AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE TELEGERENCIAMENTO EMPREGANDO LUMINÁRIAS LED DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA

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AVALIAÇÃODEUMSISTEMADETELEGERENCIAMENTOEMPREGANDOLUMINÁRIASLED DEILUMINAÇÃOPÚBLICA

FERNANDO J.NOGUEIRA,IGOR D.MELO,LUIZ H.GOUVEIA,CRISTIANO G.CASAGRANDE,HENRIQUE A.C. BRAGA E DANILO P.PINTO

NIMO - Núcleo de Iluminação Moderna, Universidade Federal de Juiz de Fora 36036-900, Juiz de Fora, MG, Brasil.

E-mails: fernando.nogueira@engenharia.ufjf.br, danilo.pinto@ufjf.edu.br AbstractThe main purpose of this paper is to analyze the performance of LED luminaires and to analyze the remote management inte-grated into them. These luminaires come with a remote monitoring system based on ZigBee protocol, and it allows wireless communication using GSM / GPRS, the most used technology around the world provided by mobile network operators. With photometric tests, electrical and performance analysis of the luminaires in according to the standards, this paper aims to study the operation of the whole system in a pragmatic way and to evaluate the actual performance and the possible positive and desired results on the public lighting system.

Keywords  LEDs, LED luminaires, Street Lighting, Telemanagement Systems.

Resumo Este trabalho tem como objetivo principal a avaliação do desempenho de luminárias LED e o sistema de telegerenciamento

integrado a elas. Estas luminárias dispõem de um sistema de monitoramento remoto baseado no protocolo ZigBee, que permite comunica-ção sem fio utilizando os padrões GSM/GPRS, a tecnologia mais utilizada no país fornecida pelas operadoras de telefonia celular. Com testes fotométricos, elétricos e análises de desempenho das luminárias segundo normas vigentes, este trabalho pretende estudar o comporta-mento de todo o sistema de forma pragmática, visando avaliar a real eficiência e os possíveis e almejados resultados positivos sobre o siste-ma de iluminação pública.

Palavras-chave Iluminação pública, LEDs, Luminárias LED, Sistemas de Telegerenciamento. 1 Introdução

A busca por tecnologias mais eficientes em ter-mos de utilização da energia tem sido motivada por questões de natureza econômica e ambiental, visando o desenvolvimento sustentável. Os sistemas de ilu-minação artificial, em particular, representam um grande potencial de economia de energia elétrica. Estima-se que cerca de 30% de toda a energia elétri-ca gerada no mundo, seja utilizada para a produção de iluminação artificial (POLONSKII, 2008). Portan-to, alternativas que apresentem redução do consumo de energia elétrica em sistemas de iluminação são muito importantes, já que podem produzir significa-tivos impactos econômicos e ambientais.

No caso da iluminação pública, tradicionalmente tem-se utilizado lâmpadas de descarga em alta pres-são. Nos últimos 50 anos, essas lâmpadas se mostra-ram como soluções mais eficientes, se comparadas com as lâmpadas incandescentes ou fluorescentes, suas antecessoras. Porém, tanto no caso das lâmpadas que se baseiam na incandescência, como das que se baseiam na descarga elétrica em gases, o processo de produção da luz está associado à elevação da tempe-ratura, o que acaba provocando elevadas taxas de perdas (ŽUKAUSKAS, 2002).

O uso dos diodos emissores de luz (ou LEDs, do inglês, lighting emitting diodes) na iluminação tem representado um grande avanço tecnológico nos últimos anos. Diversos estudos recentes apontam para a utilização dos LEDs na iluminação pública (ALMEIDA, 2011; MAGGI 2013; RODRIGUES, 2012). Características como elevada eficácia lumino-sa (até 150 lm/W), longa vida útil (até 100.000 ho-ras), elevada resistência mecânica, alto índice de reprodução de cor (acima de 70%), possibilidade de

dimerização da intensidade luminosa e capacidade de emissão de luz branca são fatores que contribuem para a aplicação dessa tecnologia em iluminação pública (RODRIGUES, 2012). Além disso, são dis-positivos que causam menos danos ao meio ambien-te, por não apresentarem gases tóxicos em seu interi-or, como os encontrados em alguns modelos de lâm-padas de descarga.

