POTENCIAL DE ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA NA ILUMINAÇÃO
E REFRIGERAÇÃO DA UNIVERSO/JF
Brehme Rezende de Oliveira, UNIVERSO, brehme.oliveira@gmail.com Ana Flavia da Fonseca Barroso, UNIVERSO, anaflaviabarroso@gmail.com Élcio Barreira de Castro, UNIVERSO, castor_oicle@yahoo.com.br
Robert Alexandre de Ávila, UNIVERSO, robert.avilajf@gmail.com
Resumo: A necessidade em reduzir ao máximo o consumo de energia elétrica se torna cada vez importante devido à escassez dos recursos naturais e danos ambientais causados durante o seu processo de geração. A redução de custos com energia elétrica é um importante fator para manter as empresas competitivas e a utilização de novos produtos e tecnologias possibilita o alcance deste objetivo. O objetivo do estudo foi analisar o consumo de energia elétrica e seus custos, no sistema de iluminação e refrigeração (ar condicionado), da Universidade Salgado de Oliveira - UNIVERSO campus Juiz de Fora. O artigo apresenta o cálculo do atual consumo desses sistemas, e apresenta o potencial de economia a ser alcançado com utilização de novas tecnologias. Apresenta ainda, uma análise econômica, demonstrando em que período de tempo às novas tecnologias se tornarão financeiramente viáveis após a implantação. O sistema de iluminação, através da utilização de lâmpadas LED apresentou menor tempo de retorno do investimento, enquanto a substituição total do sistema de refrigeração, apesar da utilização de tecnologia Inverter, tem um tempo de retorno do investimento longo, apesar de ao realizar a análise por ambiente, observam-se setores que esse retorno acontece em um curto período de tempo, tornando-se economicamente viável.
Palavras-chave: Eficiência Energética, economia de energia, LED, Ar Condicionado, Split Inverter 1. INTRODUÇÃO
As empresas têm um papel importante a desempenhar em busca do desenvolvimento sustentável. Pode-se destacar que o uso racional e eficiente de energia elétrica, deve estar presente no seu dia a dia. Eliminando o desperdício, a necessidade de geração de energia diminui e, consequentemente, a pressão sobre os recursos naturais é reduzida, havendo, ainda um retorno financeiro, com economia na conta de energia elétrica (SILVA & NASSAR, 2016). Eficiência energética refere-se à utilização de menos energia para produzir a mesma quantidade de serviços e é amplamente definida pela razão entre os produtos ou serviços úteis de um processo pela quantidade de energia (PATTERSON,1996). Existe uma forte relação entre eficiência energética e impacto ambiental (DINCER, 2000).
O objetivo do estudo foi fazer uma análise do consumo de energia elétrica no sistema de iluminação e refrigeração em uma empresa, e apresentar uma proposta de potencial de economia viável, com base em novas tecnologias existentes.
No desenvolvimento do trabalho foi realizado um estudo de caso na instituição de ensino Universidade Salgado de Oliveira, UNIVERSO/JF. Realizou-se um levantamento quantitativo das lâmpadas e dos equipamentos de ar condicionado existente no Campus, por ambiente, assim como a especificação técnica dos modelos. O tempo de uso por dia (horas) e os dias úteis de consumo mensal, foram coletados através de uma pesquisa com os colaboradores dos setores. Por fim, foi realizada uma análise dos resultados através da construção de tabelas comparativas.
Grande parte da energia elétrica do Brasil é proveniente de usinas hidrelétricas (FRANCISCO, 2009), as quais dependem de um recurso natural limitado para geração de energia, tornando assim a redução do consumo energético muito importante para a preservação deste recurso (SANTOS ET AL, 2015).
A dependência de aparelhos elétricos para o desenvolvimento de atividades diárias nas empresas acarreta em custos elevados nos orçamentos corporativos, sendo os sistemas de iluminação e refrigeração ambiental os principais responsáveis pelo consumo de energia. Estão surgindo novas tecnologias que fornecem ao mercado produtos com grande eficiência energética, tornando-se alternativa para atualização nas instalações.
Segundo Silva & Nassar (2016) a eficiência energética se mostra importante no processo de diminuição de consumo de duas maneiras: a primeira na questão ambiental, com possível redução do impacto causado pelos processos que levam ao fornecimento de energia, iniciando na captura de recursos naturais, passando pelos processos de geração e transmissão até seu uso final pelos consumidores, e a segunda com a redução de custos para o consumidor.
