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Eficiência Energética de Lâmpadas Tubulares

Lucas Antonio C. Vieira, Sérgio Ferreira de Paula Silva, Rodrigo Nobis da Costa Lima e Ezequiel Junio de Lima

Resumo Este artigo apresenta um estudo sobre a eficiência energética dos sistemas de iluminação comumente utilizados nos setores comercial e público, as lâmpadas tubulares. As análises estão centradas em comparações de rendimento entre lâmpadas tubulares T8, tecnologia antiga, tubulares T5, tecnologia mais recente, e as tubulares a LED, tecnologia moderna e com crescente demanda. Além dos aspectos técnicos, são apresentadas análises econômicas de forma a subsidiar os projetistas e profissionais da área.

Palavras-Chave - Eficiência Energética, lâmpadas

fluorescentes tubulares, iluminação, LED, retorno financeiro e Dialux.

I. INTRODUÇÃO

A utilização eficiente da energia elétrica é um conceito de caráter tecnológico voltado para o uso de processos e equipamentos que proporcionem uma elevada relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua realização. A conservação da energia, diferentemente do racionamento, não está relacionada à mutilação da qualidade de vida de seus usuários ou à redução da produção de insumos e serviços e sim, ao uso consciente, sem desperdícios.

O aumento contínuo da demanda de energia vem preocupando e se destacando no cenário mundial. As principais metas de um plano de eficiência energética são a preservação do meio ambiente e redução de despesas financeiras com energia, sejam elas na forma de perdas ou de deterioração de equipamentos.

De acordo com o balanço energético nacional (BEN, 2014) a principal fonte de geração de energia no Brasil é a energia hidráulica, que representa 70,6% do total das fontes disponíveis no país [1]. Em decorrência da escassez dessa principal fonte, em 2001, o Brasil enfrentou uma grande crise na geração de energia elétrica ocasionada pelas condições climáticas desfavoráveis. Com a necessidade de economizar energia elétrica, a substituição das lâmpadas incandescentes, usadas na época, pelas lâmpadas fluorescentes teve grande importância nesse processo devido a sua alta eficiência energética e consequentemente na economia gerada.

Atualmente, o Brasil vive novamente uma importante crise energética em decorrência das condições climáticas adversas. A Fig. 1 compara os níveis dos reservatórios atuais em relação ao ano de 2001, observa-se que de outubro em diante a situação está mais crítica em função da falta de chuva no período [2].

Lucas A. C. Vieira, lucasacampos94@gmail.com; Sérgio F. de Paula Silva, sergio@eletrica.ufu.br; Rodrigo N. C. Lima, rodrigonobis@hotmail.com; Ezequiel J. de Lima, delima.eletrica@gmail.com. Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Eficiência Energética – LEFE – da Faculdade de Engenharia Elétrica e parcialmente financiado pelo CNPQ.

Fig. 1. Comparação dos níveis dos reservatórios entre os anos 2001 e 2014, segundo o Operador Nacional do Sistema (ONS).

De acordo com o Balanço de Energia Útil (BEU) [3], as cargas de iluminação correspondem ao maior consumo de energia elétrica nos setores comercial e público, representando 41,83% e 49,72%, respectivamente. Assim, ações voltadas ao uso eficiente das fontes de energia luminosa nestes setores podem resultar em ganhos significativos, tanto financeiros quanto na qualidade da energia fornecida, resultantes do alivio dos sistemas de alimentação e distribuição.

Diante desta conjuntura, esse artigo procura analisar a viabilidade técnico-financeira da substituição das lâmpadas tubulares (modelo mais difundido nos setores comercial e público), por modelos de maior eficiência. Atualmente, os tipos de lâmpadas tubulares mais comuns são as fluorescentes e os LEDs (Light Emitting Diode - diodo emissor de luz). Como base para os estudos, será utilizado um ambiente real utilizado como sala de aula de uma universidade.

II. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE LÂMPADAS

Um sistema de iluminação é composto basicamente por uma lâmpada acoplada a uma luminária e, quando necessário, o acionamento é de responsabilidade do reator. Um bom sistema de iluminação deve analisar todos estes elementos além de considerar as características do ambiente a ser iluminado O presente trabalho tem como foco o principal item deste sistema, a lâmpada. Não obstante, sempre que necessário será feita menção à luminária ou ao reator.