A utilização de luminárias empregando LEDs associada a tecnologias capazes de fazer o telegeren-ciamento de luminárias e componentes ligados à iluminação pública podem representar um grande impacto econômico nesse setor.

O funcionamento de um sistema de telegerenci-amento é baseado no controle e gestão a distância dos pontos de luz, sendo possível efetuar o controle do fluxo luminoso das luminárias (reduzindo gastos com consumo de energia), verificar em tempo real a condição de cada ponto de iluminação (consumo, vida útil, pontos apagados) e gerar relatórios infor-mando possíveis problemas de funcionamento e danos sofridos nos componentes do sistema de ilu-minação, agilizando assim os processos de manuten-ção (VAZ, 2010; SECA 2013).

Este trabalho trata da avaliação de um sistema de telegerenciamento empregando luminárias LED de iluminação pública. Avaliações elétricas e fotométri-cas serão realizadas segundo recomendações norma-tivas nacionais e internacionais a fim de se verificar o funcionamento do sistema. Além disso, uma avalia-ção econômica será efetuada a fim de verificar qual a economia gerada pela implantação de um sistema de telegerenciamento empregando 150 luminárias LED que irão substituir luminárias com lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão no anel viário central da Universidade Federal de Juiz de Fora.

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2 Sistemas de Telegerenciamento Aplicados em Iluminação Pública

Os sistemas de telegerenciamento são ferramen-tas utilizadas com o intuito de gerir, controlar e mo-nitorar redes de iluminação pública. Esses sistemas de telecomunicações permitem gerir as luminárias individualmente ou em grupo, fazendo pleno uso dos seus parâmetros operacionais (GODOY, 2009). Com isso, é possível ter acesso à condição de cada ponto de iluminação, com informações de consumo, tempo de utilização, ocorrências de defeitos, parâmetros elétricos de funcionamento, entre outras informações. Também é possível atuar diretamente no funciona-mento do ponto de iluminação, efetuando-se o acio-namento ou desligamento da luminária, e controle do fluxo luminoso, ajudando na eficiência do sistema de iluminação (VAZ, 2010).

Os sistemas de telegerenciamento mais aplicados são aqueles que trabalham através de comunicação via cabo (ou PLC, do inglês Power Line Comunnica-tion) e os que trabalham através de comunicação via rádio frequência (VAZ, 2010). O sistema empregan-do PLC utiliza os cabos da própria rede elétrica em que estão ligadas as luminárias para se comunicar com o centro de controle, utilizando modulações de onda a uma determinada frequência. Já o sistema empregando radiofrequência pode fazer a comunica-ção da luminária com o centro de controle através de uma rede wireless (sem fio). Ambos têm seus centros de controle ligados a uma central de monitoramento, que possui um software que se comunica com os centros de controle geralmente através de protocolo TCP/IP ou rede GSM. Sistemas de telegerenciamento modernos permitem receber informações ou enviar comandos através de dispositivos pessoais como celulares, tablets e notebooks (SCHRÉDER 2013).

O uso de uma ou outra tecnologia deve estar as-sociado à disponibilidade financeira dos responsáveis pela implantação do sistema, quantidade de pontos de iluminação, distância entre os pontos, limitações geográficas (tipo de terreno, relevo, vegetação), faci-lidade ao acesso à rede elétrica nos pontos de luz, entre outras características. (SECA, 2013).

A Figura 1 mostra um sistema de telegerencia-mento da iluminação pública utilizando comunicação cabeada via PLC e outro utilizando radiofrequência.

Figura 1. Diferença de instalação usando PLC e radiofrequência (NEVES, 2013).

Lâmpadas de iluminação pública no sistema convencional são oferecidas com saídas em watts fixas, podendo produzir na prática níveis de lumino-sidade incorretos ou sobredimensionados para deter-minados tipos de ambiente. Isso ocorre devido à limitação dos valores de potências oferecidos para determinados tipos de lâmpadas. Uma das caracterís-ticas mais importantes de um sistema de telegerenci-amento é o controle do fluxo luminoso emitido pela fonte luminosa.

Para que o controle da regulação do fluxo lumi-noso seja efetuado corretamente, deve-se contar com o suporte de uma tecnologia que possa ser dimerizá-vel, ou seja, que permita a mudança e controle do fluxo luminoso sem afetar o seu funcionamento. Este fato torna os LEDs atraentes para os sistemas de telegerenciamento, uma vez que já existem no mer-cado luminárias dessa tecnologia capazes de serem controladas de forma bem eficiente nesse sentido, sem serem afetadas no ponto de vista elétrico e foto-métrico pelos contínuos ajustes no fluxo luminoso emitido (SCHREDER, 2013).

