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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
Levantamento do potencial de conservação de energia em sistemas de
iluminação considerando consumidores residenciais de Itajubá
Felipe Eduardo Cordeiro Celegatti
Thaiane Bianca Dias dos Santos
Itajubá, outubro de 2017
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA
Felipe Eduardo Cordeiro Celegatti
Thaiane Bianca Dias dos Santos
Levantamento do potencial de conservação de energia em sistemas de
iluminação considerando consumidores residenciais de Itajubá
Monografia apresentada ao Instituto de
Sistemas Elétricos e Energia, da
Universidade Federal de Itajubá, como parte
dos requisitos para obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. Roberto Akira
Yamachita
Itajubá, outubro de 2017
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
iii
Aos nossos pais, irmãs, namorado (a), demais familiares e colegas.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Agradecimentos
Agradecemos primeiramente a Deus, que sempre está presente em nossas vidas.
Ao nosso orientador Prof. Dr. Roberto Akira Yamachita pelo apoio e incentivo dado
na elaboração deste trabalho de conclusão de curso.
E em especial a nossos pais, José Eduardo Celegatti e Mônica Rosemeire Zafani
Cordeiro Celegatti; Mauro Donizeti Pereira dos Santos e Marinete Alaide Dias, irmãs, Tatiana
Cristina Cordeiro Celegatti; Marine Helen Dias dos Santos, namorado (a), Caroline Zaparoli
dos Santos; Diego Henrique da Silva Souza, e aos demais familiares e colegas que sempre
estiveram presentes em nossas vidas.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Resumo
O uso consciente da energia tornou-se fator primordial em todos os setores da economia,
dinamizando o mercado de energia, no qual consumidores deverão adotar postura ativa,
buscando equipamentos cada vez mais eficientes. Analisar, estudar e desenvolver métodos para
que os consumidores residenciais usem a energia de modo cada vez mais eficiente é uma
questão relevante no cenário atual. Nesse aspecto, pode-se levar em consideração o uso do
diodo emissor de luz, as chamadas lâmpadas LED (Light Emitting Diodes), que são mais
eficientes que as incandescentes e fluorescentes. Um estudo de eficiência das lâmpadas
utilizadas para iluminação em consumidores residenciais será feito, contemplando uma análise
técnica e econômica baseada em dados da cidade de Itajubá, Minas Gerais, que tratará da
substituição de lâmpadas fluorescentes por lâmpadas de LED em residências típicas da cidade.
Palavras chave: (1) Eficiência; (2) Lâmpadas LED; (3) Análise técnica.
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vi
Abstract
The responsible use of energy became a primordial factor in all sectors of economy, making
the energy market more dynamic, in which the costumers may have active actions, aiming to
have very efficient equipaments. Analize, study and develop methods for the responsible use
of energy to residencial consumers is very important in the actual cenarium. In this aspect, be
aware to the use of Light Emitting Diodes (LED) is important because they are more efficient
than incandescent and fluorescent lamps. A study of lamp efficiency utilized for ilumination in
residencials consumers will be done, with a technical and economic analysis based on Itajubá
data that will deal with the replacement of fluorescent lamps by LED ones in Itajubá
households.
Key words: (1) Efficiency; (2) LED Lamps; (3) Technical Analysis.
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Lista de Figuras
Figura 1 - Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte..............................................................15
Figura 2 - Participação das Fontes na Expansão da Capacidade Instalada.................................16
Figura 3 - Espectro Eletromagnético.........................................................................................23
Figura 4 - Temperaturas de cor..................................................................................................25
Figura 5 - Lâmpada incandescente.............................................................................................27
Figura 6 - Lâmpada halógena.....................................................................................................28
Figura 7 - Circuito da lâmpada fluorescente..............................................................................29
Figura 8 - Lâmpada fluorescente compacta...............................................................................29
Figura 9 - Lâmpada LED...........................................................................................................30
Figura 10 - Data Sheet Philips....................................................................................................32
Figura 11 - Data Sheet OSRAM.................................................................................................33
Figura 12 - Selo Procel...............................................................................................................37
Figura 13 - Selo Procel - Energia...............................................................................................40
Figura 14 - ENCE para lâmpada LED........................................................................................41
Figura 15 - LED omnidirecional ...............................................................................................41
Figura 16 - LED direcional .......................................................................................................42
Figura 17 - LED semidirecional.................................................................................................42
Figura 18 - LED decorativo.......................................................................................................43
Figura 19 - LED tubular.............................................................................................................43
Figura 20 - Selo LEED...............................................................................................................44
Figura 21 - Projeto Piloto, Apartamento Sustentável.................................................................46
Figura 22 - Fluxo de caixa das lâmpadas fluorescentes............................................................68
Figura 23 - Fluxo de caixa das lâmpadas de LED.....................................................................68
Figura 24 - Fluxo de caixa da análise........................................................................................69
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Lista de Tabelas
Tabela 1 - Eficiência energética em lâmpadas...........................................................................25
Tabela 2 - Materiais semicondutores para gerar luz LED...........................................................31
Tabela 3 - Número de residências por renda familiar.................................................................48
Tabela 4 - Consumo de energia elétrica por estado em 2016.....................................................50
Tabela 5 - Consumo residencial mensal de energia elétrica região sudeste em 2016.................51
Tabela 6 - Consumo residencial por subsistema, região e UFs (GWh).......................................51
Tabela 7 - Número de consumidores – Minas Gerais (2016).....................................................52
Tabela 8 - Estimativa do consumo regional de energia elétrica da iluminação residencial em
2005...........................................................................................................................................53
Tabela 9 - Estimativa do consumo de energia elétrica da iluminação por tipo de lâmpada da
região Sudeste em 2005.............................................................................................................54
Tabela 10 - Equivalência entre LI, LFC e LED para Itajubá......................................................54
Tabela 11 - Fluxo luminoso para equivalência de potência........................................................56
Tabela 12 - Potencial técnico de conservação de energia elétrica em Itajubá.............................57
Tabela 13 - Bandeiras tarifárias.................................................................................................59
Tabela 14 - Percentual das amostras de lâmpada de uso habitual por tipo e por faixa de
consumo....................................................................................................................................60
Tabela 15 - Percentual de amostras de lâmpada de uso habitual por tipo e por faixa de
consumo....................................................................................................................................60
Tabela 16 – Cenário 1...............................................................................................................61
Tabela 17 - Cenário 2................................................................................................................62
Tabela 18 - Cenário 3................................................................................................................62
Tabela 19 - Cenário 4................................................................................................................62
Tabela 20 - Cenário 5................................................................................................................63
Tabela 21 - Posse média por tipo de lâmpada no setor residencial Sudeste em 2005...............64
Tabela 22 - Equivalência entre LIs e LFCs...............................................................................65
Tabela 23 - Posse média de lâmpada fluorescente no setor residencial Sudeste em 2005........65
Tabela 24 - Posse média de uma residência típica de Itajubá...................................................66
Tabela 25 - Dados da análise....................................................................................................67
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Lista de Abreviaturas e Siglas
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis
BEN Balanço Energético Nacional
CGCRE Coordenação Geral de Acreditação do Inmetro
CGIEE Comitê Gestor de Indicadores de Eficiência Energética
Cnumad Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento
COP-21 21ª Conferência das Partes
EEE Etiqueta de Eficiência Energética
ENCE Etiqueta Nacional de Conservação de Energia
EPE Empresa de Pesquisa Energética
IBGE Índice Brasileiro de Geografia e Estatística
IEA Agência Internacional de Energia
Inmetro Instituto Nacional de Metrologia, Normalizaçao e Qualidade Industrial