A escolha da lâmpada adequada ao ambiente é de fundamental importância em um projeto luminotécnico. Os principais aspectos que devem ser observados pelo projetista na escolha da lâmpada são:

 Temperatura de cor – cor mais branca ou amarelada de acordo com a necessidade do ambiente;

 IRC – índice de reprodução de cores compatível com a tarefa desempenhada;

 Tipo da lâmpada (descarga, incandescente, mista, LED, etc.) – tamanho, vida útil, facilidade de manutenção, área do ambiente, tempo de religamento e aspectos decorativos também são importantes na correta especificação do sistema de iluminação;

 Eficiência energética – lâmpadas mais eficientes resultam em um menor consumo energético.

Os três primeiros fatores são puramente luminotécnicos, enquanto que o último, eficiência energética (K), correlaciona a potência luminosa, dada em lúmens (lm), com a potência elétrica em Watts (W), conforme indicado em (1).

𝐾 = 𝑙𝑚/𝑊 (1)

Este fator é útil para apurar se um determinado tipo de lâmpada é mais ou menos eficiente do que outra. Valores maiores de K são desejados, pois indicam que para produzir um mesmo fluxo luminoso é consumido menos energia elétrica.

As lâmpadas tubulares disponíveis para utilização em instalações comerciais, residenciais ou mesmo industriais são de descarga do tipo fluorescente ou a LEDs.

A tabela abaixo apresenta a eficiência energética de três lâmpadas tubulares equivalentes, ou seja, de tamanho (aproximadamente 60 cm) e utilização semelhantes. Estas lâmpadas serão utilizadas no estudo de caso.

TABELA I.COMPARAÇÃO ENTRE LÂMPADAS TUBULARES DE 60 CM.

Tipo Lm W K

Fluorescente T8* [4] 1050 16 68,75

Fluorescente T5* [5] 1200 14 85,71

LED T8 [6] 1029 9 114,30

* Indica o diâmetro da lâmpada: T8 = 8/8”; T5 = 5/8”

Do ponto de vista da eficiência energética, a fluorescente T5 (mais moderna) é superior à T8 (modelo mais antigo), uma vez que seu fator K é maior. Comparando a LED T8 com a fluorescente T5, a eficiência do LED, neste caso, é superior. Conforme apresenta a tabela abaixo, em lâmpadas de maior potência, é comum a T5 apresentar eficiência superior ao LED. Este fato também pode ocorrer para as lâmpadas da Tabela I, dependendo do fabricante e do modelo.

TABELA II.COMPARAÇÃO ENTRE LÂMPADAS TUBULARES DE 120 CM.

Tipo Lm W K

Fluorescente T8 [4] 2350 32 73,44

Fluorescente T5 [5] 2600 28 92,85

LED T8 [6] 1650 18 91,66

As características acima apresentadas variam bastante entre fabricantes e/ou mesmo entre modelos de um mesmo fabricante. Observa-se, também, que o fluxo luminoso do LED é inferior ao fornecido pela T5.

O método tradicional de cálculo de iluminação, denominado método dos lúmens ou método dos fluxos tem por finalidade principal determinar o número de lâmpadas necessárias para o ambiente, conforme (2).

𝑛 = 𝐸. 𝑆/(∅. 𝐹𝑢. 𝐹𝑓𝑙. 𝐹𝑚) (2)

Onde:

n – número de lâmpadas; E – iluminância média em lux; S – área do ambiente em m²;

ø – fluxo luminoso da lâmpada utilizada, em lúmens, lm; Fu – Fator de utilização da luminária;

Ffl – Fator de fluxo luminoso do reator e Fm – Fator de manutenção.

Neste método, o número de lâmpadas resultantes (n) é inversamente proporcional ao fluxo luminoso das lâmpadas (ø). Para atender aos requisitos mínimos de iluminamento (E) estabelecidos pela NBR ISSO/CIE 8995-1 [7], o sistema com lâmpadas LED tenderia a utilizar um número maior de lâmpadas.

Assim, será que a simples substituição de um sistema existente, com lâmpadas tubulares fluorescentes, por tubulares a LED mantém um nível de iluminamento equivalente? Na sequência, será apresentado um estudo de caso que tem por objetivo responder à questão acima.