As principais vantagens da utilização de um sis-tema de telegestão em iluminação pública empregan-do LEDs são: elaboração empregan-do mapa contenempregan-do os pon-tos de luz distribuídos em determinada região, o que facilita o monitoramento desses pontos e do sistema como um todo; possibilidade de dimerização de cada um dos pontos de iluminação, o que pode diminuir a poluição luminosa e aumentar a vida útil da luminá-ria LED, além de possibilitar menor consumo de energia elétrica em horários de menor tráfego de veículos e pedestres; melhora nas operações de ma-nutenção, pelo fato de um ponto com defeito ser imediatamente identificado; contribuição na previsão de compras para reposição, uma vez que é possível fazer um acompanhamento da vida útil de cada ponto de iluminação; redução nos custos de manutenção, devido ao fato de não serem mais necessárias equipes noturnas que buscam pontos de iluminação defeituo-sos; acesso em tempo real das informações sobre o funcionamento de cada ponto de iluminação (como potência, tensão, fator de potência, etc.), entre outras (SANTOS, 2011).

A principal desvantagem é que a implantação da telegestão aumentaria ainda mais o custo de um sis-tema a LEDs, que já é elevado devido ao custo das luminárias. Porém, se todo o sistema for projetado de acordo com os requisitos previstos nas normas vigen-tes, a economia proveniente do menor consumo de energia e da menor necessidade de manutenção pode amortizar o investimento ao menos dentro da vida útil das luminárias LED (BRAGA, 2013).

3 Luminárias LED de Iluminação Pública

A estrutura simplificada de uma luminária LED aplicada nos sistemas de iluminação pública é com-posta basicamente por quatro partes, como pode ser visto na Figura 2: LEDs, estrutura óptica, carcaça (com dissipador) e driver.

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Dissipação

LEDs _Óptica

Driver Carcaça

Rede

Figura 2. Estrutura simplificada de uma luminária LED de iluminação pública

Os LEDs mais aplicados em iluminação são os PC-LEDs (Phosphor converted LEDs), que se divi-dem em dois grupos: LEDs de alto brilho, utilizados em dispositivos de baixa potência (correntes nomi-nais típicas de 20 mA) e os de alta potência, utiliza-dos em dispositivos de elevada potência (correntes nominais típicas de 300 mA até 1,5 A), sendo estes últimos os mais utilizados (RODRIGUES, 2011).

Devido ao pequeno ângulo de abertura do feixe luminoso emitido pelos LEDs, as luminárias são dotadas de estruturas ópticas compostas por lentes, colimadores e refletores, que são responsáveis por melhorar a distribuição luminosa do LED.

O dissipador de calor geralmente compõe a es-trutura da carcaça. A eses-trutura de dissipação de calor é responsável por fazer a transferência de calor gera-do pela junção gera-dos LEDs para o ambiente de forma rápida e eficiente, para não prejudicar a vida útil do LED.

O driver é o dispositivo eletrônico responsável por adequar o nível da corrente de alimentação nos LEDs. Além de prover o correto funcionamento dos LEDs, o driver também pode incorporar uma série de outras funcionalidades (como dimerização, teleco-municação, etc.) de forma a adequar a luminária a um sistema de telegerenciamento.

4 Sistema Avaliado

A Owlet é uma empresa alemã sediada em Mainz, que desenvolve um sistema de redução de fluxo luminoso com recurso a ZigBee, em parceria com a empresa de iluminação Schréder.

O sistema se assenta numa tipologia em estrela, no qual a rede é self-healing. Isso quer dizer que a rede de comunicações tem a capacidade regenerativa de encontrar o caminho mais eficaz para a comunica-ção entre os nós que a integram e que a falência de um nó não influencia no comportamento normal dos nós restantes. O sistema desenvolvido pressupõe a existência de um concentrador e gestor da rede ZigBee, que é designado por SeCo (Segment Con-troller), e de equipamentos terminais de controle individualizado para cada ponto de iluminação. De acordo com a especificidade do ponto de luz opta-se por equipamentos distintos: CoCo (Column Control-ler) para controlar dois pontos de luz instalados na mesma coluna, ou LuCo (Luminaire Controller) para controlar pontos de luz isolados (SCHRÉDER, 2013). Pelo LuCo, os parâmetros de corrente, tensão e potência são continuamente monitorados e

registra-dos. Além disso, para o caso de falha nos comandos de liga e desliga enviados pelo servidor da central de telegerenciamento, o LuCo possui um relógio astro-nômico interno, capaz de ligar a luminária após o pôr do sol e desligar a luminária após o nascer do sol.