IRC Índice de Reprodução de Cor
LED Diodos Emissores de Luz
LEED Leadership in Energy and Environmental Design
LI Lâmpada Incandescente
LF Lâmpada Fluorescente
MCTI Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação
MDIC Ministério de Desenvolvimento, Industria e Comércio
MME Ministério de Minas e Energia
OIA Organismo de Inspeção Acreditado
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ONU Organização das Nações Unidas
OPEP Organização dos Países Exportadores de Petróleo
PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem
PEE Programa de Eficiência Energética
PNE Plano Nacional de Energia
PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
RAC Regulamento de Avaliação da Conformidade
RTQ Regulamento Técnico da Qualidade
s/d Sem data
TIR Taxa Interna de Retorno
VPL Valor Presente Líquido
WWF World Wide Fund for Nature
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Sumário
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 13 1.1 Objetivo ................................................................................................................... 18 1.2 Metodologia ............................................................................................................. 18 1.3 Estruturação ........................................................................................................... 19
2. REVISÃO DA LITERATURA ..................................................................................... 20 3. CONCEITOS .................................................................................................................. 23 3.1 Luz ........................................................................................................................... 23
3.2 Fluxo Luminoso ...................................................................................................... 23 3.3 Iluminância ............................................................................................................. 23 3.4 Intensidade Luminosa ............................................................................................ 24 3.5 Luminância ............................................................................................................. 24 3.6 Eficiência Luminosa de Lâmpadas ....................................................................... 24
3.7 Temperatura de cor ................................................................................................ 25 3.8 Índice de reprodução de cor .................................................................................. 26 3.9 Vida útil ................................................................................................................... 26
4. TECNOLOGIAS DE ILUMINAÇÃO .......................................................................... 27 4.1 Histórico .................................................................................................................. 27
4.1.1 Lâmpadas incandescentes ......................................................................................... 27
4.1.2 Lâmpadas halógenas ................................................................................................. 28
4.1.3 Lâmpadas fluorescentes ............................................................................................ 28
4.2 LED .......................................................................................................................... 30
4.2.1 Histórico ................................................................................................................... 30
4.2.2 Funcionamento ......................................................................................................... 31
4.2.3 Cenários de participação ........................................................................................... 32
4.2.4 Catálogos / Data Sheets ............................................................................................ 32
5. PROGRAMAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA..................................................... 34 5.1 Lei de eficiência energética .................................................................................... 35 5.2 Empresa de Pesquisa Energética........................................................................... 36
5.3 Programa Nacional de Conservação de Energia ................................................. 36
5.3.1 Selo Procel de Economia de Energia ........................................................................ 37
5.3.2 Programa Nacional de Eficiência Energética em Edificações.................................. 38
5.4 Programa Brasileiro de Etiquetagem ................................................................... 39 5.5 Leadership in Energy and Environmental Design ................................................. 44 6. ANÁLISE TÉCNICA E ECONÔMICA ...................................................................... 47 6.1 O Município de Itajubá .......................................................................................... 47
6.2 Metodologia para cálculo de potencial de conservação de energia utilizando
lâmpadas LED ........................................................................................................................ 48 6.3 Cálculo do consumo residencial de energia elétrica de Itajubá ......................... 50 6.4 Cálculo do consumo de energia elétrica das lampadas fluorescentes nas
residências de Itajubá ............................................................................................................. 53
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6.5 Cenários para a entrada de lâmpadas LED ......................................................... 58
6.5.1 Relação do preço da LFC e do LED ......................................................................... 58
6.5.2 Bandeiras Tarifárias .................................................................................................. 59
6.5.3 Distribuição de lâmpadas de uso habitual por faixa de consumo ............................. 59
6.5.4 Cenários .................................................................................................................... 60
7. CONCLUSÃO ................................................................................................................. 70
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 71
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1. Introdução
A preocupação com a disponibilidade de energia elétrica e sua utilização consciente se
remete a década de 70, quando ocorreram as chamadas crises do petróleo. Durante tais eventos
os principais produtores da Organização dos Países Exportadores de Petróleo (Opep) reduziram
a oferta do petróleo, provocando repentinas altas no preço do barril, que chegaram a elevar o
preço do combustível fóssil em até 400% em cinco meses, deflagrando uma crise energética
mundial sem precedentes.
Em consequência do choque do petróleo foi criada a Agência Internacional de Energia
(IEA) em 1974, com o objetivo inicial de coordenar esforços mundiais relacionados ao petróleo.
Com o passar dos anos a IEA se expandiu e, atualmente a organização conta com 29 países
membros e ajuda a garantir energia confiável, acessiva e limpa.
Ao mesmo tempo que o mundo enfrentava uma crise energética nunca antes vista,
ocorria a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano, também conhecida
como Conferência de Estocolmo. Durante o evento foram debatidos temas relacionados a
poluição atmosférica e recursos naturais, tais assuntos estavam principalmente ligados a
degradação ambiental provocada pela revolução industrial e o crescimento populacional
humano que ocorreram no século XIX. Assim, a Conferencia da Organização das Nações
Unidas (ONU) ficou marcada como primeiro esforço mundial para conscientizar governo e
população sobre a problemática ambiental.
Portanto, a década de 70 foi marcante para o homem, em seu decorrer notou-se que os
recursos naturais eram finitos e não estariam sempre disponíveis para o consumo, questões
ambientais e políticas poderiam implicar diretamente em crises de proporções mundiais. Assim,
viu-se necessário a redução do consumo de recursos naturais e que estes deveriam ser
aproveitados da maneira mais eficiente possível.
Neste contexto surgiram as primeiras políticas públicas que visavam um melhor
aproveitamento energético. Inicialmente centros de pesquisas, principalmente nos Estados
Unidos e Europa, tiveram um papel fundamental na criação e divulgação de regulamentos que
visavam melhor eficiência energética. Na França, foram aprovadas diversas medidas que
estabeleciam critérios para novas edificações, primeiramente foram colocadas em prática as
tecnologias passivas que diminuíam o gasto energético por meio do melhor aproveitamento
ambiental, em seguida foram implementadas as ativas que usam a energia elétrica de maneira
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mais eficaz, tais medidas impactaram na diminuição de 50% no consumo energético
(ROMÉRO, 2012).
Com o desenvolvimento das políticas energéticas e ambientais surgiu o conceito de
desenvolvimento sustentável, que pode ser definido, segundo a World Wide Fund for Nature
(WWF), como:
“Desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento
capaz de suprir as necessidades da geração atual, sem
comprometer a capacidade de atender as necessidades
das futuras gerações. É o desenvolvimento que não
esgota os recursos para o futuro. ”
Fonte: www.wwf.org.br/
Outras conferências internacionais ocorreram ao longo dos anos, sendo que uma das
mais importantes foi a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e
Desenvolvimento (Cnumad) em 1992, que ficou conhecida como Eco-92, Rio-92 ou Cúpula da
Terra. Na reunião partiu-se do princípio que se todos os países consumirem desenfreadamente
os recursos naturais, os danos ao meio ambiente seriam irreversíveis, assim, se concluiu que os
fatores econômicos, sociais e ambientais deveriam ser agregados às políticas para que o
desenvolvimento ocorra de maneira sustentável, ficando acordado que países em
desenvolvimento deveriam receber suporte financeiro e tecnológico para alcançarem um
modelo sustentável.
Em 2005 entrou em vigor o Protocolo de Kyoto, acordo criado em 1997 em que os
países desenvolvidos e em transição se responsabilizavam em diminuir as emissões de gases
estufa a níveis semelhantes aos de 1990. Durante o primeiro período, entre 2008 e 2012, as
nações industrializadas assumiam o compromisso de reduzir as emissões de gases de efeito
estufa em 5% em relação aos níveis de 1990. E, numa segunda etapa, entre 2013 e 2020, a meta
estipulada era diminuir as emissões em 18% abaixo de 1990.