Cabe ressaltar que as lâmpadas LED apresentam vantagens ambientais, pois não contêm metais pesados em sua composição, possuem elevada vida útil e não emitem radiação ultravioleta e infravermelha.

III. ESTUDO DE CASO

O edifício objeto do presente estudo possui quatro pavimentos, todos eles compostos por salas de aula. Todos os cálculos e considerações na sequência desconsideram os corredores e banheiros, centrando as análises nas salas.

Este tipo de ambiente exige condições de conforto térmico, acústico e visual adequadas. As características da iluminação são de suma importância, pois refletem diretamente no rendimento dos alunos e professores.

Para os cálculos luminotécnicos, será utilizado o Dialux [8], uma ferramenta computacional que utiliza o método ponto-a-ponto, (3). Este método é bastante preciso quando comparado com o método dos lúmens. Devido à quantidade de cálculos, a utilização desta metodologia carece do auxílio de ferramenta específica. 𝐸 = ∑ 𝐼(𝜃). 𝑐𝑜𝑠³𝜃 𝑁 1 /ℎ² (3) Sendo:

I() – intensidade luminosa no ângulo , em candelas, cd;

 - ângulo entre o ponto de luz e ponto onde se deseja calcular o nível de iluminamento;

h – altura do ponto luminoso ao ponto de cálculo; N – número de luminárias do ambiente.

A iluminância média (E) recomendada por [7] para uma sala de aula deve ser de no mínimo 300 [lm]. O local analisado possui 9 luminárias em seu interior, sendo que cada luminária é capaz de alocar 4 lâmpadas tubulares (de 60 cm), totalizando 36 lâmpadas. A Fig. 2 ilustra a planta baixa com as luminárias previamente distribuídas e modeladas no Dialux (retângulos na cor azul). Devido à característica do forro utilizado, as luminárias não estão uniformemente distribuídas.

As lâmpadas atualmente utilizadas são fluorescentes tubulares T8 (ver Tabela I). Os reatores que acionam estas lâmpadas são de baixo custo e possuem um fator de fluxo luminoso igual a 0,9. Portanto, o fluxo luminoso emitido a ser considerado para cada lâmpada deve ser reduzido para 945 [lm] (1050 ∙ 0,9).

Fig. 2 - Planta baixa da sala de aula.

Fig. 3 - Sala de aula criada no simulador.

A sujeira depositada sobre as lâmpadas e luminárias provoca uma redução do fluxo luminoso. O fator de perda de luminosidade depende do tamanho e natureza das partículas do ar poluente, do projeto das luminárias e das lâmpadas utilizadas nelas [7]. O ambiente analisado tem uma carga de poluição normal, ciclo de manutenção de 3 anos 2000h/ano de vida até a queima com substituição da lâmpada a cada 12.000 [horas]. De acordo com estas características o fator de manutenção do ambiente corresponde a 0,67.

A simulação da situação atual é de fundamental importância para a verificação dos dados de entrada no

software. Assim, após realizada a modelagem da condição

atual, foram realizadas medições in loco de forma averiguar a exatidão dos resultados obtidos.

Para tanto, foram necessários 81 pontos de medição, distribuídos uniformemente de acordo com a trama de cálculo indicada em [7]. A tabela que segue apresenta uma comparação entre os valores simulados e os valores medidos. O valor apresentado na parte de cima de cada célula representa a simulação computacional e os valores da parte de baixo os valores medidos, todos em lux.

A iluminância média obtida na simulação foi de 317 [lx], enquanto que o valor médio medido foi de 323 [lx]. Assim, os resultados obtidos na simulação são condizentes com os valores medidos, validando, portanto, a modelagem computacional.

TABELA III. COMPARAÇÃO ENTRE OS VALORES SIMULADOS E MEDIDOS.