O desenvolvimento energético sustentável envolve três grandes mudanças tecnológicas: a poupança de energia no lado da demanda, a melhoria da eficiência na produção de energia e a substituição de combustíveis fósseis por diversas fontes renováveis (LUND, 2007).
Ações de eficiência energética contribuem para diminuir o consumo e o desperdício de energia. Cada quilowatt (KW) economizado ajuda evitar a construção de novas fontes geradoras de energia elétrica, contribuindo para preservar o meio ambiente. É importante utilizar de forma racional e eficiente a energia, para que evitar a necessidade de diminuir a qualidade de vida, bem como o conforto e a segurança do usuário (SILVA & NASSAR, 2016).
Nas instituições de Ensino Superior, o consumo de energia elétrica é evidenciado, entre outros, pela necessidade de uso para iluminação e refrigeração constante, impactando diretamente nos custos operacionais. Devido ao caráter de pesquisa, as Instituições de Ensino Superior têm um papel importante a desempenhar em busca do desenvolvimento sustentável, princípios e práticas de sustentabilidade devem ser vistos como valores. Pode-se destacar que o uso racional e eficiente de energia elétrica, deve estar presente em todas as ações diárias. Eliminando o desperdício, diminui-se a necessidade de geração de energia e, consequentemente, a pressão sobre os recursos naturais é reduzida, existindo ainda um retorno financeiro, com economia na conta de energia elétrica (SILVA & NASSAR, 2016).
Neste trabalho, foi estudada a questão de sistemas iluminação, apresentando como alternativa de economia de energia elétrica a tecnologia LED, e sistema de refrigeração, através de aparelhos de ar condicionado, demonstrando a explicação de funcionamento, modelos instalados e modelos desenvolvidos por meio de novas tecnologias existentes, destacando-se o modelo split inverter.
Ar condicionado é um equipamento com a finalidade de climatizar o ar em um ambiente fechado, mantendo sua temperatura controlada de acordo com a preferência do usuário.
Os sistemas de condicionamento de ar podem ser divididos, de acordo com Creder (1997), em sistemas de expansão direta (quando o condicionador recebe diretamente do recinto ou através de dutos a carga de ar frio ou quente) e de expansão indireta (quando o condicionador utiliza um meio intermediário para retirar a carga térmica transmitida pelo ar frio ou quente).
Vargas (2015) diz que os mais conhecidos no mercado são os de expansão direta que tem como principais representantes os do tipo janela e split. Um inconveniente desse tipo de equipamento, principalmente do tipo janela, é o desconforto acústico provocado pelos seus componentes. Devido a esse problema, os fabricantes investiram em pesquisa para que a unidade evaporadora ficasse separada da unidade condensadora, reduzindo o ruído proveniente do processo de compressão. Assim, surgiram os aparelhos do tipo split. Destacam-se dois modelos de ar condicionado split: os aparelhos split convencional e split inverter.
No ar condicionado convencional, o compressor funciona no sistema liga-desliga para manter o ambiente climatizado, o que causa grande variação de temperatura e picos de energia, consumindo grande quantidade de eletricidade. No sistema inverter, o compressor varia a rotação de acordo com a temperatura desejada, fazendo com que a climatização aconteça gradativamente. Existe um circuito inteligente que faz com que o aparelho mantenha a temperatura ambiente constante, com pouca oscilação. Como o compressor do inverter não gera picos de energia, seu consumo é menor que o convencional.
O ar-condicionado do tipo inverter funciona de maneira similar ao split convencional, porém o seu compressor nunca é desligado durante o uso. Isso se deve ao fato da presença de um inversor de frequência que controla a velocidade do motor do compressor fazendo com que ele gire a velocidades baixas para manter a temperatura constante no ambiente (VARGAS, 2015).
Desta forma, pode-se destacar algumas vantagens do split inverter sobre o split convencional, dentre elas: o pico de energia é menor, a variação de temperatura no ambiente é menor assim como o nível de ruído. A economia de energia pode variar de 40% a 60%, de acordo com a tecnologia de cada fabricante (VARGAS, 2015).
A dependência de um sistema de iluminação eficaz gera-se para uma empresa gastos expressivos na conta de energia elétrica. Como alternativa, a busca por produtos mais eficientes, possibilita redução no consumo elétrico, consequentemente redução de custos.