O controlador de circuito avaliado, nomeado de SeCo pode administrar até 150 CoCos e LuCos. Ele coleta os dados através do sistema ZigBee e transmi-te através da Intransmi-ternet ao servidor de rede. A conexão com a Internet é feita através da rede GPRS ou 3G, possibilitando enviar e receber dados e comandos através de dispositivos remotos.

O servidor do Nightshift é baseado na lógica de sistemas abertos. A partir do servidor de rede e da página do sistema a monitoração do sistema é possí-vel acompanhar a localização dos pontos de luz em mapas geográficos, imprimir relatórios, configurar o sistema, criar curvas pré-programadas de dimeriza-ção das luminárias, enviar comandos de liga e desli-ga, verificar o funcionamento de cada luminária ou de um grupo de luminárias e seus principais compo-nentes, entre outras funções. Toda informação rece-bida é armazenada em uma base de dados MySQL, que é um sistema de gerenciamento de banco de dados bastante popular no mundo.

A luminária LED avaliada juntamente com o sis-tema de telegerenciamento é da linha Akila da em-presa Schréder. Sua concepção visa atender à ilumi-nação de vias públicas e área de pedestres, possuindo 144 LEDs dispostos em três módulos com 48 LEDs cada. Possui potência nominal de entrada de 230 watts e fluxo luminoso inicial de 25.600 lumens, sendo uma opção para lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão de 250/400 watts na iluminação de grandes ruas, avenidas e estradas. Dentre algumas outras características da luminária, destacam-se a possibilidade de dimerizá-la de 0% até 100% e a vida útil de 60.000 horas, considerando uma degradação de 10% do fluxo luminoso inicial. O controle de cada luminária é efetuado por seu respectivo LuCo em conjunto com o driver dimerizável Philips Xitanium LEDINTA 0530C, que engloba características de regulação da corrente de alimentação dos LEDs, sendo possível efetuar o controle de fluxo luminoso da luminária.

A configuração simplificada do sistema avaliado pode ser vista na Figura 3.

Figura 3. Sistema de telegerenciamento completo Owlet Nightshift (SCHRÉDER, 2013).

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5 Avaliação das Características Elétricas

A luminária LED Akila PSSG144LNW5096 foi submetida a testes em laboratório para avaliar seu desempenho quando o fluxo luminoso é variado de 100% até 10 %. Para isso foram analisados (alimen-tando a luminária em uma tensão nominal de 220V) os seguintes parâmetros:

 Corrente de entrada;  Potência de entrada;  Fator de potência;

 Taxa de distorção harmônica da corrente de en-trada (THDi).

O arranjo montado para efetuar os ensaios de de-sempenho elétrico é mostrado na Figura 4. A alimen-tação da luminária foi feita pela fonte de baixa dis-torção harmônica TENMA 7276-25, os parâmetros de potência de entrada, fator de potência e corrente de entrada foram obtidos através do Wattímetro de precisão YOKOGAWA WT-230, enquanto a visuali-zação das formas de onda de tensão e corrente de entrada, obtenção da taxa de distorção harmônica da corrente de entrada e a amplitude das correntes har-mônicas de entrada foram obtidas através do Osci-loscópio TEKTRONICS DPO 3014.

Os resultados de fator de potência foram avalia-dos seguindo a resolução 414 da ANEEL (ANEEL, 2010), ou seja, deve ser maior ou igual 0,92. A quan-tidade de correntes harmônicas geradas para cada nível de dimerização foi comparada com as exigên-cias da norma IEC 61000-3-2 Classe C (IEC, 2005). Estes resultados são mostrados na tabela 1.

Figura 4. Equipamentos utilizados nos ensaios de características elétricas da luminária LED avaliada.

Tabela 1. Dados de desempenho elétrico da luminária LED Akila.

