mensal dos equipamentos
Equipamentos
Maquina de lavar até
7kg
Freezer Horizontal
Geladeira duplex
Microondas
Boiler com placas solares
Liquidificador
Ferro de passar
Tv Led 60"
Net Book
Not Book
Total
Simulador de consumo dos equipamentos
Potência
Consumo
Nº
W
Quantidade
kW
dias/mês
350
100
220
1000
0
350
1200
120
65
65
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0,350
0,100
0,090
1,000
0
0,350
1,200
0,120
0,065
0,065
15
30
30
30
30
20
30
30
30
30
Horas/
dia
2,50
24,00
24,00
0,16
1,00
0,10
0,60
8,00
2,00
2,00
kWh/mês
13,12
72,00
65,00
4,80
0
0,70
21,60
28,80
3,90
3,90
213,82
16
3.4 Características físicas e horas de consumo residencial.
A divisão dos cômodos por categorias de consumo e horas de uso para as duas
situações, otimizada e convencional, pode ser visualizada na Tabela 4:
Tabela 4: Cômodos por categoria e horas de consumo
Categorias
1
2
Cômodos
Garagem
Átrio, varanda
fundo
Nº horas
Nº horas
% de
consumo/dia
aumento no
situação otimizada
Nº de horas
2,50
-
2,50
1,50
-
1,50
consumo/dia
situação
convencional
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Varanda quarto,
Jardim interno
Copa e cozinha
Sala de estar
Sala leitura
Suíte 1 e 2
Suíte casal
Closet´s, Hall
Banheiro ½ e casal
Quarto emp.,
0,10
0,10
3,50
4,00
1,00
2,00
3,00
0,50
1,50
N.A
60
60
60
30
40
-
0,10
N.A.
5,60
6,40
1,60
2,60
4,20
0,50
1,50
12
Lavabo e
0,08
40
0,11
60
0,48
Banh.externo
13
Área de serviço e
despensa
0,30
Os dados da Tabela 5 evidenciam os valores reais de abertura, sendo que, para a copa
e para a sala de estar, estão somados às janelas os valores de abertura referentes ao jardim
interno. Em seguida, estão apresentadas todas as mudanças ocorridas nas áreas de iluminação
para a situação convencional, retirando dos ambientes copa e sala de estar os valores de
abertura do jardim interno:
17
Tabela 5: Áreas de abertura real (otimizada) e cálculo de áreas mínimas (convencional)
Cômodo
Área de piso m2
Copa
Cozinha
Área de serviço
Quarto emp.
Despensa
Sala estar
Sala leitura
Lavabo
Suíte 1
Closet 1
Banheiro 1/2
Suíte 2
Closet 2
Suíte casal
Closet casal
Banheiro casal
Banheiro externo
22,89
11,01
8,33
8,33
2,79
41,87
8,14
2,29
16,25
5,32
5,40
16,08
5,32
20,98
6,90
4,95
3,75
Situação
Otimizada
m2
7,42
2,40
2,40
2,40
0,48
9,55
4,80
0,48
2,40
0,48
0,48
2,40
0,48
6,60
0,48
0,48
0,48
Situação
% de Redução
% Área piso Convencional
área mínima
2
m
1\8
2,86
61
1\8
1,37
43
1\10
0,83
65
1\8
1,04
56
1\10
0,28
41
1\8
5,23
56
1\8
1,02
78
1\10
0,23
52
1\8
2,03
15
1\10
0,48
1\10
0,48
1\8
2,01
16
1\10
0,48
1\8
2,62
60
1\10
0,48
1\10
0,48
1\10
0,37
22
3.5 Situação Otimizada
Os dados de consumo com lâmpadas LED estão apresentados conforme Tabela 6:
Tabela 6: Dados de consumo mensal das Lâmpadas LED
18
Somando os valores, em kWh/mês, dos equipamentos com os valores de consumo das
Lâmpadas LED, tem-se o Consumo médio otimizado (Cmo):
Cmo = 213,82 + 16,80
Cmo = 230,62 kWh/mês para a residência.
3.6 Situação Convencional
Os dados de consumo com LFCs estão apresentados conforme Tabela 7:
Tabela 7: Dados de consumo mensal das LFCs
Situação Convencional de consumo em residência unifamiliar
Parte externa
Garagem
Átrio
Varanda fundo
Varanda quarto
Parte interna
Copa
Cozinha
Área de servico
Quarto emp.
