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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
SUSTENTABILIDADE E ECONOMIA
USANDO ENERGIA SOLAR:
AQUECIMENTO DA PISCINA DA UTFPR
Andrea de Souza (UTFPR)
[email protected]
Jorge Carlos Correa Guerra (UTFPR)
[email protected]
Os problemas sobre o correto uso dos recursos naturais têm ampliado
discussões em diversos segmentos da sociedade. Neste sentido a
contribuição do Setor Elétrico Brasileiro, com programas e políticas para
combater o desperdício e o uso irraacional de energia elétrica é de suma
importância para a garantia de uma sociedade ambiental e
economicamente saudável. A eficiência energética, é a alternativa mais
acessível aos agentes econômicos no curto prazo haja vista um quadro de
não investimento em expansão da oferta. O presente trabalho busca
discutir a importância do Programa Nacional de Conservação de Energia
- PROCEL e suas principais ações, a importância da eficientização em
prédio públicos e a proposta de otimização do uso de energia elétrica com
a utilização de um sistema de aquecimento solar para a piscina da
Universidade Tecnológica do Paraná - UTFPR, Campus Curitiba (PR)
Palavras-chaves: PROCEL, eficiência-energética, viabilidade econômica
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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
1. Introdução
A ampliação da oferta de energia elétrica é condição essencial para o desenvolvimento do país,
mas utilizá-la de forma inteligente é uma estratégia importante em tempos de economia de
recursos naturais e falta de investimento na construção de novas unidades geradoras. Dentre as
possíveis alternativas em matrizes energéticas, cabe destacar a importância do uso da energia
solar, muito embora ainda não tenha representação significativa na matriz energética mundial e
brasileira.
O Brasil vem descobrindo os benefícios de sistemas de aquecimento solar e alguns fabricantes já
apostam nos aquecedores solares, como solução para baixar o consumo de energia elétrica.
Ademais, tem-se ampliado o número de trabalhos científicos sobre o tema e o desenvolvimento
de novas tecnologias para atendimento da demanda residencial e comercial. Neste contexto, o
objetivo geral da pesquisa consistiu na elaboração de um estudo para demonstrar que matriz
energética alternativa, no caso específico à energia solar, pode gerar economia para a
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba (PR).
2. Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica – PROCEL
Uma importante alteração ocorreu no princípio da década de 80, no século passado, quando se
observa a mudança de foco com a questão energética no Brasil. Os esforços, até então, primavam
pela expansão da oferta de energia com vistas a atender a demanda do crescimento econômico,
entretanto, a falta de recursos para financiamento de construção de novas unidades de geração,
somados as crescentes preocupações com a escassez de recursos naturais, levou o governo federal
a repensar suas estratégias, passando a contemplar maior preocupação com a eficiência energética
que está diretamente ligada ao aspecto da conservação de energia. De acordo com Martins
(1999), eficiência energética pode ser entendida como o conjunto de práticas e políticas, que
reduza os custos com energia e/ou aumente a quantidade de energia oferecida, sem alteração da
geração.
Do ponto de vista do setor elétrico, o uso eficiente de energia elétrica diminui a necessidade de
expansão do parque instalado, postergando investimentos necessários para o atendimento do
mercado consumidor: “o custo médio da energia conservada é estimado em 0,024 US$kWh
inferior ao custo de expansão do setor elétrico, situado em 0,047 a 0,1000 US$kWh” (ALVAREZ
E SAIDEL, p.1, 1998).