Recentemente, o Brasil se comprometeu a diminuir as emissões de gases estufa em 37%
até 2025, em relação aos níveis de 2005. Tal compromisso foi firmado em 2015 durante a 21ª
Conferência das Partes (COP-21).
Portanto, desde a década de 70 várias conferências internacionais são realizadas com o
objetivo de discutir e consolidar acordos para o desenvolvimento sustentável. Durante as
reuniões a dependência do petróleo e as emissões de dióxido de carbono sempre estão em pauta,
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a eficiência energética é abordada como um meio para amenizar as emissões de CO2 e tornar os
sistemas energéticos sustentáveis.
Para promover o uso racional e eficiente de energia elétrica e combater seu disperdício,
o governo brasileiro criou, em 1985, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
(Procel), que apresentou ótimos resultados. Em 2015, o Procel contribuiu na economia de 11,7
bilhões de quilowatts-hora (kWh), o equivalente a 2,5% do consumo nacional no mesmo ano,
tal economia evitou que aproximadamente 1,4 milhões de tonelas de dióxido de carbono fossem
lançados na atmosfera, representando um grande beneficio ambiental (PROCEL INFO, 2016).
Em 2001, o Brasil passou por uma grave crise de abastecimento no setor elétrico devido
a falta de investimento no setor de geração e distribuição nos anos anteriores e o baixo nível
nos reservatórios das hidrelétricas intensificou o problema, uma vez que cerca de 90% da
energia elétrica era produzida nas hidrelétricas. Para resolver a situação, foram acionadas
termoelétricas, tornando a geração de energia mais cara e poluente. O governo também impôs
medidas rígidas para a redução do consumo de eletricidade, adicionando sobretaxas as contas
dos usuários de acordo com o consumo mensal.
Semelhante a crise de abastecimento de 2001, o ano de 2015 também foi marcado por
outra crise de abastecimento no setor elétrico, provocada novamente pela falta de planejamento
no setor e o baixo nível dos reservatórios. Assim, as termoelétricas tiveram que ser novamente
acionadas, elevando as taxas de geração e dióxido de carbono lançado na atmosfera.
Em 2015, a geração de energia elétrica no Brasil atingiu 581,5 TWh, sendo que a energia
renovável é predominante na matriz energética brasileira, representando cerca de 75,5% da
oferta interna de eletricidade. A geração hidráulica se destaca, representando 64% da oferta
interna de energia elétrica no país (Figura 1).(BEN, 2016).
Figura 1 - Oferta Interna de Energia Elétrica por Fonte
Fonte: Balanço Energético Nacional, 2016.
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Segundo o Balanço Energético Nacional 2016 (BEN, 2016) as edificações residenciais,
comerciais e públicas consumiram cerca de 45% de toda energia elétrica produzida no país em
2015, sendo que as residências representam aproximadamente 50% deste percentual. Portanto,
o consumo elétrico residencial se mostra relevante para a matriz energética brasileira, existindo,
ainda, uma tendência para que esta participação aumente devido as mudanças sociais que vem
ocorrendo ao longo das últimas décadas, a sociedade industrial se transformou na da
informação, e desta, para a da comunicação. Assim, o consumo de energia elétrica nas
residências aumenta devido a vários fatores, como: o atendimento a novos consumidores, o
crescimento do número de eletrodomésticos e eletroeletrônicos e o aumento do tempo que as
pessoas passam em seus domicílios (PROCEL, 2007). Como resultado deste crescimento, o
Estudo de Demanda de Energia 2050 (EPE, 2014) estima que o setor residencial brasileiro passe
a consumir 212 TWh a mais em relação a 2013, tal cifra representa aproximadamente 65% do
consumo total de energia consumida no Brasil.
Em vista desta necessidade de aumento da oferta de energia, a construção de novas
usinas geradoras torna-se necessária para garantir a segurança da operação do sistema
brasileiro. Como a maioria dos grandes potenciais hídricos brasileiros foi explorado, restando
apenas a bacia amazônica, que por questões políticas, ambientais e de infraestrutura se mostra
praticamente inexplorável, as outras fontes restantes consistem basicamente de termoelétricas,
usinas solares e eólicas. As últimas, dependem de fatores climáticos, os quais nem sempre estão
disponíveis quando necessário e, portanto, não correspondem como fontes de energia firme.
Assim, resta explorar a energia termoelétrica, que faz com que a geração seja mais poluente
(Figura 2).
Figura 2 - Participação das Fontes na Expansão da Capacidade Instalada
Fonte: Balanço Energético Nacional, 2016.
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Para explorar melhor a energia já produzida e evitar a construção de novas fontes
poluentes a solução encontrada foi incentivar a economia de energia e a utilizar equipamentos
mais eficientes.
Segundo a IEA, o potencial de economia nas edificações é gigantesco, se fossem
empregadas políticas de eficiência energética juntamente com a implantação das tecnologias
disponíveis no mercado, a economia de energia nos edifícios europeus chegaria em 2050 ao
equivalente da soma da energia usada pela China, França, Alemanha, Rússia, Reino Unido e
Estados Unidos no ano de 2012. Esta energia economizada também traria benefícios como o
barateamento do custo da energia e combustíveis, maior confiabilidade no atendimento a
demanda sem uma infraestrutura dispendiosa e interrupções, além da diminuição da emissão de
gases estufa e outros poluentes prejudiciais à saúde humana (IEA, 2016).
Nas residências, a economia de eletricidade está diretamente ligada com a instalação de
lâmpadas que reduzem o consumo de energia. A primeira iniciativa governamental que visa
diminuir o uso de eletricidade nas edificações se deu por meio da Lei de Eficiência Energética,
que determina níveis mínimos de fatores de desempenho para equipamentos fabricados ou
comercializados no Brasil. Como as lâmpadas incandescentes não obedeciam aos critérios
mínimos propostos, estas foram retiradas gradualmente do mercado.
Para substituir as lâmpadas incandescentes, as lâmpadas fluorescentes foram muito
utilizadas, representando uma significativa melhora na eficiência energética. Porém, com o
avanço tecnológico dos LEDs e a diminuição dos preços das lâmpadas, o mercado inicia uma
nova tendência de iluminação.
A tecnologia LED se remete a década de 60, quando os primeiros diodos emissores de
luz eram empregados no mercado eletrônico por meio de luzes sinalizadoras. Porém, somente
nos anos 90 ele se tornou viável em aplicações de iluminação residencial, comercial e pública.
As diversas vantagens apresentadas pelos LEDs sobre as outras tecnologias de
iluminação, como: o baixo consumo de energia, alto nível de eficiência, longa vida útil, menores
dimensões, entre outros benefícios, como a minimização da quantidade de lâmpadas a serem
descartadas diminuindo a emissão de 𝐶𝑂2 na atmosfera, tornam o diodo emissor de luz uma
tendência no mercado de iluminação residencial brasileira.
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1.1 Objetivo
O objetivo deste trabalho é realizar um estudo de eficiência energética das lâmpadas
utilizadas para iluminação em consumidores residenciais. O estudo contemplará uma análise
técnica e econômica baseada em dados da cidade de Itajubá, Minas Gerais, que tratará da
substituição de lâmpadas incandescentes e fluorescentes por lâmpadas de LED em residências
típicas da cidade.