Como alternativa viável, a lâmpada de Light Emitter Diode (Diodo Emissor de Luz – LED) é uma evolução tecnológica que vem ganhando cada vez mais destaque no mercado de lâmpadas. Lâmpadas de LED são dispositivos semicondutores preenchidos com gases e revestidos com diferentes materiais de fósforo (SANTOS et al, 2011).
A utilização do LED em forma de lâmpada, além de ser um avanço tecnológico, é muito interessante do ponto de vista dos benefícios ambientais, pois seu consumo de energia é consideravelmente inferior às lâmpadas convencionais, como as incandescentes e as fluorescentes compactas. Outros benefícios ambientais das lâmpadas de LED são as características e possibilidades de descarte final de resíduos, além da sua durabilidade. Sua durabilidade é outro aspecto interessante, pois demanda menos trocas o que, consequentemente, gera menos descartes no ambiente. Já a lâmpada fluorescente, por exemplo, contém Mercúrio, o que exige maiores cuidados quanto ao descarte, devido às características nocivas deste elemento (SANTOS et al., 2011, p.595).
De acordo com Aman et al. (2013), a vida útil de uma lâmpada LED é de aproximadamente 50.000 horas.
Lâmpadas de LED equivalentes a 60 W da incandescente e a 15 W da fluorescente necessitam de apenas de 8 Watts para emitir luz, gerando um gasto bem menor que as demais, cerca de 1.000 kWh (ENERGIA LIMPA, 2009).
Existem diversas maneiras para reduzir o consumo de energia, uma delas é a substituição de lâmpadas ineficientes (lâmpadas incandescentes) por lâmpadas eficientes (Light Emitter Diode – LED) (SAIDUR, 2009). Estudos revelam que o consumo com iluminação artificial é uma parte significante para o consumo total de energia de um país (BLADH & KRANTZ, 2008).
3. ESTUDO DE CASO
Foi realizado um levantamento quantitativo e qualitativo do sistema de iluminação e refrigeração da UNIVERSO/JF no período de 01/09/2017 à 30/09/2017. De posse dos dados coletados foi calculado o consumo mensal de energia elétrica destes sistemas, sendo apresentado um comparativo entre consumo atual e consumo de uma proposta para potencial de economia, além de destacar mudanças já implementadas e tempo de retorno do investimento para a execução da proposta. 3.1. Sistema de Refrigeração
modelo split convencional, com potência (BTU’s) de 9.000, 12.000, 18.000, 24.000, 36.000, 48.000 e 58.000, cuja especificação depende da área e destinação de uso do ambiente. São distribuídas entre os setores administrativos, laboratórios e salas de aula. A proposta apresentada, a fim de alcançar economia de energia elétrica e redução de custos, é a de substituir os atuais equipamentos pelo modelo split inverter, mais eficiente e econômico.
3.1.1. Sistema de Refrigeração Atual: Split Convencional, Consumo Mensal (KWh) e Custo Mensal (R$)
Nesta etapa, realizou-se uma visitação em todos os ambientes do campus, a fim de identificar quais ambientes são equipados com aparelho de ar condicionado, assim como a especificação técnica do modelo instalado.
Após o levantamento quantitativo e qualitativo de todos os aparelhos, a próxima etapa foi realizar uma pesquisa com os responsáveis pelos setores, para chegar ao tempo de uso mensal (em horas) do equipamento instalado em cada ambiente para realização do cálculo de energia elétrica consumida. A planilha detalhada com as informações (tipo equipamento, potência, consumo mensal de KWh, custo) se encontra nos apêndices deste trabalho.
Os cálculos demonstram o consumo no mês de outubro de 2017, com base na atual demanda. Foi convencionado para fins de cálculo, o custo de R$0,58 por kWh (valor retirado da fatura de energia elétrica no mês de setembro 2017 desta empresa). O consumo (kWh) de energia dos aparelhos de ar condicionado split convencional, foi retirado da tabela do INMETRO (selo PROCEL de Eficiência Energética), o cálculo é obtido através do produto entre Consumo (kWh) e Tempo de uso (horas).
O Quadro (1) informa o consumo mensal de KWh e o custo mensal do sistema de refrigeração atual, com a utilização dos modelos split convencional:
Quadro 1: Consumo Mensal Atual Sistema de Refrigeração, Split Convencional (Fonte: Dados da pesquisa).