153 156 197 176 210 211 218 215 222 211 224 209 228 240 233 215 243 214 219 224 302 272 309 294 310 334 331 305 327 318 321 352 341 320 361 290 224 248 297 277 313 347 320 352 328 304 328 332 328 353 331 326 322 301 224 268 284 251 304 343 313 369 312 307 314 301 318 377 304 302 272 270 292 321 355 311 353 402 351 428 368 353 364 382 354 423 350 342 320 295 319 329 354 302 350 403 350 400 363 352 359 368 351 404 342 348 311 283 296 297 317 293 324 391 331 393 327 301 326 340 327 400 306 327 273 272 327 364 371 335 367 388 365 397 376 364 369 332 357 392 349 360 315 300 330 349 384 330 375 401 367 403 387 377 379 336 362 402 360 350 320 273 A. Lâmpadas tubulares T5

Uma nova simulação foi realizada substituindo as lâmpadas atuais por lâmpadas mais modernas, as fluorescentes tubulares T5. Estas possuem um diâmetro inferior e consomem menos energia (14W), 12,5% a menos que a T8 e também apresentam um fluxo luminoso maior. Para o acionamento destas lâmpadas, foram utilizados reatores com alto fator de potência e baixa distorção harmônica, ideais para os circuitos de alimentação. Além dessas características, este reator possui fator de fluxo luminoso igual a 1, ou seja, não altera o fluxo luminoso da lâmpada.

A Tabela IV apresenta uma comparação entre os valores obtidos para a lâmpada T8 e T5. Os valores médios obtidos foram 19% superiores à T8 (378 [lx]), evidenciando a eficiência luminosa e energética desta lâmpada.

TABELA IV. COMPARAÇÃO ENTRE OS VALORES SIMULADOS PARA T5

(SUPERIOR) E T8(INFERIOR). 178 153 225 197 255 210 264 218 272 222 278 224 276 228 283 233 285 243 247 219 334 302 370 309 371 310 396 331 401 327 384 321 409 341 417 361 256 224 335 297 377 313 384 320 400 328 405 328 394 328 399 331 374 322 261 224 328 284 370 304 383 313 387 312 392 314 386 318 369 304 319 272 337 292 396 355 423 353 424 351 444 368 448 364 425 354 419 350 368 320 372 319 401 354 420 350 423 350 440 363 442 359 421 351 410 342 359 311 351 296 371 317 395 324 403 331 404 327 406 326 397 327 372 306 320 273 383 327 423 371 443 367 438 365 453 376 454 369 429 357 419 349 364 315 386 330 435 384 449 375 441 367 462 387 461 379 435 362 429 360 368 320

B. Lâmpadas tubulares LED T8

Por fim, as lâmpadas tubulares LED T8 (9W) foram modeladas no Dialux, novamente substituindo as T8 já instaladas. Estas lâmpadas possuem um fluxo luminoso inferior às tubulares fluorescentes consideradas neste trabalho, 1029 lúmens, frente aos 1.200 da T5. A Tabela V mostra os valores obtidos.

TABELA V. COMPARAÇÃO ENTRE OS VALORES SIMULADOS PARA LED

(SUPERIOR) E T8(INFERIOR). 171 153 233 197 239 210 241 218 263 222 258 224 250 228 269 233 270 243 242 219 352 302 351 309 344 310 388 331 381 327 354 321 392 341 406 361 254 224 353 297 360 313 360 320 392 328 385 328 366 328 385 331 366 322 255 224 344 284 352 304 354 313 378 312 370 314 355 318 358 304 313 272 330 292 421 355 405 353 398 351 438 368 430 364 397 354 409 350 370 320 364 319 421 354 403 350 398 350 434 363 424 359 394 351 402 342 360 311 338 296 383 317 377 324 375 331 395 327 386 326 367 327 362 306 316 273 372 327 438 371 423 367 412 365 447 376 434 369 402 357 408 349 364 315 375 330 450 384 430 375 414 367 456 387 443 379 406 362 420 360 369 320

A iluminância média obtida para o LED foi de 366 [lx], valor 15% superior ao obtido com a T8 e, portanto, superior ao limite estabelecido pela legislação vigente.

Diante dos resultados para uma mesma instalação, a tecnologia LED, mantem o nível de iluminamento e ainda consome menos energia elétrica.