Fluxo luminoso (%) Pin (W) Iin (A) Vin (V) FP THD (%) 100 237,3 1,105 220 0,975 8,04 90 234,4 1,095 220 0,974 8,38 80 218 1,033 220 0,971 8,29 70 205 0,963 220 0,969 8,86 60 171,7 0,816 220 0,958 24,3 50 140,6 0,678 220 0,941 34,2 40 110,7 0,548 220 0,921 36,3 30 80,9 0,424 220 0,867 58,1 20 49,9 0,333 220 0,678 145 10 28,8 0,291 220 0,453 222

É possível observar que a luminária LED avalia-da, para atender o fator de potência exigido pela ANEEL, não pode ter o fluxo luminoso controlado abaixo de 40%, uma vez que o fator de potência fica abaixo do limite permitido. Em 30 % percebe-se um valor (0,867) bem abaixo da exigência mínima, além de uma taxa de distorção harmônica de 58,1%.

Os gráficos das figuras 5 a 7 mostram as formas de onda de tensão e corrente de entrada para um controle de fluxo luminoso de 100%, 50% e 10% respectivamente. Percebe-se que em 10 % a forma de onda da corrente de entrada está bastante distorcida, ficando bem diferente da aproximação senoidal espe-rada. Nessas circunstâncias, a taxa de distorção har-mônica é extremamente elevada e o fator de potência muito reduzido.

Outro ensaio feito em laboratório foi a avaliação das amplitudes das correntes harmônicas de entrada em relação à corrente fundamental, com a luminária acionada em 100%, 50% e 10% do fluxo luminoso mostrado na Tabela 2. Pode ser notado que à medida que o fluxo luminoso diminui, aumenta-se a interfe-rência das correntes harmônicas, sendo notável em 10 % do fluxo luminoso que a terceira harmônica possui 56 % da amplitude da fundamental, valor bem acima do previsto na norma IEC 61000-3-2 Classe C, que limita a amplitude dos harmônicos da corrente de entrada para componentes de iluminação.

Figura 5. Tensão (azul) e corrente (vermelho) de entrada para 100% do fluxo luminoso.

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Tabela 2. Amplitude das correntes harmônicas da luminária LED para diferentes níveis de controle de fluxo luminoso.

Amplitude das Correntes Harmônica

Harmônicas 100% do fluxo 50% do fluxo 10% do fluxo 1(fundamental) 100% 100% 100% 3 6,76% 25,40% 56,60% 5 2,92% 1,47% 32,70% 7 1,85% 2,16% 20,60% 9 1,32% 0,53% 92% 11 1% 0,94% 38,40% 13 0,70% 2,56% 40% 15 0,70% 0,91% 23% 17 0,60% 0,69% 21% 19 0,70% 2,66% 19,5

Os gráficos mostrados nas Figuras 8 a 10 mos-tram as amplitudes dos harmônicos da corrente de entrada medidos nos três casos anteriores (10%, 50% e 100% do fluxo luminoso) em comparação com os limites estabelecidos pela norma IEC 61.000-3-2 (Classe C). Nesse caso, é possível observar que quando a luminária avaliada é acionada com 10% do seu fluxo luminoso, ela não cumpre os requisitos mínimos previstos pela norma.

Figura 8. Avaliação das correntes harmônicas com a luminária acionada com 100% do fluxo luminoso.

6 Avaliação das Características Fotométricas

Segundo a norma de iluminação pública NBR 5101 (ABNT, 2012), a classificação do anel viário central da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) é V3 (via urbana de interligação entre bairros com tráfego médio de veículos e tráfego elevado de pedestres). Logo, deve possuir uma iluminância média mínima de 15 lux, um fator de uniformidade mínimo de 0,2 e uma luminância média mínima de 1,00 cd/m2.

As avaliações fotométricas foram efetuadas a partir de medições práticas na via em questão. Foram feitas medições de iluminância média, uniformidade e luminância média utilizando a malha de inspeção apresentada na norma de iluminação pública NBR 5101. A via em estudo possui 7 m de largura e poste-amento em disposição unilateral com distância média entre os postes de 35 m, sendo que a altura de insta-lação das luminárias foi de 10 m. No caso em que duas luminárias foram instaladas, as medições foram realizadas entre o vão dos postes, como mostrado na Figura 11.