No Brasil, a preocupação com a conservação de energia não é recente e segundo Jannuzzi (2002),
o país vem apoiando iniciativas de melhoria no uso final de energia elétrica desde 1985 com a
criação do Programa de Conservação de Energia Elétrica - PROCEL, tendo a ELETROBRÁS
2
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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
como sua secretaria-executiva e principal órgão implementador de suas atividades. Em 18 de
julho de 1991, o PROCEL foi transformado em Programa de Governo, tendo sua abrangência e
responsabilidades ampliadas. Dentre as diversas iniciativas do PROCEL, cabe destacar suas
ações em Prédios Públicos Federais, Estaduais e Municipais; implantando projetos-piloto com
potencial de replicação em larga escala, incentivando ações de sensibilização, capacitação,
divulgação de projetos-demonstração, bem como buscando parcerias com outros setores a fim de
promover a eficiência energética. Em 2005 estavam cadastrados junto ao ´PROCEL, 14.800
prédios públicos. (PROCEL, 2005).
3. Eficiência Energética em Edificações Públicas: A Comissão Interna de
Conservação de Energia Elétrica.
Para melhor gerenciar a utilização da energia nas edificações públicas, ao tomar decisões, os
gestores devem dispor de panorama abrangente das possíveis intervenções, priorizando
procedimentos de potencial redução de consumo e demanda, bem como efetuar análise de retorno
dos investimentos aplicados em novas tecnologias, que no caso de instituições públicas, as
economias geradas podem ser investidas para melhorar seu objetivo funcional.
O PROCEL iniciou ações de economia de energia em prédios públicos em 1997, e uma de suas
importantes iniciativas foi à criação das Comissões Internas de Conservação de Energia - CICE,
que foram implantadas em órgãos da administração federal cujo consumo anual de energia
elétrica supere 600 mil kWh/ano. O PROCEL tem como principal objetivo, otimizar o uso
racional de energia elétrica, para tanto atuando fortemente em programas de combate ao
desperdício, o que confere as CICE´s, um papel estratégico expressivo.
3.1. A Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba (PR)
A Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR possui seis campis localizados em
diversas cidades do estado do Paraná. Contou em 2006 com cerca de 13.00 estudantes e
1.800 servidores (docentes e funcionários técnico-administrativos). O Campus Curitiba
(PR). Segundo dados da gerência de manutenção, possui área total construída de 48.000 m²,
distribuídas em 9,93% áreas de sala de aula, 34,61% laboratórios, 21,19% ambientes
administrativos e os 34,27% restantes distribuídos em outros ambientes como áreas
esportivas, salas de videoconferência, lazer etc.
3
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Krüger e Miranda (2001) destacaram que em termos de consumo de energia total por área
construída, o Campus Curitiba (PR) apresentava um consumo mensal de 4,87 kWh/m2 mês (em
2000). De acordo com dados da Gerência de Manutenção, em 2005 apresentava 4,25 kWh/m2,
tomando-se como referência a fatura do mês de agosto de 2005. Note-se que o perfil do Campus
Curitiba (PR) selecionado por centro de custo, é da ordem de 80% do consumo total de energia
elétrica, destinado à iluminação de ambientes, conforme mostrado na Figura 1 referência 2004.
Custo da Energia Elétrica
80.000,00
70.000,00
60.000,00
2001
2002
50.000,00
40.000,00
30.000,00
20.000,00
10.000,00
0,00
2003
2004
ov
N
Se
t
Ju
l
M
ai
M
ar
Ja
n
Potência (2003)
Figura 1 - Custo Médio da Energia Elétrica
3.2. O Uso de Energia Solar como Alternativa em Eficiência Energética
Dentre as possibilidades em uso alternativo de energia, surgem com vigor novas pesquisas para o
uso de aquecimento solar, visto que se trata de recurso natural disponível que devidamente
tratado, pode trazer benefícios interessantes a baixos investimento e manutenção. A energia solar
é uma fonte absoluta do planeta, e avaliando seu aproveitamento cotidiano para uso doméstico,
comercial e industrial, pode substituir parte significativa dos sistemas convencionais, com a
vantagem de não agredir o meio ambiente e ser renovável.
A Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento –
ABRAVA (2005), têm registrado crescimento de 20% ao ano no segmento, e fabricantes
apontam aquecedores solares como solução técnica e financeiramente viável para economia de
energia elétrica. A tecnologia vem sendo difundida, especialmente em uso residencial, hotéis,
hospitais, indústrias, centros esportivos e piscinas.