Observa-se que, face aos dados obtidos, somente o cálculo da eficiência energética (K) apresentado na Tabela I não permite identificar a lâmpada de maior eficiência. Isto deve-se à forma de emissão do fluxo luminoso destas lâmpadas. Nas lâmpadas fluorescentes tubulares, o fluxo luminoso é produzido em todas as direções, sendo a luminária responsável por refletir o fluxo direcionado ao plano superior (teto) para o plano inferior (piso). Neste processo boa parte deste fluxo é perdida, seja pelo coeficiente de reflexão do material utilizado, por obstruções ou mesmo pela poeira depositada sobre as lâmpadas e luminária. Na tecnologia LED utilizada em lâmpadas tubulares, o fluxo luminoso total é direcionado para o plano inferior, evitando estas perdas, conforme ilustrado na figura abaixo.

Fig. 4 - Reflexão do fluxo luminoso nos modelos considerados.

Portanto, o cálculo da eficiência energética de lâmpadas tubulares simplesmente utilizando a relação W/lm da lâmpada pode conduzir a uma escolha não apropriada da lâmpada.

Além dos aspectos técnicos, a tomada de decisão de qual sistema adotar deve também considerar fatores econômicos, como custo de implantação, taxas de juros e tempo de retorno do investimento.

IV. ANÁLISE FINANCEIRA

Todo projeto necessita de recursos para ser implantado. Profissionais de engenharia sempre se deparam com situações nas quais precisam mostrar que um projeto trará bons resultados, o que exige conhecimento e técnicas adequadas de análise de viabilidade financeira. Os investidores providenciam os recursos para implantação de projetos e exigem em troca retornos adequados, que envolvem lucros, riscos, prazos, garantias e taxas de retorno [9].

Portanto, a definição de qual sistema utilizar, além de considerar os aspectos técnicos, deve observar os resultados financeiros dos mesmos.

As análises apresentadas na sequencia consideram o mesmo edifício da seção anterior, composto por 26 salas de aula, com 9 luminárias em cada, totalizando assim 936 lâmpadas (4 lâmpadas por luminária).

As análises referem-se ao custo de utilização (consumo de energia e manutenção) destas lâmpadas. O fornecimento de energia para o edifício em questão é feito em média tensão, portanto, o faturamento considera tanto a energia consumida quanto a demanda. De acordo com a distribuidora de energia, a tarifa fora de ponta, considerando os impostos, é de R$ 0,22772486, já a tarifa em horário de ponta é R$ 0,35907178 por kWh, enquanto que as tarifas de demanda são R$ 9,17146655 e R$ 32,10013292 por kW, respectivamente. Tais valores são válidos para dezembro de 2014 e foram retirados da fatura de energia do local.

Os cálculos financeiros também devem contabilizar o custo para substituição destas lâmpadas no tempo. O custo estimado de substituição foi de R$ 6,00 por lâmpada. Esta estimativa está baseada no custo da mão de obra local para substituição de todas as lâmpadas do edifício.

Outro custo a ser considerado é o valor de descarte. As lâmpadas fluorescentes, por conterem metais pesados em sua composição, carecem de um descarte apropriado. O custo estimado por lâmpada foi de R$ 1,50, valor atualmente pago pela universidade.

Por fim, o tempo de funcionamento diário é de 15h, sendo 12 horas no período fora de ponta e 3 horas na ponta. Em média, as salas de aula funcionam 20 dias por mês, por nove meses, totalizando 2.700 horas de funcionamento anuais, sendo 2.160h no período fora de ponta e 540h na ponta.

O cálculo do custo da energia anual de cada lâmpada é dado pelas equações abaixo:

𝐶𝐸𝐴𝐹𝑃 = [(𝑁 𝑥 𝑃𝐿 1000 × 2.160) 𝑥 𝑇𝐴𝐹𝑃] (4) 𝐶𝐸𝐴𝑃 = [(𝑁 × 𝑃𝐿 1000 × 540) × 𝑇𝐴𝑃] (5) 𝐷𝐹𝑃 = (𝑁 × 𝑃𝐿 1000 ) × 𝑇𝐷𝐹𝑃 × 12 (6)

𝐷𝑃 = (𝑁 𝑥 𝑃𝐿

1000 ) 𝑥 𝑇𝐷𝑃 × 12 (7)

𝐶𝐸𝐴 = 𝐶𝐸𝐴𝐹𝑃 + 𝐶𝐸𝐴𝑃 + 𝐷𝑃 + 𝐷𝐹𝑃 (8)