As medições foram feitas com os níveis de fluxo luminoso das luminárias ajustados em 100%, 80%, 60%, 40% e 20%. As iluminâncias foram obtidas com o luxímetro de precisão Optronik Digilux 9500 e as luminâncias com o luminancímetro LS-100 da Konica Minolta. A uniformidade é a relação entre a iluminância mínima e a iluminância média. Os resul-tados dessas medições são mostrados na Tabela 3.

Para os resultados mostrados na Tabela 3, perce-be-se que para o caso do anel viário central da UFJF, a luminária deve ter seu fluxo luminoso ajustado acima de 20% para atender os requisitos mínimos de iluminância média e luminância média, previstos na norma de iluminação pública NBR 5101.

35,0 m

Luminária LED Luminária

LED

Figura 11: Malha de inspeção de iluminância e luminância segundo NBR5101.

Tabela 3. Resultados de ensaio fotométrico realizado.

Fluxo Luminoso (%) Iluminância Mínima (lux) Iluminância Média (lux) Uniformidade Luminância Média (cd/m2 ) 100 19 37,67 0,50 2,65 80 17,5 34,25 0,51 2,45 60 15,2 30,25 0,50 2,00 40 10,5 20,39 0,51 1,39 20 4,5 8,85 0,51 0,59 7,0 m

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Para os casos em que as luminárias tiveram o fluxo luminoso ajustado em 100%, 60% e 20%, fo-ram gerados os gráficos de iluminância ponto a ponto na via em questão, mostrados nas Figuras 12 a 14. As setas em negrito representam a localização dos postes com as luminárias. Nesse caso, é possível observar para o nível de fluxo luminoso ajustado em 20%, que a luminosidade na parte central do vão entre os pos-tes fica prejudicada, o que pode ser percebido devido aos afundamentos mostrados no gráfico de iluminân-cia ponto a ponto da Figura 12.

Portanto, nas possibilidades de se aplicar um sis-tema de telegerenciamento para controlar o fluxo luminoso das luminárias LEDs, a partir de comandos dados a distância, pode-se notar nas análises dos resultados elétricos e fotométricos efetuados, que as normas são atendidas até certo ponto. A Tabela 4 mostra para quais níveis de fluxo luminoso as nor-mas NBR 5101, IEC 61.000-2-3 Classe C e resolu-ção 414 da ANEEL são ou não atendidas, de acordo com os resultados obtidos.

Figura 12. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a ponto para 20% do fluxo luminoso Unidade no plano em metros.

Figura 13. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a ponto para 60% do fluxo luminoso. Unidade no plano em metros.

Figura 14. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a ponto para 100% do fluxo luminoso. Unidade no plano em metros.

Tabela 4. Normas atendidas pela Luminária LED para diferentes níveis de variação de fluxo luminoso.

Fluxo Luminoso (%) Norma IEC 61000-3-2 Resolução 414 ANEEL NBR 5101 100 Ok Ok Ok 80 Ok Ok Ok 60 Ok Ok Ok 40 Ok Ok Ok

20 Não atende Não atende Não atende

Sabendo que para o nível de fluxo luminoso ajustado em 30%, o fator de potência fica abaixo de 0,92, para que a luminária em questão possa ser ins-talada atendendo as normas vigentes para o tipo de via em questão apresenta na UFJF, recomenda-se que o fluxo luminoso mínimo seja de 40%.

7 Dificuldades encontradas durante a Avaliação do Sistema de Telegerenciamento

Deve ser admitido que em toda nova transição de sistemas que envolvam novas tecnologias há pro-blemas relacionados ao uso ou manuseio de equipa-mentos e softwares. Esta seção tem como objetivo discutir alguns dos problemas encontrados durante o período de dezembro de 2013 a fevereiro de 2014, enquanto os equipamentos foram monitorados no Campus da UFJF.

O problema mais comum foi o não acendimento das luminárias em alguns dias, quando estas foram programadas automaticamente para acender após o por do sol. Nesse caso, observou-se que o relógio astronômico do controlador da luminária não estava funcionando adequadamente, sendo necessário mui-tas vezes enviar comandos manuais para as luminá-rias ligarem no período noturno.

