International Scientific Journal – ISSN: 1679-9844 Nº 3, volume 13, article nº 4, July/September 2018 D.O.I: http://dx.doi.org/10.6020/1679-9844/v13n3a4
Accepted: 18/05/2018 Published: 30/09/2018
IMPACTO DO USO DE LAMPADAS LED, FLUORESCENTE E
INCANDESCENTE NO CONSUMO DE ELETRICIDADE EM SISTEMAS
DE REFRIGERAÇÃO
IMPACT OF THE USE OF LED, FLUORESCENT AND
INCANDESCENT LAMPS IN THE CONSUMPTION OF ELECTRICITY
IN REFRIGERATION SYSTEMS
André Ricardo Panesi1
1Instituto Federal de São Paulo, ricardopanesi@yahoo.com.br
Resumo - Instalações comerciais possuem matriz energética basicamente
distribuídas em sistemas de climatização, iluminação e sistemas de refrigeração, enquanto que para os sistemas de refrigeração a participação do consumo é de cerca de 25% da eletricidade no total. O objetivo do presente trabalho é verificar o consumo de electricidade em sistemas de refrigeração, propondo o estudo do impacto de diferentes tipos de lâmpadas utilizadas em câmaras frigoríficas. Experimentalmente foram testados o consumo de energia elétrica devido à carga térmica de três tipos de lâmpadas: fluorescente, incandescente e LED (light emitting diode). Os resultados confirmam que a utilização de lâmpadas fluorescentes ou de LED consome aproximadamente a mesma quantidade de energia elétrica devido à carga térmica, em comparação com a lâmpada incandescente.
Palavras-chave: Refrigeração, sistema de iluminação, energia elétrica
Abstract - Commercial facilities have energy matrix basically distributed in
HVAC systems, lighting and cooling systems, while to cooling systems to participate in consumption is about 25% of electricity in total. The objective of the present work is to check the electricity consumption in refrigeration systems, proposing the study of the impact of different types of lamps used in cold rooms. Experimentally they were tested the power consumption due
to thermal load of three types of light bulbs: fluorescent, incandescent and LED (light emitting diode). The results confirm that the use of LED or fluorescent lamps consume about the same amount of electric energy due to the thermal load as compared with the incandescent lamp.
Keywords: Refrigeration, lighting systems, electricity energy.
1. Introducão
Sistemas de refrigeração tais como geladeiras, câmaras frigoríficas ou balcões frigoríficos, necessitam de iluminação no interior desses equipamentos. Dessa forma essa iluminação acaba contribuindo para o consumo de energia elétrica junto com outros aparelhos como compressores, ventiladores ou bombas. Esse artigo tem como objetivo verificar a influência de três tipos de lâmpadas que podem ser usadas em sistemas de refrigeração e que consomem energia elétrica. As lâmpadas incandescentes já a muito tempo sabemos que causam excessiva geração de calor provocando dessa forma grandes cargas térmicas. Já a fluorescente que acabou substituindo as incandescentes sem dúvida consomem menos energia quando comparada a incandescente. Como as lâmpadas LED estão a cada dia ganhando espaço no mercado, torna-se dessa forma interessante saber se representa também alto consumo em sistemas de refrigeração quando comparadas por exemplo com as suas rivais incandescente com menores preços e as fluoresentes com os baixos consumos. Em geral, o consumo de energia elétrica em edifícios comerciais ou industriais baseia-se em sua matriz energética que indica informações sobre qual uso final está consumindo mais energia. Sistemas de iluminação são uma fonte de calor e representa um dos maiores custos operacionais em um ambiente refrigerado, os avanços na tecnologia de iluminação para ambientes mais frios fornecem um meio para reduzir o consumo de energia em até 50% proporcionando um retorno simples em menos de dois anos. Em geral, quanto maior é a potência da lâmpada, maior é a geração de calor e também maior a carga térmica a ser removida pelo
energia elétrica. Em instalações que utilizam sistemas de refrigeração, tais como supermercado, por exemplo, o consumo de energia elétrica pode chegar até 25%, como indica Panesi (2008). A rede de supermercados Sainsbury britânica (2015) adotou em seus armazenamentos de frio 15000 módulos de iluminação LED que reduziu o consumo de electricidade em cada equipamento de refrigeração em 75%. A empresa Vector Logística (2015) situada na Cidade do Cabo, decidiu substituir 107 lâmpadas de iodetos metálicos e lâmpadas halogenas por lâmpadas LED em armazéns para câmaras frigoríficas. Após as medidas de avaliação foi revelado que os LEDs possuem desempenho melhor do que o esperado no ambiente frio poupando, assim, 51kW de potência, o equivalente a 447MWh por ano. Apesar de iluminação LED possuir atualmente apenas uma pequena parte do mercado de iluminação comercial, esta tecnologia está se tornando cada vez mais freqüente. As vendas de LED deverão crescer a uma taxa extremamente alta durante a próxima década, e uma fase de crescimento próspero é inevitável no mercado de iluminação comercial e industrial. De acordo com Raghavan (2002) dois expositores refrigerados, um com o sistema de iluminação fluorescente tradicional e o outro com um protótipo de sistema de iluminação LED, foram colocados lado-a-lado num ambiente de laboratório. Medição de Iluminância feitas nos dois casos de exposição mostraram que a iluminação era mais uniforme com o sistema de diodo emissor de luz em comparação com o sistema tradicional fluorescente. Na revisão de Thumann et al. (2012) todos os sistemas de iluminação geram calor, calor esse que deve ser removido pelo sistema de refrigeração sendo que as temperaturas mais baixas reduzem a eficácia dos sistemas de iluminação. Deste modo, mais energia é necessária para gerar a iluminação desejada, que por sua vez, aumenta a carga sobre o sistema de refrigeração. De acordo Rauss et al. (2008) supermercados consomem cerca de 50 kWh por metro quadrado por ano em eletricidade correspondendo a 50% de consumo de eletricidade sendo que os balcões refrigerados entram com 30 a 40% desse total de consumo.