3.1.2. Sistema de Refrigeração Proposto: Split Inverter, Consumo Mensal (KWh) e Custo Mensal (R$)
Para o cálculo do consumo (kWh) de energia dos aparelhos de ar condicionado split inverter, foi considerada uma redução de 40% sobre os valores consumidos nos modelos convencionais, economia propiciada devido a tecnologia presente neste tipo de equipamento, sendo que o consumo (kWh) de energia dos aparelhos de ar condicionado split convencional, foi retirado da tabela do INMETRO (selo PROCEL de Eficiência Energética). O cálculo é obtido através do produto entre Consumo (kWh) e Tempo de uso (horas).
O Quadro (2) informa quanto seria o consumo mensal de KWh e o custo mensal do sistema de refrigeração, com a utilização dos modelos split inverter:
Quadro 2: Consumo Mensal Sistema de Refrigeração, Split Inverter (Fonte: Dados da pesquisa).
3.1.3. Análise do Potencial de Economia e Tempo de Retorno do Investimento
O potencial de economia a ser alcançado, pode ser observado através do comparativo do consumo dos modelos atuais de refrigeração (SPLIT CONVENCIONAL), e proposta de substituição para o modelo SPLIT INVERTER.
Os atuais equipamentos de refrigeração, devido ao tempo de uso (14 anos), apresentam problemas constantes, (necessitando manutenção contínua), gera-se alto custo de mão de obra e peças de reposição. Com os aparelhos indicados, além da economia gerada, tendem a não precisar de manutenção frequente, apenas conservação, consequentemente pode-se fazer uma renegociação do contrato de manutenção mensal do sistema de refrigeração.
O Quadro (3) mostra que essa substituição geraria uma economia mensal de 22.889,80 kWh, o equivalente a R$13.276,08/mês.
Quadro 3: Comparativo de Consumo e Potencial de Economia (Fonte: Dados da pesquisa).
O tempo de retorno do investimento foi calculado através do sistema Payback Simplificado, que consiste em dividir a economia mensal, pelo custo do investimento inicial, a fim de descobrir em quanto tempo o investimento inicial é resgatado.
O Quadro (4) demonstra o cálculo do tempo de retorno do investimento, assim como a economia mensal, e o custo do investimento inicial.
Quadro 4: Tempo de Retorno Investimento (Fonte: Dados da pesquisa).
Observa-se que o custo elevado e o longo tempo de retorno do investimento inicial, indica que a substituição total do sistema de refrigeração, pode não ser viável, porém, ao analisar esse retorno por ambiente, conclui-se que existem determinados lugares, em que o tempo de retorno diminui consideravelmente, pois quanto maior o tempo de uso, mais rápido se torna o retorno do investimento inicial (tabela de retorno do investimento inicial detalhada por ambiente encontra-se anexa no apêndice deste trabalho). O custo do KWh também infere no resultado, quanto maior o custo, menor será o tempo de retorno.
3.2. Sistema de Iluminação
O sistema de iluminação da UNIVERSO/JF é composto por um total de 4.320 lâmpadas, e a especificação do tipo de lâmpada utilizada é bastante variada, sendo estas determinadas por ambiente. A iluminação esta presente principalmente nas salas de aula, laboratórios, setores administrativos, banheiros, escadas e estacionamento.
O sistema de iluminação possui três cenários a serem analisados:
A) Sistema antigo: sistema de iluminação totalmente composto por lâmpadas modelo fluorescentes, entre tubulares e compactas.
B) Sistema atual: realizada a substituição parcial de lâmpadas fluorescentes para lâmpadas LED. C) Sistema proposto: sistema de iluminação totalmente composto por lâmpadas modelo LED. 3.2.1. Sistema de Iluminação Antigo
Nesta etapa, realizou-se uma visitação em todos os ambientes do campus, a fim de identificar o quantitativo de lâmpadas, assim como a especificação técnica do modelo instalado em cada ambiente. Após o levantamento quantitativo e qualitativo de todos os ambientes, a próxima etapa foi realizar uma pesquisa com os responsáveis pelos setores, a fim de chegar ao tempo de uso mensal (em horas) do sistema de iluminação, para realização do cálculo de energia elétrica consumida. A planilha detalhada com as informações (tipo de lâmpada, quantidade, potência, consumo mensal de KWh, custo) se encontra no apêndice deste trabalho.