3.3. Aquecimento Solar em Piscinas
Considerando o perfil climático de Curitiba (PR), com muitos dias de tempo frio, o aquecimento
de piscinas, pode contribuir para aumentar o período de exercícios, lazer ou relaxamento durante
o ano todo, sem necessariamente que o projeto comporte a sua instalação em ambiente fechado.
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Independentemente do material utilizado na piscina, existe uma perda de 90% a 95% de calor
através da superfície da água, devido à evaporação, condução e convecção. Se a piscina for
devidamente coberta nas horas de não utilização, pode economizar em torno de 80% da energia
gasta para mantê-la aquecida.
Conforme resultado do Estudo de Viabilidade de Utilização de Aquecedores Solares Sob a Ótica
da Satisfação dos Consumidores de Curitiba (PR), realizado por Carvalho, Zaurski e Spisila
(2003), a partir de uma amostra de 36 usuários do sistema solar, todos residentes em Curitiba
(PR), do total de entrevistados, 75% concordaram que o sistema proporciona satisfação e
conforto e cerca de 95% consideraram satisfatória a relação custo-benefício, embora 42% tenham
julgado o sistema caro na implantação, se comparado com outras alternativas. Cerca 97% dos
entrevistados concordaram que o investimento nesta fonte de energia vale a pena e cerca de 94%
voltariam a escolher o sistema de aquecimento solar.
Dados da mesma pesquisa indicaram que entre as razões de satisfação com o sistema de
aquecimento solar destaca-se a economia, com 86% das respostas. Cerca 78% dos entrevistados,
responderam que obtiveram redução de consumo de gás e/ou eletricidade após a implantação do
sistema.
Carvalho, Zagurski e Psisila (2003), na mesma pesquisa, fizeram um levantamento de dados
junto a nove fornecedores ou mantenedores de sistemas de aquecimento de água e verificaram
que 67% dos entrevistados observam a importância do ângulo da instalação do coletor solar
dentre outros elementos orientadores, entretanto, verificaram que pouco mais de 55,56% disse
realizar uma pesquisa sistemática sobre a incidência solar no local onde se pretende instalar o
coletor, o que demonstra pouco conhecimento sobre o assunto. Além disso, informações
relevantes como quantidades de dias de sol na cidade e qual o comportamento do sistema em dias
nublados são pouco conhecidos. Sobre o retorno do investimento 80% dos entrevistados,
profissionais de instalação ou manutenção, responderam que tal retorno ocorre geralmente no
intervalo de 1 a 4 anos, os 20% restantes não souberam ou não quiseram opinar.
4. O Estudo de Viabilidade Econômica Financeira para a Implantação de Aquecedor Solar
na Piscina da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Curitiba (PR)
A alimentação primária da UTFPR Campus Curitiba (PR) é em alta tensão 13,2 kV e pertencente
ao subgrupo A4. A tarifa adotada pela instituição, na pesquisa, é a horo-sazonal azul, sendo a
faixa horária com tarifa de ponta entre as 18 e 21 horas, conforme determinado pela
concessionária de energia local COPEL. Os custos de consumo de demanda, conforme subgrupos
de consumidores e Resolução nº. 284-I vigência para adimplentes a partir de 01/01/04. Para tarifa
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Consumo Horo-Sazonal Azul, Subgrupo A4 (2,3 a 25 Kv), na Ponta Seca tem seu custo em R$
156,00, e na Ponta Úmida R$ 144,31. Os custos Fora de Ponta Seca R$ 75,57 e úmida R$ 66,92.
O cálculo do preço médio anual de energia elétrica foi realizado pela soma dos faturamentos dos
consumos e das demandas de cada horário e dividido pela soma das leituras dos respectivos
horários. Na Tabela 1 é possível visualizar os preços médios para os horários de ponta e fora de
ponta, bem como o preço médio total que é a média ponderada dos dois preços, tomando-se como
referência a série histórica de 2005.