A fig.1 mostra o diagrama esquemático do experimento. A cãmara frigorífica é feita de poliestireno expandido com 50 litros de capacidade. A unidade de refrigeração utilizada corresponde ao ciclo de compressão de vapor operando com R-134a.
Figura 1- Montagem experimental. (1) evaporador, (2) válvula de expansão, (3) compressor, (4) condensador, (5) lâmpada, (6) câmara fria, (7) sensor de temperatura, (8) termostato (9) sensor de corrente.
A figura. 2 ilustra as lâmpadas utilizadas no experimento. A lâmpada incandescente e fluorescente possui potência de 15W enquanto que a de LED possui potência de 16W. Essa diferença de potência é devido a não haver no mercado lâmpada de LED de 15W.
Figura 2- Lâmpadas utilizadas
A unidade de medição consiste em um sensor de temperatura (LM35) com incerteza de ±0.5°C e um sensor de corrente com medições de até 30A baseado no princípio de efeito Hall. Sua sensibilidade é de 66 mV/A onde a tensão de saída corresponde à metade da tensão de alimentação (Vcc/2). Os sensores são ligados por uma placa Arduino que está em comunicação com um computador pessoal para o registro e gravações das medições.
3. Resultados
O procedimento experimental consiste em medir a temperatura da câmara para cada lâmpada durante uma hora, com o sensor de temperatura localizado no centro da câmara. Após uma hora é registrado o aumento de temperatura causado para cada tipo de lãmpada sendo que em seguida a unidade de refrigeração é acionada e a lâmpada desligada. O resfriamento é interrompido com a ação do termostato sendo registrado também a potência do compressor durante o processo de resfriamento,
dessa forma é possível conhecer a energia consumida pelo compressor necessária para realizar a retirada da carga térmica de cada lâmpada da câmara frigorífica.
3.1 Análise da temperatura
A curva de temperatura da câmara frigorífica durante a operação de aquecimento é mostrada na figura. 3. Pela figura fica evidente que a lâmpada incandescente sem dúvida proporciona maior aquecimento e por consequência maiores valores de temperaturas. Já as lâmpadas fluorescente e LED praticamente indicaram a mesma curva de aquecimento com valores de temperatura muito semelhantes
3.2 Análise do compressor
Na figura. 4, pode ser visto a curva de potência do compressor partindo com alta potência inicialmente e após um minuto potência decrescente devido praticamente ao torque inicial do motor. A figura corresponde ao consumo de energia devido a lâmpada incandescente com funcionamento aproximado em cerca de 18 minutos antes do acionamento do termostato. As lâmpadas fluorescente e LED apresentaram basicamente a mesma curva de potência e com um tempo de funcionamento do compressor cerca de 12 minutos antes da ação do termostato, como mostra a figura 5.
Figura 5- Curva de potência do compressor para as lâmpadas LED e fluorescente
Comparando os resultados, o consumo de energia, da lâmpada fluorescente e de LED, mostrou basicamente os mesmos valores por causa do aquecimento semelhante, enquanto a lâmpada incandescente mostrou o maior valor de consumo de energia. Com certeza, a questão maior era saber se a lâmpada LED consome menos energia do que a lâmpada fluorescente.
4. Conclusão
Esse artigo investigou o consumo de energia elétrica de um compressor de refrigeração devido a carga térmica de três lâmpadas diferentes. Foi observado que a lãmpada incandescente causou maior aquecimento na câmara frogorífica, como já era esperado, com temperatura alcançando cerca de 32°C após uma hora de funcionamento. As lâmpadas LED e fluorescente apresentaram praticamente os mesmos valores de temperatura na ordem de 28°C devido basicamente aos mesmos valores de carga térmica. Por outro lado o compressor apresentou para os três casos uma potência media de 785W proporcionando dessa forma uma maneira
simples de monitoramento do consumo de energia elétrica de equipamentos de refrigeração.
Referências
ANDERSON, T. D. Overview of LED lighting for refrigerated display merchandisers. International Refrigeration and Air Conditioning Conference. Purdue University, 2008.
Energy Efficient LEDs for Vector Logistics Cold Rooms. http://greygreen.co.za/energy-efficient-leds-for-vector-logistics-cold-rooms/ Acesso em sep 2015.
PANESI, A. R. Q. Eficiência energética em supermercados. In: 2º ENCONTRO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA DOS CAMPOS GERAIS, 2008, Campos Gerais.
Anais....2018. Disponível em:
http://www.pg.utfpr.edu.br/ppgep/anais/artigos/eng_elet_automacao/18%20EFICIENCIA %20ENERGETICA%20EM%20SUPERMERCADOS.pdf Acesso em 12 abr. 2016.
RAGHAVAN, R. NARENDRAN, N. Refrigerated display case lighting with LEDs. solid state lighting II: Proceedings of SPIE, 2002.
Rauss, D. et al. Cool retrofit solutions in refrigerated display cases. Summer Study on Energy Efficiency in Buildings. 2008.
Sainsbury Adopts LED Lighting for Cold Rooms.
http://www.newscenter.philips.com/pt_pt/standard/about/news/press/sainsbury-leds.wpd Acesso em sep 2015.
THUMANN, A. DUNNING, S. C. Lighting applications and case studies. Fairmont Press, Inc. 2012.