Onde:

CEAFP – custo da energia anual, fora de ponta [R$]; CEAP – custo da energia anual, horário de ponta [R$]; CEA – custo anual total da energia elétrica [R$]; DP – custo da demanda na ponta [R$]; TAFP – tarifa energia fora de ponta [R$/kWh]; TAP – tarifa energia na ponta [R$/kWh]; TDP – tarifa de demanda na ponta [R$/kW]; DFP – custo da demanda fora de ponta [R$]; TDFP – tarifa de demanda fora de ponta [R$/kW]; PL – potência de cada lâmpada [W];

N – número total de lâmpadas

O custo anual de cada lâmpada pode ser obtido por (9):

𝐶𝐴 = 𝐶𝐸𝐴 + 𝐶𝑇𝐿 + 𝐶𝑆 + 𝐶𝐷 (9)

Sendo:

CA – custo anual [R$/ano];

CEA – custo da energia anual [R$/ano]; CTL – custo total das lâmpadas anual [R$/ano]; CS – custo para substituição anual [R$/ano]; CD – custo para descarte da lâmpada [R$/ano].

Os valores de CTL, CS e CD são calculados de acordo com a expectativa de vida da lâmpada. Assim, a vida útil esperada para a fluorescente T8 é de 12.000 horas e o tempo de operação anual é de 2700 horas, em cada ano o valor de CTL será 2.700/12.000 multiplicado pelo custo de aquisição. Cálculo semelhante é realizado para os demais parâmetros.

Os valores base das lâmpadas e reatores utilizados foram determinados através de cotação em empresas especializadas em iluminação, tanto com lojas físicas quanto lojas virtuais (vendas pela internet). Para a fluorescente T8, o custo encontrado foi de R$ 4,00 por lâmpada e R$ 23,00 para o reator (aciona duas lâmpadas simultaneamente); para a T5, R$ 6,00 com reator de R$ 36,00 e para a LED, R$ 44,00 de custo final, pois esta não necessita de reator externo.

O valor das luminárias foi considerado idêntico para os três sistemas de iluminação e, portanto, desconsiderado no presente estudo.

A Tabela VI sintetiza os custos anuais para implantação de cada um dos sistemas de iluminação.

TABELA VI-CUSTOS DOS SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO

Lâmpada T8 T5 LED

Vida útil 12.000h 24.000h 50.000h Preço total das lâmpadas R$ 3.744,00 R$ 5.616,00 R$ 41.184,00 Preço total dos reatores R$ 10.764,00 R$ 16.848,00 R$ - Custo implantação R$ 14.508,00 R$ 22.464,00 R$ 41.184,00 Custo da energia anual R$ 17.687,31 R$ 15.476,40 R$ 9.949,11 Custo substituição/ano R$ 1.263,60 R$ 631,80 R$ 303,26 Custo de descarte/ano R$ 315,90 R$ 157,95 R$ 75,81 Custo anual R$ 19.266,81 R$ 16.266,15 R$ 10.328,18 Custo ao final do 1ª ano R$ 33.774,81 R$ 38.730,15 R$ 51.512,18 Custo ao final do 2ª ano R$ 53.041,62 R$ 54.996,30 R$ 61.840,36 Custo ao final do 3º ano

Custo ao final do 4º ano

R$ 72.308,43 R$ 91.575,24 R$ 71.262,45 R$ 87.528,60 R$ 72.168,54 R$ 82.496,72

Apesar de não considerar os juros e o aumento do custo da energia no tempo, a tabela é autoexplicativa e evidencia as vantagens das lâmpadas LED ao final do 3º ano. Na sequência serão realizados cálculos econômicos considerando juros e taxas de aumento de custos.

A. Substituição lâmpada fluorescente T8 por T5

O investimento necessário (∆𝐶) para a substituição é dado pela diferença de preço do conjunto reator e lâmpada, portanto: ∆𝐶 = 𝑅$22.464,00 − 𝑅$14.508,00 = 𝑅$7.956,00 (10) Dos valores contidos na Tabela VI, pode-se extrair a economia de energia elétrica anual, resultando em R$ 2.210,91, ou R$ 184,25 mensais. A diferença entre os custos de substituição e descarte é de R$ 789,75.