VALORES
PARÂMETROS
Ponta
Fora de Ponta
Total
Faturamento de Consumo (R$)
68.320,13
200.011,10
268.331,22
Faturamento de Demanda (R$)
230.004,07
75.336,82
305.340,89
Leitura (kWh)
300.999
1.788.365
2.089.364
Preço Médio Anual (R$/kWh)
0,9911
0,1540
0,2586
Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005)
Tabela 1 - Preço Médio do kWh para UTFPR Campus Curitiba (PR)
4.1. Especificação Técnica do Sistema de Aquecimento Solar.
Foi escolhido um equipamento coletor de captação solar SC-301 do fabricante Sigmatec, como
referência para a verificação da viabilidade do projeto. O cálculo do menor índice de radiação
solar faz-se necessário para determinar o número de horas anuais em 2004 que seriam válidas
para a utilização do aquecedor solar da piscina da UTFPR. Para o sistema de aquecimento solar
especificado, em cada m2 deverá incidir 22,13 W de radiação solar para que o sistema não
dependa de equipamentos auxiliares de aquecimento. Foi levado em consideração, o horário que
registra radiação solar mínima igual ou superior a 25W/ m2. Quanto aos aspectos climáticos da
cidade de Curitiba (PR), a radiação solar é suficiente para viabilizar o aquecimento de água pelo
uso de sistema solar, pois o índice supera perfeitamente o de outras capitais importantes como
Florianópolis e Belo Horizonte. (SIQUEIRA, DOMBEK E SPISILA, 2005)
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Figura 2 - Modelos de Sistemas de Aquecimento Solar Atual e Proposto
4.2. O Modelo Híbrido Proposto
No modelo híbrido proposto, conforme mostrado na Figura 3, é eliminado o Sistema de
Aquecimento a Gás, permanecendo os tocadores de calor (bombas de calor) e adicionado o
sistema de Aquecimento Solar como sistema principal. O Sistema de Aquecimento Solar
proposto utiliza 46 coletores com área total de 253 m ² de captação solar e com vazão máxima de
46.000 litros de água / hora.
4.3. Considerações Gerais sobre o Sistema de Aquecimento Solar Proposto
A Tabela 2 mostra os custos por tipo de sistema de aquecimento. Observa-se o menor custo sendo
o custo de aquecimento solar.
Tipo de Aquecimento
Custo Mensal (R$)
Gás
6.396,00
Elétrico
10.464,46
Trocador de Calor
1.217,23
7
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Solar
182,70
Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005)
Tabela 2 - Custo energético mensal por tipo de aquecimento
O Sistema proposto por Siqueira, Dombek e Spisila (2005), compreende aquecimento Trocador
de Calor + Aquecimento Solar como sistema auxiliar, este dimensionado para aproximadamente
40% do sistema de aquecimento e aquele respondendo por 60% do total do sistema conforme
Tabela 3.
Sistema
Custo Total mensal
Proporção (%)
Custo Proporcional (R$)
Solar
182,70
61,64
112,62
Trocador de Calor
1.217,23
38,36
466,93
Total
579,55
Fonte: Siqueira, Dombek e Spisila (2005)
Tabela 3 - Custo do sistema de aquecimento híbrido proposto
4.4. Considerações gerais sobre a viabilidade econômica para a implantação de um Sistema
de Aquecimento Solar na Piscina da UTFPR Campus Curitiba (PR)
O investimento previsto para implantação do sistema proposto é cerca de R$ 85.000,00. Verificase que os resultados são altamente favoráveis, apresentando retorno do investimento em torno de
cinco anos, tomando-se como referência um período de 10 anos. O custo do kWh utilizado nos
cálculos foi de R$ 0,2586, ano base 2004, para o perfil de consumo energético das instalações da
UTFPR, Campus Curitiba (PR). Estas considerações são mostradas na Tabela 4.