Despensa
Sala estar
Sala leitura
Lavabo
Hall
jardim interno
Suíte 1
Closet 1
Banheiro 1/2
Suíte 2
Closet 2
Suíte casal
Closet casal
Banheiro casal
Banheiro externo
Abertura
Consumo total
Nº pontos de Consumo em
Nº horas
N ° horas
cômodo
Área/m 2 mínima/
iluminação
kW
consumo/dia consumo/mês
2
kWh/mês
m
46,80
N.A.
4
0,015
2,50
75,00
4,50
15,24
N.A.
2
0,015
1,50
45,00
1,35
59,08
N.A.
2
0,015
1,50
45,00
1,35
7,60
N.A.
1
0,015
0,10
3,00
0,05
22,89
11,01
8,33
8,33
2,79
41,87
8,14
2,29
4,35
N.A
16,25
5,32
5,40
16,08
5,32
20,98
6,90
4,95
3,75
2,86
1,37
0,83
1,04
0,28
5,23
1,02
0,23
N.A.
N.A.
2,03
0,48
0,48
2,01
0,48
2,62
0,48
0,48
0,37
Total
2
1
1
1
1
3
1
1
1
0
1
1
1
1
1
2
1
1
1
31
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
0,015
5,60
5,60
0,48
0,11
0,48
6,40
1,60
0,11
0,50
0,00
2,60
0,50
1,50
2,60
0,50
4,20
0,50
1,50
0,11
168,00
168,00
14,40
3,30
14,40
192,00
48,00
3,30
15,00
0,00
78,00
15,00
45,00
78,00
15,00
126,00
15,00
45,00
3,30
5,04
2,52
0,22
0,05
0,22
8,64
0,72
0,05
0,23
0,00
1,17
0,23
0,68
1,17
0,23
3,78
0,23
0,68
0,05
33,12
Os dados de consumo dos equipamentos permanecem inalterados.
Somando os valores, em kWh/mês, dos equipamentos com os valores de consumo das
LFCs, tem-se o Consumo médio convencional (Cmc):
Cmc = 213,82 + 33,12
Cmc = 246,94 kWh/mês para a residência.
3.7 Considerações
Conforme dados da Figura 2, a iluminação residencial representa 14% do consumo
mensal de energia nas residências, assim os dados comprovam que, com o uso de Lâmpadas
19
LED, essa porcentagem na iluminação foi de 7,28%, praticamente a metade dos valores de
referência. A eficiência no uso de lâmpadas LED, aliada aos atuais hábitos de consumo dos
moradores, demonstra que os resultados na economia de consumo são satisfatórios.
Para a situação convencional, observou-se que, após a simulação com o uso de LFCs e
um aumento no número de horas, em decorrência da diminuição das aberturas, os valores
obtidos em porcentagem com iluminação foram de 13,41%. Este valor foi considerado
coerente para a situação convencional, por não extrapolar os valores reais de consumo médio
das famílias brasileiras.
Deve-se considerar que as lâmpadas fluorescentes já estabelecem um consumo de
energia menor do que vários outros modelos existentes no mercado, principalmente em
relação às lâmpadas comuns incandescentes.
A tarifa de energia elétrica da CEB (2012), nos dias atuais para o grupo B1 –
Residencial / faixa de consumo de 201 a 300 kWh – é de R$0,3790477. Multiplicando o valor
da tarifa pelo consumo de 16,80 kWh/mês das lâmpadas LED e pelo período de um ano, temse o valor gasto em energia elétrica de R$76,41 com iluminação. Da mesma forma, para as
LFCs, multiplicou-se a tarifa pelo consumo de 33,12 kWh/mês e pelo período de um ano,
chegando-se ao valor gasto com energia elétrica de R$150,64.
O custo total de aquisição de 31 lâmpadas LED de 9W foi de R$1.381,05. Para
aquisição da mesma quantidade de lâmpadas LFCs de 15W, o custo total foi estimado em
R$399,90.
Se considerarmos o uso de uma lâmpada LED por 5 horas por dia, pelo período de 365
dias, temos: 1.825 horas de uso em um ano. Dividindo o seu tempo de vida útil de 35.000
horas por 1.825, temos que sua média de vida é de 19,17 anos nestas condições de uso. O
valor total gasto com as lâmpadas LED de R$1.381,05 divido por 19,17 anos correspondem a
R$72,04 por ano.
Seguindo as mesmas considerações para as lâmpadas LFCs com vida útil de 8.000
horas, divididas por 1.825 horas, temos que sua vida média é de 4,38 anos. Dividindo o valor
gasto com a aquisição das LFCs pelo período de sua vida média, temos R$91,30 por ano.