O segundo problema mais notado foi o não rece-bimento dos comandos enviados pela interface do computador. Algumas vezes os comandos não che-gavam ou demoravam vários minutos para chegar, e nem sempre o mesmo comando chegava para todas as luminárias, sendo necessário o reenvio. Tais pro-blemas podem ser justificados pela instabilidade e problemas de cobertura da rede 3G no local em que as luminárias foram instaladas. Além disso, a própria arborização da universidade pode ter prejudicado a comunicação entre as luminárias, justificando o fato de algumas receberem os comandos e outras não.

Por fim, citam-se as limitações impostas ao uso da interface que permite o acesso à gestão das lumi-nárias. Muitas das possibilidades não puderam ser testadas, como a impressão de relatórios mensais contendo histórico de consumo de energia, e o acom-panhamento deste consumo. Outras funcionalidades como GPS integrado ao sistema e informação sobre possíveis defeitos nas luminárias foram mantidos, mas nem sempre foram condizentes com a realidade, indicando falta de comunicação enquanto a comuni-cação estava perfeita ou luminária danificada en-quanto estava em pleno funcionamento.

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8 Cálculo de retorno de investimento

A UFJF pretende implantar o sistema de telege-renciamento em todo o Campus, principalmente no anel viário central, onde o tráfego de veículos e pe-destres é maior.

Pretende-se deixar as luminárias ajustadas em 100% do fluxo luminoso das 18:00h horas às 00:00h (horário de maior movimento no campus), e a partir de meia noite até as 06:00h da manhã do dia seguin-te, reduzir o fluxo luminoso das luminárias para 40 %. Esse valor atende aos requisitos mínimos previs-tos nas normas NBR 5101 e IEC 61000-3-2 e na resolução 414 da ANEEL para a via em questão.

Um sistema contendo 150 luminárias LED Akila de 230 W tem um consumo mensal (30 dias), consi-derando um funcionamento de 6 horas diárias, de 6.210 kWh.

Considerando a tarifa horo-sazonal verde (valo-res referentes a dezembro de 2013) adotada pela Universidade Federal de Juiz de Fora, e sabendo que as luminárias trabalham 50% do tempo em horário de ponta (18:00h as 21:00h) e 50% do tempo fora do horário de ponta (21:00h as 0:00h), isto implica em um gasto mensal na conta de energia elétrica de (1):

GSLmês100 = CSL100 • (0,50Thp+ 0,50 Tfhp ) + (TD • PI) (1) Onde:

 GSLmês100: Gasto mensal do sistema LED com

fluxo luminoso ajustado em 100%;

 CSL100: Consumo sistema LED com fluxo

lumino-so ajustado em 100% (MWh);

 TD: Tarifa de demanda, incluso os encargos (16.346,00 R$/MWh);

 Thp: Tarifa do horário de ponta, incluso os encar-gos (1.479,00 R$/MWh);

 Tfhp:Tarifa fora do horário de ponta, incluso os encargos (182,56 R$/MWh);

 PI: Potência instalada do sistema em questão, número total de luminárias x potência da luminá-ria (MW).

Portanto, o gasto mensal com a luminária LED funcionando com 100% do fluxo luminoso na condi-ção descrita anteriormente é de R$ 5.723,08.

Se as 150 luminárias LED Akila forem ajustadas para funcionar com 40% do fluxo luminoso (por volta de 110W), seu consumo mensal (30 dias), para um funcionamento de 6 horas diárias será de 2.970,00 kWh.

Considerando novamente a tarifa horo-sazonal verde adotada pela Universidade Federal de Juiz de Fora, e sabendo que as luminárias LED funcionam 100% do tempo no horário fora de ponta (0:00h as 6:00h) ajustadas em 40% do fluxo luminoso, isto implica em um gasto mensal na conta de energia de (2):

GSL_mês40 = CSL40 • ( Tfhp ) + (TD• PI) (2) Onde:

 GSL_mês40: Gasto mensal do sistema LED com

fluxo luminoso ajustado em 40%;

 CSL40: Consumo do sistema LED com fluxo lumi-noso ajustado em 40% (MWh).

Assim, o gasto mensal com a luminária LED funcionando com fluxo luminoso ajustado em 40% é de R$ 1.106,14.

O gasto mensal do sistema empregando LEDs é a soma dos gastos entre os dois modos de funciona-mento da luminária, logo, o gasto mensal total será de R$ 6.829,22.