Descrição
Trocador de
calor+Solar
Descrição
Trocador de
calor+Solar
2005 (R$)
13.288,20
2006 (R$)
15.306,43
2007 (R$)
17.632,59
2008 (R$)
20.313,84
2009 (R$)
23.404,58
2010 (R$)
2011 (R$)
2012 (R$)
2013 (R$)
2014 (R$)
26.967,60
31.075,31
35.811,24
41.271,82
47.568,26
8
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Fonte: Adaptado de Siqueira, Dombek e Spisila (2005)
Tabela 4 - Retorno do Investimento (economia gerada por ano) para o Sistema Híbrido Proposto
Uma importante consideração, é que o desempenho do sistema deve ser complementado com
outras fontes de energia com o objetivo de suprir eventuais condições climáticas desfavoráveis e
não ocasionar desconforto térmico ao usuário. No projeto optou-se por manter as bombas de calor
existentes e re-alocar o sistema a gás para outro local.
A utilização de matrizes energéticas alternativas em prédios públicos é viável e pode trazer
retornos rápidos à instituição. As CICE´s dos órgãos governamentais que disponham de
construções com piscina podem analisar o projeto e replicar essa experiência ou utilizar seus
resultados em outras áreas onde haja necessidade de água aquecida. Esta ação contribui de forma
significativa para a economia de energia elétrica e, por conseguinte, de recursos financeiros
nessas organizações.
5. Considerações Finais.
O uso racional da energia elétrica pode fazer a diferença num quadro de não investimento no
Setor Elétrico, contudo, há a exigência de aportes de capital, ainda que de menor porte, para
implementação de soluções de economia de energia elétrica. Além de recursos financeiros, há
necessidade de no mínimo um planejamento de médio prazo e quebra da cultura de acomodação
de alguns setores.
Neste contexto, a pesquisa evidenciou que o PROCEL é parte significativa de resposta ao
problema da eficiência energética, principalmente em prédios públicos.
O uso de aquecimento solar como alternativa em eficiência energética, para o caso da piscina da
UTFPR - Campus Curitiba (PR), demonstra que o projeto é viável, inclusive servindo de
benchmarking para outros órgãos públicos e empresas privadas com características similares.
Referências
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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
ALVAREZ, A.L.M., SAIDEL, M.A. Uso Racional e Eficiente de Energia Elétrica: Metodologia para a
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<http://www.teses.usp.br> Acesso em 25/08/2005
−
CENTRAIS ELÉTRICAS DO MARANHÃO - CEMAR Estabelecimentos Públicos. Disponível em:
<http://www.cemar-ma.com.br>. Acesso em 13/08/2005.
COMPANHIA ENERGÉTICA DE MINAS GERAIS – CEMIG. Disponível em: <http://www.cemig.com.br>
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http://www.fbds.org.br>. Acesso em 07/07/2005.
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JANNUZZI, G. M. Aumentando a eficiência nos usos finais de energia no Brasil. Trabalho apresentado no evento
Sustentabilidade na Geração e uso de Energia, UNICAMP, 18 a 20 de fevereiro de 2002.
KRÜGER, E. L.; MIRANDA, P. L. C..; CERVERLIN, S. Otimização do consumo de eletricidade em uma
instituição de ensino. Eletricidade moderna. São Paulo, v.335, p.196-215, 2002.
PROCEL PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO
<http://www.eletrobras.com.br> Acesso em 03/08/2005.
DE
ENERGIA.
Disponível
em:
SIQUEIRA, J. C. S.; DOMBEK, M. A.; SPISILA, M. Estudo da Viabilidade de Utilização de Aquecedores
Solares no Setor de Serviços da Região de Curutuba (PR). Curitiba: 2005.
VERDE, V. S. V. V. A Conservação de Energia Elétrica no Novo Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro.
Rio de Janeiro: 2000.
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