Somando-se o valor pago pela conta de energia elétrica, na situação otimizada, no
período de um ano, com o valor de custo anual das lâmpadas LED, tem-se: R$76,41 +
R$72,04, ou seja, um gasto total anual de R$148,45.
Para a situação convencional (com o uso das LFCs), somando-se o valor pago pela
conta de energia elétrica no período de um ano, com o seu custo anual de aquisição, tem-se:
R$150,64 + R$91,30, portanto um gasto total anual de R$241,94.
20
Avaliando em termos de consumo energético, com o uso das lâmpadas LED no
período de um ano, teremos 201,01kWh/ano. Com as LFCs, o consumo energético para o
período estimado é de 397,44 kWh/ano. Subtraindo o consumo de LFCs pelo consumo das
lâmpadas LED, estima-se uma economia energética de 195,84kWh/ano.
A razão do número de anos da vida média das lâmpadas LED pelas LFCs será de 4,37
anos, ou seja, a cada 4,37 anos, tem-se um novo gasto com lâmpadas LFCs. Se
multiplicarmos esse período pelo valor estimado do custo atual, tem-se um gasto de
R$1.747,56.
4. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A análise dos resultados mostrou que o uso de lâmpadas LED proporciona uma
economia monetária relativa no custo de aquisição de lâmpadas em uma residência. Apesar de
seu investimento inicial ser em média três vezes maior que o investimento em LFCs, o custo
anual de aquisição torna-se vantajoso a longo prazo, mesmo se tratando de uma tecnologia
nova e ainda cara, por causa de sua grande vida útil.
Em relação à economia energética, o uso de lâmpadas LED representou uma redução
de 7,28%, praticamente metade da parcela média de consumo em iluminação para as atuais
residências brasileiras. Em larga escala, isto representaria uma economia considerável de
energia para o país, que necessita urgentemente de esforços para ampliar sua capacidade de
distribuição.
O Brasil tem feito enormes investimentos para a construção de novas hidrelétricas, é o
caso do complexo de usinas no Rio Madeira e de Belo Monte, que desencadeiam vários
conflitos entre o Governo Federal e alguns setores da sociedade, principalmente entre
organizações não-governamentais. O motivo para tais conflitos é claro: os grandes impactos
ambientais que estes projetos representam.
Há ainda espaço para ampliar as ações governamentais no setor de energia, buscando
mais eficiência no uso final: dar ênfase aos produtos que possuem concessão do Selo Procel;
aumentar incentivos aos fabricantes de lâmpadas para buscarem soluções e inovações que
ampliem a oferta de lâmpadas LED e assim, reduzir o preço, que é o fator determinante para o
consumidor final.
Paralelamente, a busca por tecnologias mais eficientes em aparelhos eletroeletrônicos
e eletrodomésticos pode ser concretizada por meio de ações e políticas relativamente simples
21
e economicamente atrativas. Conservar melhor a energia, além de reduzir o consumo, adiaria
a necessidade de expandir a capacidade atualmente instalada.
Sugerem-se estudos posteriores que visem analisar a eficiência energética no uso de
aparelhos e equipamentos como boiler para aquecimento de chuveiros, refrigeradores,
equipamentos de condicionamento ambiental, que representam uma parcela considerável de
consumo de energia elétrica em residências, e que podem, sem dúvida, proporcionar ganhos
consideráveis em eficiência energética e ao mesmo tempo reduzir custos e impactos
ambientais.
REFERÊNCIAS
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mercado brasileiro. Rio de Janeiro: Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de
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AD9751312751487C7/D1694E95-E01D-4AED-8DD4-CC0484BB159F/thesis/submitted/etd12192007-154637/unrestricted/01dissertation.pdf
24
Agradecimentos
Agradeço a minha família, em especial a meu esposo, o qual sem o apoio as dificuldades
seriam maiores.
Agradeço ao meu orientador Prof. Gustavo, pela atenção, por sempre me atender e ajudar
no desenvolvimento da pesquisa.
Agradeço a Deus por confiar em me emprestar o Benício, que chegou para aliviar perdas,
e com seu sorriso mostrar que a vida continua.
Agradeço ao Sr. Norisvaldo e Sra. Marisa que abriram suas portas para que eu pudesse
realizar este estudo.
Agradeço aos meus colegas em especial a Layslla, Adrienne e Mayra pelos anos juntas na
graduação, que serão com certeza, inesquecíveis.