Os cálculos demonstram o consumo no mês de outubro de 2017, com base na atual demanda. Foi convencionado para fins de cálculo, o custo de R$0,58 por kWh (valor retirado da fatura de energia elétrica no mês de setembro 2017 desta empresa). O consumo das lâmpadas é obtido através do produto entre Potência (W) e Tempo de uso (horas).
O Quadro (5) mostra o consumo e custo mensal do sistema antigo de iluminação, onde todas a lâmpadas são fluorescentes:
Quadro 5: Consumo e Custo do Sistema de Iluminação Antigo (Fonte: Dados da pesquisa).
3.2.2. Sistema de Iluminação Atual
Atualmente, após a substituição parcial do sistema de iluminação em alguns ambientes do campus, através da instalação de lâmpadas modelo LED, pode-se observar a economia no consumo de energia elétrica, e a redução de custos mensais já alcançados.
No Quadro (6), observa-se o comparativo do consumo com iluminação, antes e após a substituição parcial (atuais), dos modelos convencionais (fluorescente), para LED. Essa substituição gerou uma economia mensal de 2.917,97 kWh, equivalente a R$1.692,42/mês.
3.2.3. Sistema de Iluminação Proposto
A proposta apresentada a seguir, seria a de substituir totalmente o sistema de iluminação do campus, atingindo assim uma considerável economia mensal no consumo de energia elétrica, além da redução de custos. No Quadro (7), observa-se o comparativo do consumo atual com iluminação, e proposta de potencial de economia, com a substituição total do sistema de iluminação para o modelo LED. Essa substituição geraria uma economia mensal de 5.021,09 kWh, equivalente a R$2.912,23/mês.
Quadro 7: Consumo e Custo do Sistema de Iluminação Atual e Proposta de Economia Mensal (Fonte: Dados da pesquisa).
3.2.4. Análise do Potencial de Economia e Tempo de Retorno do Investimento
O tempo de retorno do investimento foi calculado através do sistema Payback Simplificado, que consiste em dividir a economia mensal, pelo custo do investimento inicial, a fim de descobrir em quanto tempo o investimento inicial é resgatado.
O Quadro (8) demonstra o cálculo do tempo de retorno do investimento, assim como a economia mensal, e o custo do investimento inicial.
Quadro 8: Tempo de Retorno Investimento Lâmpadas LED (Fonte: Dados da pesquisa).
Observa-se que o curto tempo de retorno do investimento inicial, indica que a substituição total do sistema de iluminação é viável. Ao analisar esse retorno por ambiente, conclui-se que existem determinados lugares, em que o tempo de retorno é ainda menor, pois quanto maior o tempo de uso, mais rápido será o retorno do investimento inicial. O custo do kWh também infere no resultado, quanto maior o custo, menor será o tempo de retorno.
4. CONCLUSÃO
Em virtude dos problemas hídricos e, consequentemente, elétricos, eficiência energética é um tema bastante abordado atualmente no Brasil, devido a isso, optou-se por fazer a análise proposta neste trabalho para enfatizar a importância da utilização racional de energia.
consumo e custos de energia elétrica, consequentemente auxilia na preservação de recursos naturais necessários na geração de energia, além de evitar a queima de combustíveis fósseis, diminuindo o impacto ambiental.
Neste trabalho percebe-se que a nova tecnologia de lâmpadas utilizando LED apresenta um grande potencial de redução de consumo de energia elétrica. Na análise econômica fica evidente a eficiência da tecnologia LED, sendo apresentada a economia já alcançada, e ainda o potencial que poderá ser alcançado. No ar-condicionado, split inverter, verificou-se um ótimo potencial de economia de energia elétrica, porém o longo período de retorno do investimento pode ser um fator negativo. Analisando por ambiente, aqueles que apresentam uma maior demanda de uso, o retorno do investimento diminui consideravelmente, tornando-se uma boa opção.
O constante crescimento no consumo de energia elétrica Brasil nas últimas décadas desencadeou a busca por meios eficazes de economizar energia elétrica. Nas empresas em que a iluminação e o ar condicionado têm uma parcela significativa neste consumo, deve atentar por inserir meios que permita diminuir o consumo e diminuição de custos.
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CREDER, H. Instalações de ar-condicionado. LTC. 1997.
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VARGAS, M. C. Eficiência Energética em Edificações Residenciais: Iluminação e Refrigeração. XXXV Encontro de Engenharia de Produção (ENEGEP) – Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção, Fortaleza, CE, Brasil, 2015.