1.2 Metodologia
O trabalho será desenvolvido conforme as seguintes etapas:
1. Revisão da literatura sobre a situação atual e o planejamento do setor energético,
destacando os principais acontecimentos políticos, tecnológicos e ambientais
que provocaram e ainda influenciam no setor;
2. Apresentação dos principais termos utilizados na iluminação, tais conceitos
serão empregados no desenvolver do trabalho;
3. Revisão da literatura sobre as tecnologias empregadas na iluminação residencial,
partindo das lâmpadas incandescentes, passando pelas lâmpadas fluorescentes
compactas e fluorescentes tubulares, até chegar no diodo emissor de luz;
4. Revisão da literatura sobre eficiência energética, apresentando enfoque nas
principais iniciativas nacionais relacionas ao tema;
5. Análise teórica comparativa entre as tecnologias empregadas na iluminação
residencial, com destaque para o LED;
6. Estudo de viabilidade econômica da instalação de luminárias mais eficientes nas
residências situadas na cidade de Itajubá, Minas Gerais, simulando vários
cenários possíveis para a implementação das novas tecnologias de iluminação
nas edificações.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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1.3 Estruturação
Capítulo 1 – Motivação e apresentação do tema, definição dos objetivos do trabalho,
apresentação da metodologia empregada e a forma de organização do documento;
Capítulo 2 – Dedicado a apresentação da revisão da literatura, apresentando resultados
referentes aos estudos energéticos e econômicos que promovam o aumento da eficiência dos
sistemas de iluminação residencial;
Capítulo 3 – Apresentação dos principais conceitos relacionados a iluminação que serão
utilizados no decorrer do trabalho de conclusão de curso;
Capítulo 4 – Exposição do histórico da evolução da iluminação residencial, apresentando
os aspectos mais relevantes de cada tecnologia, com enfoque principal nos diodos emissores de
luz;
Capítulo 5 – Destinado aos principais programas e ações nacionais que buscam
regulamentar e incentivar o avanço da eficiência energética no Brasil;
Capítulo 6 – Tem como objetivo apresentar e traçar as metas que serão desenvolvidas neste
trabalho de conclusão de curso durante o segundo semestre de 2017;
Capítulo 7 – Exposição dos resultados e conclusões obtidas no estudo.
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2. Revisão da Literatura
Nas últimas décadas, houve um grande incentivo a estudos e programas voltados para o
uso de equipamentos mais eficientes no consumo de energia elétrica, outra questão importante
foi a preocupação com o hábito de consumo dos usuários residenciais.
Dubois e Blomsterberg (2011) exploraram o potencial de conservação de energia
elétrica nos sistemas de iluminação utilizando técnicas diretamente relacionadas com a energia
elétrica e técnicas que melhoram a iluminação utilizando a envoltória das edificações.
Os métodos diretamente ligados a energia elétrica, são:
Melhoria na tecnologia das lâmpadas;
Melhoria na tecnologia do reator;
Melhoria na tecnologia da luminária;
Uso de iluminação natural;
Melhoria na manutenção do sistema;
Melhoria no fator de utilização;
Redução dos níveis de iluminância;
Redução do tempo de uso;
Uso de sensores de presença;
Dimerização manual e automática.
Já os métodos que utilizam a envoltória para melhor aproveitamento da luz natural, são:
Efeito das características da janela;
Efeito de dispositivos de sombreamento;
Efeito da refletância de superfícies internas;
Ainda segundo Dubois e Blomsterberg (2011), a substituição de lâmpadas fluorescentes
T12 por T5 com reatores eletrônicos, pode oferecer uma economia de até 40%. E, a combinação
de luminárias mais eficientes com sensores de presença, iluminação ambiente e dimerização,
poderia economizar outros 40% de energia.
Bastos (2011) realizou um estudo energético com base na política energética da retirada
das lâmpadas incandescentes do mercado, regulamentada por meio da Portaria Interministerial
nº 1.007 de 2010.
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A estimativa teve como base os dados de distribuição do consumo de energia elétrica
médio em valores percentuais para cada tipo de lâmpada usado na iluminação residencial das
várias regiões brasileiras, obtidas através da Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de
uso de Energia Elétrica – ano base 2005 (ELETROBRAS/PROCEL, 2007a); do consumo
residencial de energia elétrica por região do Brasil, disponível no Balanço Energético Nacional
2010 – ano base 2009; e ainda, segundo a projeção da evolução dos números de domicílios
permanentes ocupados no Brasil, cujos dados foram apresentados no Plano Nacional de Energia
– PNE 2030 (EPE, 2007).
Este estudo avaliou que, através da substituição de todas as lâmpadas incandescentes
por lâmpadas fluorescentes compactas, o potencial de redução do consumo de energia elétrica
no setor residencial brasileiro no ano de 2012 seria de 7.424,1 GWh. E, durante os anos de 2012
até 2030, a economia de energia seria cerca de 167 TWh (BASTOS, 2011).
Além dos sistemas tradicionais de iluminação, que se baseiam simplesmente em ligar e
desligar as lâmpadas, grandes economias energéticas podem ser obtidas por meio de sensores
inteligentes de controle de intensidade luminosa. Byun, Hong e Lee (2013) propuseram a
implantação de um sistema inteligente de controle utilizando sensores que se comunicam
através de wireless. Neste projeto, o fluxo luminoso é ajustado a níveis mínimos que satisfaçam
o usuário e promovem a eficiência energética. Este sistema foi testado com 44 lâmpadas LED,
totalizando 42 W de potência instalada, durante 14 dias. Como resultado, houve uma
diminuição de 21,9% no consumo.
Aman, Jasmon e Mokhlis (2013) realizaram um estudo comparativo entre lâmpadas
incandescentes, fluorescentes, fluorescentes compactas e LEDs. Para confrontar o consumo e o
impacto das lâmpadas na qualidade de energia, em termos de distorção harmônica, foram
realizados alguns experimentos, que destacaram os seguintes pontos:
A substituição de lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes,
fluorescentes compactas e LEDs é vantajoso tanto para o consumidor, como para
a concessionária. Esta escolha se justifica devido a maior eficiência e vida útil;
A substituição de lâmpadas fluorescentes por lâmpadas fluorescentes compactas
não é vantajosa nem para o consumidor, nem para a concessionária. Esta mudança
provocaria o aumento da distorção harmônica e aumento de consumo de energia
para um mesmo nível de iluminação;
As lâmpadas LED apresentam atualmente uma melhoria em seu desempenho, bem
como a redução de seus custos. Assim, este tipo de lâmpada é considerado como
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22
uma tendência futura. Para garantir que apenas lâmpadas de boa qualidade
cheguem ao mercado consumidor, surge a necessidade da criação de normas mais
rigorosas e programas de etiquetagem energética.
Ferreira (2014) estudou a viabilidade econômica da substituição das lâmpadas
incandescentes e fluorescentes compactas por lâmpadas LED. Em sua análise economica,
Ferreira considerou uma durabilidade de 750 horas para lâmpadas incandescentes, 8.000 horas
para as lâmpadas fluorescentes compactas e 25.000 horas para as lâmpadas LED, uso diário de
10 horas, com uma tarifa de energia elétrica de R$ 0,3866 por kWh (tarifa referente a cobrada
pela distribuidora Eletropaulo em 2013).
Segundo o autor, com a utilização de lâmpadas LED, a economia de energia elétrica pode
ser de até 80% e o tempo de retorno do investimento de 2.700 horas, quando comparada à
lâmpada incandescentes. Se comparada a lâmpada fluorescente compacta, o LED pode
apresentar uma economia de até 27,3% e 15.000 horas para retorno de investimento.
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23
3. Conceitos
Este capítulo traz os principais conceitos sobre iluminação e luminotécnica.