De acordo com o acompanhamento do mercado a taxa de juros foi considerada 1% ao mês, 12,25% ao ano [10]. A taxa de aumento da energia elétrica foi estipulada em 0,8% ao mês, o que resulta em aproximadamente 60% em cinco anos. Para os custos dos serviços e de descarte a taxa de aumento utilizada foi de 6% ao ano. Estes percentuais resultam em uma taxa de aumento do custo total mensal de 0,63%.

O tempo de retorno capitalizado feito considerando o aumento dos custos é dado por (12), mas antes é necessário encontrar uma taxa líquida de juros, utilizando (11), [11]:

𝑖𝑙 = [(1 + 𝑖 100 1 +₁₀₀𝑖𝑒 ) − 1] × 100 = 0,3664% (11) 𝑇𝑟𝑐 = 𝑙𝑜𝑔 ( 𝐸𝐶𝑂𝑁 𝐸𝐶𝑂𝑁 − ∆𝐶 𝑥 ₁₀₀𝑖𝑙 ) 𝑙𝑜𝑔 (1 +₁₀₀𝑖𝑙 ) = 33,89 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠 (12) Onde:

TRC – tempo de retorno capitalizado em meses; ECON – economia mensal em R$;

i – taxa de juros [%]; il – taxa líquida de juros [%;]

ie – taxa de aumento no custo da energia, substituição

e descarte [%].

O resultado indica um tempo inferior a 3 anos, condizente com a Tabela VI.

A taxa interna de retorno (TIR) (13), é a taxa de retorno intrínseca ao projeto, ou seja, determina o retorno efetivo do projeto considerando todos os investimentos e os fluxos de caixa [9]. ∑ 𝐸𝑐𝑜𝑅$ (1 + 𝑇𝐼𝑅)𝑡= ∆𝐶 𝑛 𝑡=0 (13)

É possível observar que a determinação da TIR envolve cálculos complexos, já que para um ativo que apresente t períodos de operação, haverá uma equação de grau t para ser solucionada, podendo inclusive haver raízes imaginárias. Dessa forma, a melhor maneira de se determinar a TIR é através de recursos computacionais [11].

Considerando um período de 10 anos e uma taxa de juros de 12.25% a.a., a TIR resulta em 35,97% ao ano. Como este valor é bem maior que taxa de juros, o investimento é viável.

B. Substituição lâmpada fluorescente T8 por LED

Ao realizar os mesmos procedimentos já descritos, o tempo de retorno capitalizado para a substituição das lâmpadas fluorescentes T8 pelas LED resulta em 39,15 meses. Este prazo pode ser considerado viável, pois devido à elevada expectativa de vida, superior a 18 anos (considerando as horas de utilização), o valor líquido retornado ao final de sua vida útil compensa o investimento inicial. A taxa interna de retorno (TIR) resulta em 31,31% ao ano. Similarmente ao caso anterior, o investimento também é viável.

C. Substituição lâmpada fluorescente T5 por LED

Finalmente, o tempo de retorno capitalizado para substituição de lâmpadas fluorescentes T5 por LED, usando a metodologia supracitada, é equivalente a 40,79 meses, com TIR igual a 26,77% a.a., portanto viável, porém menos lucrativo que as hipóteses anteriores.

D. Análise dos resultados

Diante dos cálculos apresentados, pode-se observar que a utilização de lâmpadas tubulares LED é vantajosa tanto no aspecto técnico (por apresentar uma melhor distribuição de fluxo luminoso) quanto no aspecto econômico. Os resultados apresentados mostraram que o retorno, no caso da substituição da T8 pela de LED, acontece em aproximadamente 3 anos, podendo ser ainda mais cedo, pois os cálculos não consideraram as perdas nos reatores das lâmpadas fluorescentes e a redução de sua vida útil em função das condições de acionamento. Condição semelhante também ocorre para o tipo T5. O parque nacional instalado de lâmpadas fluorescente T8 é enorme e oferece uma excelente oportunidade de redução de consumo e demanda. A tendência futura é de redução nos custos de fabricação dos LEDs, acelerando o retorno do investimento e aumentando a viabilidade técnico-econômica.