Por outro lado, se for considerado que o sistema atual possui 150 luminárias com lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão de 400 W, seu consumo mensal (30 dias), considerando 48 W de perda para o reator e funcionamento de 12 horas diárias, será de 24.192 kWh.

Em termos financeiros, considerando a tarifa ho-ro-sazonal verde adotada pela Universidade Federal de Juiz de Fora, e sabendo que as luminárias traba-lham 25% do tempo em horário de ponta, isso impli-ca em um gasto mensal na conta de energia elétriimpli-ca de (3):

GSS_mês= CSS • (0,25Thp + 0,75 Tfhp ) + (TD• PI) (3)

Onde:

 GSS_mês: Gasto mensal do sistema empregando lâmpadas de vapor de sódio;

 CSS: Consumo mensal do sistema empregando

lâmpadas de vapor de sódio (MWh).

Portanto, o gasto mensal com o sistema empre-gando lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão de 400W é de R$ 12.821,30.

Segundo o fabricante, o custo de cada uma das luminárias LED Akila é de R$ 4.200,00 (cotação efetuada em janeiro de 2014) e o custo do sistema de telegestão da Owlet é de R$ 12.000,00 para cada conjunto de 150 luminárias. Já o LuCo presente em cada luminária tem custo de R$ 1.333,00. Assim, o custo de implantação do sistema de telegerenciamen-to propostelegerenciamen-to é de aproximadamente 830 mil reais.

Considerando que a luminária LED não sofrerá defeitos durante toda sua vida útil (60 mil horas), a economia anual e o payback simplificado do sistema podem ser expressos por (4) e (5):

EcAnual 12



GSS mês_ GSL mês_



(4) ( ) _Anual Custo de implantação Payback anos Ec  (5) Portanto, a economia anual do sistema de ilumi-nação empregando luminárias LED telegerenciadas

(8)

comparado ao atual sistema empregando lâmpadas de vapor de sódio em ata pressão de 400 W é de R$71.904,96, resultando em um payback de aproxi-madamente 11 anos, dentro da vida útil das luminá-rias, que é de 60.000 horas ou 13 anos e 4 meses.

9 Conclusão

Caso o sistema de telegerenciamento do Owlet seja instalado no anel viário da UFJF, apenas obede-cerá à norma NBR 5101 se a luminária de 230 W proposta tiver seu fluxo luminoso ajustado acima de 40%, garantindo a iluminância mínima de 15 lux na via. Além disso, em valores abaixo de 30% do fluxo, a luminária avaliada não obedece à resolução 414 da ANEEL, possuindo valores de fator de potência inferiores a 0,92. Sendo assim, o sistema deve sem-pre operar em valores acima de 40% do fluxo lumi-noso.

Deve-se optar por um sistema wireless sabendo que possíveis interferências poderão ocorrer caso a arborização da universidade atrapalhe a comunicação entre as luminárias, além disso, uma avaliação sobre a cobertura da rede 3G na área em que o sistema vai ser instalado deve ser feita de forma a se evitar pro-blemas de comunicação com as luminárias.

A economia anual causada pela implantação do sistema de telegerenciamento depende do nível de dimerização que a luminária será ajustada. Para o caso da UFJF, em que há a pretensão de se usar a luminária com 100% do fluxo luminoso até meia noite, e a partir de então regular o fluxo luminoso para 40%, é possível perceber que o payback calcu-lado (11 anos) estará dentro do período de vida útil da luminária (60 mil horas ou 13 anos e 10 meses para um funcionamento de 12 horas diárias).

O sistema de telegerenciamento já é uma reali-dade em vários países e tem grande chance de se estabelecer no Brasil, diante da busca por novas tecnologias existentes, visando economizar com iluminação pública e ao mesmo tempo atrair turistas e investidores nas cidades que mostrem interesse pelo embelezamento de seu território. Os desafios encontrados pelo país em se adequar a essa nova tecnologia podem ser diversos e merecem ser estuda-dos amplamente, analisando principalmente o modo de instalação (usando PLC ou radiofrequência) para cada parte do vasto território brasileiro, levando em consideração a diversidade de relevo, clima e vegeta-ção do país.

Agradecimentos

Os autores desse trabalho gostariam de agrade-cer a empresa Schréder, por ter disponibilizado as luminárias LED e o sistema de telegerenciamento avaliados nesse trabalho.

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