3.1 Luz
Luz é a radiação eletromagnética capaz de produzir uma sensação visual que está
compreendida entre 380 e 780 nm (Figura 3). A sensibilidade visual para a luz varia não só de
acordo com o comprimento de onda da radiação, mas também com a luminosidade. (OSRAM,
s/d)
Figura 3 – Espectro Eletromagnético
Fonte:<http://www.fau.usp.br/arquivos/disciplinas/au/aut0274/ilumART.%20Manual%20Osram%20V2.pdf>
3.2 Fluxo Luminoso
Fluxo Luminoso é a radiação total da fonte luminosa entre os limites de comprimento
de onda mencionados (380 e 780m). O fluxo luminoso é a quantidade de luz emitida por uma
fonte, medida em lúmens, na tensão nominal de funcionamento. (OSRAM, s/d)
Símbolo: φ
Unidade: lúmen (lm)
3.3 Iluminância
A luz que uma lâmpada irradia, relacionada à superfície à qual incide, define uma nova
grandeza luminotécnica denominada de Iluminamento, nível de iluminação ou Iluminância.
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24
Expressa em lux (lx), indica o fluxo luminoso de uma fonte de luz que incide sobre uma
superfície situada à uma certa distância dessa fonte. (OSRAM, s/d).
Símbolo: E
Unidade: Lux (lm/m²)
A equação que expressa esta grandeza é: 𝐸 = 𝜑
𝐴 (
𝑙𝑚
𝑚2)
3.4 Intensidade Luminosa
Intensidade luminosa é o Fluxo Luminoso irradiado na direção de um determinado
ponto. (OSRAM, s/d)
Símbolo: I
Unidade: candela (cd)
3.5 Luminância
Os raios de luz não são vistos, a menos que sejam refletidos em uma superfície e aí
transmitam a sensação de claridade aos olhos. Essa sensação de claridade é chamada de
Luminância. É a Intensidade Luminosa que emana de uma superfície, pela sua superfície
aparente. (OSRAM, s/d)
Símbolo: L
Unidade: cd/m²
A equação desta determinação é: 𝐿 =𝐼
𝐴.𝑐𝑜𝑠𝛼 (
𝑐𝑑
𝑚2)
3.6 Eficiência Luminosa de Lâmpadas
As lâmpadas se diferenciam entre si não só pelos diferentes fluxos luminosos que
irradiam, mas também pelas diferentes potências que consomem. Para poder compará-las, é
necessário saber quantos lúmens são gerados por potência consumida. A essa grandeza dá-se o
nome de Eficiência Energética (ou “Rendimento Luminoso”). A Tabela 1 exemplifica as
eficiências de alguns tipos de lâmpadas. Como geralmente a lâmpada é instalada dentro de
luminárias, o fluxo luminoso final disponível é menor do que o irradiado pela lâmpada, devido
à absorção, reflexão e transmissão da luz pelos materiais com que são construídas as luminárias.
(OSRAM, s/d).
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25
Tabela 1 – Eficiência energética em lâmpadas
Fonte: BOUTS, 2016
3.7 Temperatura de cor
A temperatura de cor correlata expressa a aparência da cor da luz, sendo medida em
Kelvin (K). Essa definição está baseada na relação entre a distribuição de energia da radiação
de comprimentos de onda diferentes que constituem o espectro de emissão da fonte de luz e a
temperatura de um material hipotético e padronizado, conhecido como corpo negro, e à medida
que a temperatura do corpo negro é elevada a partir do zero absoluto. (BOUTS, 2016).
Símbolo: T
Unidade: K (Kelvin)
Figura 4 – Temperaturas de cor
Fonte:http://www.fau.usp.br/arquivos/disciplinas/au/aut0274/ilumART.%20Manual%20Osram%20V2.pdf
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3.8 Índice de reprodução de cor
As variações de cor dos objetos iluminados sob fontes de luz diferentes podem ser
identificadas através de um outro conceito, a Reprodução de Cor, e de sua escala qualitativa, o
Índice de Reprodução de Cor (IRC ou RA). O IRC é estabelecido em função da luz natural que
tem reprodução fidedigna, ou seja, 100. No caso das lâmpadas, o IRC é estabelecido entre 0 e
100, comparando-se a sua propriedade de reprodução de cor à luz natural (do sol). Portanto,
quanto maior a diferença na aparência de cor do objeto iluminado em relação ao padrão, menor
é seu IRC. (OSRAM)
3.9 Vida útil
A vida útil é definida como o tempo em horas após a depreciação de uma porcentagem
de seu fluxo luminoso inicial. Esta depreciação é definida em função do tipo de lâmpada e
geralmente varia de 10% a 30%.
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4. Tecnologias de Iluminação
Este capítulo traz uma abordagem das principais tecnologias disponíveis no mercado
para iluminação.
4.1 Histórico
A história da iluminação vem desde a pré-história, com a descoberta do fogo produzido
a partir de faíscas geradas ao bater duas pedras, que foi um grande avanço da humanidade. O
fogo era utilizado para aquecimento e também para iluminação. Foi através do fogo que muitas
tecnologias de iluminação foram nascendo, as tochas, velas e lamparinas a óleo, gás e
querosene, foram largamente utilizados na iluminação, até que se chegou à lâmpada
incandescente, à fluorescente e a de LED.
4.1.1 Lâmpadas incandescentes
Foi Thomas Edison que, em 1879, construiu a primeira lâmpada elétrica
comercializável, composta por um filamento de carbono de alta resistência inserida em um
bulbo de vidro a vácuo, em uma base rosqueável para contato elétrico. O fino filamento de
carbono quando aquecido, passa a emitir luz.
A lâmpada incandescente passou a ser fabricada com um filamento de tungstênio
(Figura 5).
Figura 5 – lâmpada incandescente
Fonte: <http://www.lighting.philips.com.br/prof/lampadas-convencionais/lamp.-incandescentes/standard-bulbo-
t-a-e/standard/>
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As lâmpadas incandescentes têm custo baixo de fabricação e compra, mas são
extremamente ineficientes, apenas 5% da energia utilizada é convertida em luz visível, o
restante é convertido em calor. (IEA, 2010).
A portaria interministerial número 1007, de 31 de dezembro de 2010, definiu níveis
mínimos de eficiência energética, assim também como um cronograma para substituição de
lâmpadas incandescentes por modelos mais eficientes. As lâmpadas incandescentes deixaram
de ser comercializadas em 2016.
4.1.2 Lâmpadas halógenas
As lâmpadas halógenas são lâmpadas parecidas com as incandescentes, com filamento
de tungstênio, mas com o gás halogênio dentro do bulbo. Foram criadas no início do século
XX, com o ciclo do halogênio, devido ao qual partes do filamento liberados com o calor são
reconduzidos, evitando que a lâmpada escureça. Assim, possuem uma vida útil maior. (Figura
6).
Figura 6 – lâmpada halógena
Fonte: <http://www.philips.com.br/c-p/8727900919936/lampada-halogena>
4.1.3 Lâmpadas fluorescentes
As lâmpadas fluorescentes foram criadas em 1927 por Friedrich Meyer, Hans Spanner e
Edmund Germer, mas somente em 1938 foram comercializadas pela General Electric. O
funcionamento dessa lâmpada se dá através de uma descarga elétrica em dois filamentos que,
ligados a um reator, liberam elétrons que ao se chocarem vaporizam o mercúrio contido no
bulbo liberando radiação ultravioleta que em contato com o fósforo emite luz. (BOUTS, 2016)
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Figura 7 – Circuito da lâmpada fluorescente
Fonte: <http://www.ceee.com.br/pportal/ceee/Component/Controller.aspx?CC=3321>
Foi criada então, em 1980, a lâmpada fluorescente compacta (Figura 8), montada em
uma base igual ao da incandescente, possibilitando assim, a troca de uma lâmpada
incandescente por uma fluorescente. A vantagem em relação à incandescente está no fato de
apresentarem mesmo fluxo luminoso com potência menor, uma economia de energia.