Outra vantagem das lâmpadas LED está no seu elevado índice de reprodução de cores (IRC), neste caso maior que 80% [6]. Já a lâmpada fluorescente tubular T8 apresenta IRC entre 60 e 70%[4].

V. CONCLUSÕES

A preocupação com as condições climáticas e ambientais e a dependência da geração de energia provenientes destas fontes determinam a crescente busca por sistemas elétricos mais eficientes. Neste cenário, equipamentos de iluminação assumem grande importância nos setores comercial, residencial e público.

Conforme demonstrado, as lâmpadas tubulares a LED são uma excelente opção para substituição das lâmpadas tubulares fluorescentes T8, que atualmente dominam as instalações comerciais e públicas. Estas apresentam comportamento luminotécnico semelhante e consomem aproximadamente, 38% menos energia. Além dos aspectos técnicos, os LEDs apresentam vantagens ambientais favoráveis, como ausência de metais pesados e elevada vida útil.

Do ponto de vista econômico, apesar de um elevado investimento inicial, o retorno financeiro é satisfatório, inferior a 4 anos. Cabe destacar que este tempo de retorno pode ser menor se considerada a vida útil dos reatores e a expectativa de aumento do preço da energia para o ano de 2015. Os valores de tempo interno de retorno (TIR) mostraram que a substituição das lâmpadas paga o chamado custo de capital, que são os gastos com os juros que o dinheiro financiado gera, cobre o custo do capital próprio, ou seja, amortiza o financiamento e ainda retorna um percentual de lucro, propondo uma elevada viabilidade, economicamente falando.

A qualidade da energia também é favorecida com ações de eficiência energética, seja pela redução das perdas seja por melhores condições de operação. Todas as lâmpadas tubulares a LED pesquisadas para este trabalho apresentam alto fator de potência e baixa distorção harmônica total de corrente (<15%). Portanto, a crescente utilização do LED contribui para a redução das correntes nos alimentadores, tanto fundamental quanto harmônica, melhoria dos níveis de tensão e redução das perdas.

VI. REFERÊNCIAS

[1] Empresa de Pesquisa Energética, “Balanço energético nacional 2014: Ano base 2013”, Ministério de Minas e Energia, Rio de Janeiro – RJ, 288 p., 2014.

[2] Operador do sistema nacional, “Energia Armazenada”, disponível em:

http://www.ons.org.br/historico/energia_armazenada_out.aspx. Acesso

em: 13 de Janeiro de 2015.

[3] Ministério de Minas e Energia, “Balanço de Energia Útil 2005: ano base 2004”, Brasília-DF, disponível em: http://www.mme.gov.br/mme. Acesso em 13 de Janeiro de 2015.

[4] OSRAM, “Catálogos de produtos OSRAM 2014 – Lâmpadas fluorescentes”, Modelo F016W/640, disponível em http://www.osram.com.br. Acesso em 05 de Janeiro de 2015.

[5] OSRAM, “Catálogos de produtos OSRAM 2014 – Lâmpadas fluorescentes”, Modelo HE 14W/840 SMARTLUX®, disponível em

http://www.osram.com.br. Acesso em 05 de Janeiro de 2015.

[6] SUNLAB, “ECO TUBE - Tubular LED”, disponível em http:// http://www.sunlab.com.br/Econotube.htm. Acesso em 25 de Janeiro de 2015.

[7] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, “NBR ISO/CIE 8995-1:2013: Iluminação de ambientes de trabalho - Parte 1: Interior”. ABNT, Rio de Janeiro-RJ, 46 p.,2013.

[8] DIAL GmbH, “DIALUX 4.12.0.1”, disponível em http://www.dial.de, Acesso em: 05 de Janeiro de 2015.

[9] ABREU FILHO, José Carlos Franco et al. “Finanças corporativas”. Editora FGV, ISBN: 978-85-225-0675-0, Rio de Janeiro, 149 p., 2011. [10] BANCO CENTRAL DO BRASIL, “Metodologia da aplicação com

Depósitos Regulares”, disponível em: http://www.bcb.gov.br. Acesso em: 25 de Janeiro de 2015.

[11] BELINOVSKI, Kleber David. “Uma Contribuição ao Estudo de Eficiência Energética em sistemas industriais de ventilação”, 128 f., Dissertação (Mestrado), Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia-MG, 2011.