(BASTOS, 2011).
Figura 8 – Lâmpada fluorescente compacta
Fonte: http://www.philips.com.br/c-p/8718696436363/tornado-lampada-em-espiral-fluorescente-compacta>
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4.2 LED
Este capítulo traz uma abordagem específica da lâmpada de LED.
4.2.1 Histórico
Em 1907, o inglês Henry Joseph Round descobriu que, ao aplicar uma pequena tensão
a um cristal de carbeto de silício (SiC), este emite uma luz amarelada.
Porém, foi em 1927 que o russo Oleg Vladimirovich Losev, cientista e técnico de rádio,
escreveu sobre a eletroluminescência em semicondutores.
Em 1955, Rubin Braunstein, que trabalhou na Radio Corporation of America, reportou
que alguns diodos em Arsenieto de Gálio (GaAs) emitem luz infravermelha quando submetidos
a uma corrente.
Mas foi em 1961 que Gary Pittman e Bob Biard da Texas Instruments patentiaram o
primeiro LED infravermelho.
Em 1962, Nick Holonyak Jr., que trabalhava na General Electric, desenvolveu o
primeiro LED que emitia luz visível, usando Arsenieto de Gálio e Fósforo (GaAsP), era luz
vermelha.
No início da década de 70, em 1972, Magnus Georges Craford, um estudante de
Holonyak, inventou o primeiro LED amarelo e um LED vermelho mais brilhante. Também foi
desenvolvido LEDs violeta e verde.
Foi em 1979 que o japonês Shuji Nakamura desenvolveu o primeiro LED azul através
de Nitreto de Gálio. Porém, o custo era alto para uso comercial. Somente em 1994 o LED azul
se tornou viável pela Nichia Corporation.
Com o desenvolvimento do LED azul, foi possível criar o LED de luz branca, de grande
importância para a tecnologia de lâmpadas LED atuais. (Figura 9).
Figura 9 – Lâmpada LED
Fonte: <http://www.philips.com.br/c-p/8718291686965/led-lampada>
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4.2.2 Funcionamento
O diodo emissor de luz é um dispositivo que emite luz quando submetido a uma tensão
e corrente direta. Tem o mesmo princípio de funcionamento de um diodo convencional de
junção P-N de um semicondutor. Nessa junção, tem-se uma camada de depleção, formada pela
falta de elétrons (íons positivos) no lado N e excesso de elétrons do lado P. Para que os elétrons
vençam essa camada, é necessário a aplicação de uma diferença de potencial. Quando a tensão
aplicada é forte, os elétrons atravessam a camada de depleção e a corrente flui, liberando energia
na forma de fótons. Os fótons são um carregamento de radiação eletromagnética que podem
mudar de acordo com níveis de energia diferentes ou adição de impurezas. As cores dependem
da energia da banda do material usado para formar a junção P-N. A Tabela 2 mostra os materiais
semicondutores que são usados para gerar luz LED.
Tabela 2 – Materiais semicondutores para gerar luz LED
MATERIAIS SEMICONDUTORES COR EMITIDA
Arseneto de Alumínio e Gálio (AlGaAs) Vermelho e infravermelho
Fosfeto de Alumínio e Gálio (AlGaP) Verde
Fosfeto de Índio, Gálio e Alumínio
(AlGaInP)
Vermelho alaranjado brilhante, laranja,
amarelo
Nitreto de Gálio e Alumínio (AlGaN) Ultravioleta
Nitreto de Alumínio (AlN) Ultravioleta
Diamante (C) Ultravioleta
Fosfeto de Arseneto de Gálio (GaAsP) Vermelho, laranja e vermelho, laranja,
amarelo
Fosfeto de Gálio (GaP) Vermelho, amarelo, verde
Nitreto de Gálio (GaN) Verde, verde esmeralda
Nitreto de Gálio com AlGan Azul, branco
Nitreto de gálio e Índio (InGaN) Verde azulado, azul, ultravioleta
Safira (Al2O3) como substrato Azul
Silício como substrato Azul (em desenvolvimento)
Carboneto de Silício (SiC) Azul
Selenieto de Zinco (ZnSe) Azul
Fonte: adaptado da tabela 1.1 pag.7 (HELD, 2009).
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32
4.2.3 Cenários de participação
Por muito tempo, o LED foi usado para indicação de estado, ou seja, sinalizando se
rádio, televisores e outros equipamentos, estavam ligados ou não. Atualmente, ele é usado de
diversas maneiras. Luzes de indicação, semáforos, em televisores, em automóveis, lâmpadas,
são algumas das aplicações do LED. Nesse trabalho, nosso enfoque será nas lâmpadas de LED
para economia de energia na iluminação residencial.
4.2.4 Catálogos / Data Sheets
Neste tópico serão apresentados dois catálogos de fabricantes de lâmpada LED, Philips
e OSRAM.
No catálogo da Philips, a Figura 10 apresenta três modelos de lâmpadas LED com seus
respectivos dados.
Figura 10 – Data Sheet Philips
Fonte: <http://download.p4c.philips.com/lfb/c/comf-2091/comf-2091_pss_pt_br_001.pdf>
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No catálogo da OSRAM, a Figura 11 apresenta o modelo classic A.
Figura 11 – Data Sheet OSRAM
Fonte: <www.osram.com.br/.../catalog-osram-led-lamp-and-luminaire--2015-br-pt.pdf>
Uma análise de equivalência de potência das lâmpadas pode ser feita através dos catálogos.
Uma lâmpada LED de Potência nominal 5W equivale a uma lâmpada incandescente de
25W. Já uma lâmpada LED de 7W equivale a uma incandescente de 40W. A lâmpada LED
13,5W equivale a uma incandescente de 100W.
Pode-se notar uma diferença considerável de potência no uso de lâmpadas LED. Isso já
mostra a eficiência energética que se pode ter na utilização do LED.
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34
5. Programas de eficiência energética
A maioria das atividades modernas somente são possíveis com o uso intensivo de uma ou
mais formas de energia. Aquelas colocadas a disposição de consumidores onde e quando
necessário passam por diversas transformações, sendo que ao longo destes processos ocorrem
perdas nos equipamentos e para o meio. Tendo em vista a melhor utilização da energia, são
desenvolvidas tecnologias mais eficientes e, assim, os equipamentos desperdiçam cada vez
menos energia.
Direcionando a análise da eficiência energética somente para o consumo da energia
elétrica nota-se uma tendência mundial de investimentos em programas e ações sobre a
importância econômica e ambiental da utilização de equipamentos cada vez mais eficientes.
Nos Estados Unidos, Canadá e México, programas de etiquetagem e índices mínimos de
eficiência energética para equipamentos tem sido absolutamente efetivo na economia de
energia, representando medidas chave nas políticas energéticas desses países (GELLER, 2003).
No Brasil, os primeiros programas que visam a economia de energia elétrica se remetem
a década de 30, quando o decreto número 20.466 de 01/10/31 estabelecendo a hora de economia
de luz no verão em todo o território nacional no período de 3 de outubro a 31 de março, ou seja,
o horário de verão começava a vigorar (ELEKTRO, 2012).
Entretanto, a maioria das medidas relacionadas a eficiência energética foram criadas na
década de 70 devido à crise de petróleo. Assim, surgiram iniciativas para conscientizar os
consumidores sobre o consumo racional e eficiente da energia. Tais ações proporcionavam
descontos tarifários e incentivos fiscais para a aquisição de equipamentos mais eficientes, além
de investimentos em pesquisa e desenvolvimento.
No Brasil, os programas de eficiência energética foram incorporados as instituições,
entre elas estão, o Ministério de Minas e Energia (MME); a Eletrobras, responsável pelo
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel); a Agência Nacional de
Energia Elétrica (ANEEL), responsável pelo Programa de Eficiência Energética das
Concessionárias Distribuidoras de Energia Elétrica (PEE); as distribuidoras de energia; o
Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro), responsável
pelo Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) (ELEKTRO, 2012).
Além das instituições citadas acima, o Brasil também criou leis que regulamentam e
indicam níveis mínimos de eficiência para equipamentos, um exemplo é a lei número
10.295/2001, que regulamentou a Lei de Eficiência Energética e criou o Comitê Gestor de
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35
Indicadores e Níveis de Eficiência Energética, com função de elaborar um programa de metas
com a indicação dos níveis a serem alcançados para cada equipamento regulamentado
(ELEKTRO, 2012).
Atualmente, o Plano Nacional de Energia de 2030 (PNE 2030) definiu uma meta de
economia de 10% no consumo final de energia elétrica, sendo que tal valor deve ser atingido
através do aumento da eficiência energética (PNEf, 2011).
5.1 Lei de eficiência energética
A Lei 10.295/2001 que ficou conhecida como Lei de eficiência energética foi concebida
segundo o pretexto que a conservação de energia deve ser finalidade da Política Energética
Nacional, devendo estimular o desenvolvimento tecnológico, a introdução de novos produtos
mais eficientes no mercado e a preservação do meio ambiente (MME, 2014).
A Lei de eficiência energética ainda tem como objetivo determinar a existência de níveis
mínimos de eficiência energética de aparelhos consumidores de energia (elétrica, derivados do
petróleo ou outros insumos) comercializados ou fabricados no Brasil (MME, 2014).
Para implementar as definições da Lei, foi criado o Comitê Gestor de Indicadores de
Eficiência Energética (CGIEE) por meio do Decreto número 4.059/2001. O CGIEE é composto
pelo MME (Ministério de Minas e Energia), MDIC (Ministério de Desenvolvimento, Indústria
e Comércio), MCTI (Ministério de Ciência, Tecnologia e Inovação), Aneel (Agencia Nacional
de Energia Elétrica), ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis), um
representante da universidade e um cidadão brasileiro. Sendo suas principais atribuições:
regulamentar os níveis máximos de consumo de energia ou mínimos de eficiência energética
de aparelhos consumidores de energia, estabelecer programas de metas com indicação da
evolução dos níveis a serem alcançados por cada equipamento regulamentado e constituir
comitês técnicos para analisar matérias especificas (MME,2014).
Em paralelo com a Lei de Eficiência Energética existem programas de natureza
compulsória, como o Programa Brasileiro de Etiquetagem, que estabelece padrões e etiquetas
de eficiência energética dos equipamentos.
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36
5.2 Empresa de Pesquisa Energética
Instituída por meio da Lei n° 10.847 de 15 de março de 2004, a Empresa de Pesquisa
Energética (EPE) tem como finalidade prestar serviços na área de estudos e pesquisas
destinadas ao setor energético. Entre os serviços prestados pela EPE está a elaboração de
estudos e projeções para a elaboração e publicação do Balanço Energético Nacional (BEN).
Em relação a eficiência energética, a EPE deve promover estudos e divulgar informações
para subsidiar programas e planos de desenvolvimento energético sustentável, e também definir
metas para a utilização racional e conservação de energia.
5.3 Programa Nacional de Conservação de Energia
O Programa Nacional de Conservação de Energia (Procel), instituído em 30 de dezembro
de 1985, é um programa governamental coordenado pelo Ministério de Minas e Energia (MME)
e executado pela ELETROBRAS, foi criado para promover o uso eficiente da energia elétrica
e combater seu desperdício. O Procel contribui com ações que aumentam a eficiência dos bens
e serviços, desenvolvam hábitos e conhecimentos sobre o consumo eficiente da energia, tais
atuações postergam investimentos no setor elétrico, além de diminuir o impacto ambiental e
desenvolvimento sustentável (PROCEL INFO, 2016)
O Procel promove ações de eficiência energética em vários setores da economia, são elas:
identificação dos equipamentos mais eficientes por meio do Selo Procel; promoção da
economia de energia no setor de construção civil, em edificações residenciais, comerciais e
industriais; entre outros programas que destinados ao poder público, comércio e indústria.
Os resultados obtidos pelos programas instituídos pelo Procel somaram, em 2015, uma
economia de energia de aproximadamente 11,680 bilhões de kWh. Tal cifra corresponde a uma
economia de 2,5% em relação ao consumo total brasileiro, ou ainda, 8,9% do consumo
residencial no país. Essa energia economizada representa 1,453 milhão de toneladas de dióxido
de carbono que não foram emitidas, o que corresponde a emissão de 499 mil veículos
durante um ano. Somando os resultados no período de 1986 a 2015, o programa acumula um
total de 92,2 bilhões de kWh de energia economizada (PROCEL, 2016).
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37
5.3.1 Selo Procel de Economia de Energia
Criado em 1993 pelo Procel e executado pela Eletrobrás, o Selo Procel de Economia de
Energia (Figura 12), ou simplesmente Selo Procel, tem como finalidade ajudar o consumidor a
conhecer os equipamentos e eletrodomésticos comercializados. Para isso são estabelecidos
índices de consumo e desempenho para cada categoria de equipamento, que apontam os
aparelhos mais eficientes e que menos consomem energia (PROCEL INFO, 2016).
A partir da criação do Selo Procel foram firmadas parcerias junto ao Inmetro, associação de
fabricantes, pesquisadores de universidades e laboratórios com o intuito de disponibilizar
equipamentos cada vez mais eficientes no mercado nacional. Antes de ser certificado com o
Selo Procel, cada equipamento é submetido a ensaios em laboratórios indicados pela Eletrobrás
(PROCEL INFO, 2016).
Na condução do programa, a ELETROBRAS busca ampliar cada vez mais o número de
categorias e equipamentos com o Selo, também estuda e renova continuamente os critérios
exigidos para a concessão. Além disso, auxilia o Inmetro no Programa Brasileiro de
Etiquetagem (PBE), contribui para estabelecer índices mínimos de consumo de energia elétrica
de acordo com a Lei de Eficiência Energética (20.295/2001), e elabora normas técnicas para a
realização de ensaios de eficiência energética em equipamentos (PROCEL INFO, 2016).
Figura 12 – Selo Procel
Fonte: Eletrobras/Procel, 2016
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O Procel iniciou em outubro de 2014 a concessão do Selo para as lâmpadas LED tipo
bulbo e tubular. Para receber o Selo, as lâmpadas devem satisfazer aos seguintes critérios
(PROCEL INFO, 2016):
Atender aos requisitos do Regulamento Técnico de Qualidade para Lâmpadas LED
com dispositivo de controle integrado à base, instituído pela Portaria Inmetro n°
389, de 25 de agosto de 2014;
O fator de potência de cada lâmpada não deve ser inferior a 0,92;
A vida nominal declarada pelo fornecedor deve ser no mínimo 25.000 horas com
a manutenção de pelo menos 70% do fluxo luminoso inicial;
A empresa fornecedora deverá garantir seu produto contra defeitos de fabricação
realizando a troca do produto defeituoso mediante apresentação da nota fiscal por
parte do consumidor, num prazo não inferior a 3 anos após a data de emissão da
nota.
Em 2015, o Selo Procel foi concedido a um total de 39 categorias de equipamentos,
totalizando um total de 3.640 modelos e 190 fornecedores, atingindo a marca de 44 milhões de
equipamentos vendidos no Brasil. O uso destes equipamentos com Selo ajudou o país a
economizar 11,556 bilhões de kWh no ano, evitando ainda a emissão de 1,437 milhões de
toneladas de CO2 (PROCEL, 2016).
5.3.2 Programa Nacional de Eficiência Energética em Edificações
O Programa Nacional de Eficiência Energética em Edificações, ou Procel Edifica, foi
instituído em 2003 pela Eletrobrás/Procel e atua em parceria com o Ministério de Minas e
Energia, o Ministério das Cidades, centros de pesquisa e entidades das áreas de tecnologia,
economia e desenvolvimento, além da participação do setor da construção civil (PROCEL
INFO, 2016).
Com o objetivo de salientar a importância da eficiência energética, o Procel Edifica
aumentou o estimulo do uso racional de energia nas edificações, reduzindo os desperdícios e
impactos ambientais (PROCEL INFO, 2016).
As categorias básicas de atuação do programa são: envoltória, iluminação,
condicionamento de ar e aquecimento de água (PROCEL INFO, 2016).
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39
5.4 Programa Brasileiro de Etiquetagem
O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) foi criado em 1984 pelo Instituto Nacional
de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) com os seguintes objetivos (JAMMIL, 2012):
Fornecer informações sobre o desempenho dos produtos, considerando atributos
como eficiência energética, ruído, entre outros critérios que podem influenciar os
consumidores a fazerem compras mais conscientes;
Promover a competitividade industrial, por meio da promoção de melhorias
continuas devido as escolhas conscientes dos consumidores.
O PBE é importante pois a etiqueta (Figura 13) auxilia os consumidores na identificação
das características dos produtos adquiridos, uma vez que nem sempre os consumidores têm
conhecimento especializado sobre os produtos que compram. Além disso, os objetivos do
Programa de Etiquetagem estão ligados diretamente com as metas brasileiras de economia de
energia (INMETRO, 2016).
A divulgação sobre o desempenho dos produtos é feita pela Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia (Ence) (Figura 14), no caso da eficiência energética a classificação vai
da mais eficiente (A) para a menos eficiente (de C até G, dependendo do produto) (INMETRO,
2016).
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40
Figura 13 – Selo Procel - Energia
Fonte: Eletrobras/Procel, 2016.
Para o processo de etiquetagem foram desenvolvidos, pelo Inmetro, o Regulamento
Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética (RTQ) e o Regulamento de Avaliação
da Conformidade do Nível de Eficiência Energética (RAC). O RTQ estabelece os requisitos
técnicos para a avaliação da eficiência energética, e o RAC determina o processo de avaliação
das características para a etiquetagem.
A certificação compulsória das lâmpadas LED foi instituída pela Portaria Inmetro
nº144/2015, que aprovou os Requisitos de Avaliação da Conformidade (RAC) para lâmpadas
LED com dispositivo integrado à base, com foco no desempenho, segurança elétrica e
compatibilidade eletromagnética, evidenciados por meio da Ence (Figura 14).
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41
Figura 14 - Ence para lâmpada LED
Fonte: INMETRO, s/d.
O RTQ do Inmetro classifica as lâmpadas LED em:
Omnidirecional: lâmpadas que apresentam uma distribuição de intensidade
luminosa simétrica e uniforme ao entorno de seu corpo. Essas lâmpadas devem
emular uma lâmpada incandescente convencional (Figura 15);
Figura 15 – LED omnidirecional
Fonte: http://www.ledsmagazine.com/articles/2014/07/seoul-ac-led-light-engine-enables-omnidirectional-ssl-
lamps.html
Direcional: são lâmpadas que emitem pelo menos 80% do fluxo luminoso dentro
de um ângulo de facho luminoso de 120º, e são destinadas principalmente à
iluminação de tarefa e de destaque. Essas lâmpadas emulam as lâmpadas
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42
incandescentes ou halógenas do tipo refletoras, MR (multifaceted reflector) e PAR
(parabolic aluminized reflector) (Figura 16);
Figura 16 – LED direcional
Fonte: www.ledsmagazine.com/articles/2014/07/seoul-ac-led-light-engine-enables-omnidirectional-ssl-
lamps.html.
Semidirecional: são lâmpadas cuja distribuição luminosa não se enquadra nem
como direcional e nem como omnidirecional. Assim como os modelos
omnidirecionais, estas lâmpadas também se propõem substituir as LIs e LFCs, mas
com um ângulo de facho luminoso inferior às anteriores (Figura 17);
Figura 17 – LED semidirecional
Fonte: /www.67hardware.com/image/cache/catalog/orgill/0014506-500x500.jpg
Decorativo: são lâmpadas com bulbo decorativo (ovoide, vela, tocha globo),
destinadas ao uso aparente em luminárias decorativas: lustres, pendentes,
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
43
arandelas, entre outras. São lâmpadas que emulam as lâmpadas incandescentes
decorativas de baixa potência (Figura 18);
Figura 18 – LED decorativo
Fonte: www.9led.com.br/bulbo/lampada-led-vela-3w-e27
Tubular: também conhecida como tubo LED, substituem as lâmpadas
fluorescentes tubulares de dimensões de acordo com NBR IEC 60081 e base G5,
G13 ou R17DC (Figura 19).
Figura 19 – LED tubular
Fonte: www.herandus.com/Herandus/images/stories/virtuemart/product/88.jpg
O Programa Brasileiro de Etiquetagem também desenvolve um programa de etiquetagem
de edificações, o chamado PBE Edifica, que é uma parceria entre Inmetro e a
Eletrobrás/PROCEL Edifica. A etiqueta pode ser obtida para edificações comerciais, públicas
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
44
e de serviços, e edificações residenciais, sendo esta última dividida em três tipos: unidade
habitacional autônoma (casas e apartamentos), edificações multifamiliares e áreas de uso
comum (PBE EDIFICA, s/d).
Para se obter a etiqueta PBE edifica é necessário contatar um Organismo de Inspeção
Acreditado (OIA). Os OIAs são pessoas jurídicas cuja competência é reconhecida formalmente
pela Coordenação Geral de Acreditação do Inmetro (CGCRE) (PBE EDIFICA, s/d).
5.5 Leadership in Energy and Environmental Design
O Leed (Leadership in Energy and Environmental Design) surgiu nos Estados Unidos
em 1998, conferida pelo United States Green Building Council (USGBC), representada no
Brasil pela Green Building Council (GBC), fundada em 2007, trata-se de um sistema de
certificações que mensura e funciona como uma espécie de atestado garantindo que as
construções estão de acordo com parâmetros que visam redução do consumo de energia e de
água, assim assegurando o conforto ambiental. (Figura 20)
Figura 20 – Selo LEED
Fonte: GBC Brasil, 2017
As certificações de sustentabilidade ainda são primárias, não só no Brasil, como em
vários outros países. Apesar de estarem avançando em ritmo acelerado, existem várias
dificuldades que ainda precisam ser superadas, atualmente o Brasil soma cerca de 150
empreendimentos já certificados.
Além de atender os pré-requisitos, que se distribuem em oito categorias (Localização,
Implantação Sustentável; Uso Racional da Água; Energia e Atmosfera; Materiais e Recursos;
Qualidade Ambiental Interna; Requisitos Sociais; Inovação e Processo de Projeto; e Créditos
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
45
Regionais), o empreendimento também deve somar no mínimo 40 pontos, dentro do máximo
de 110 pontos possíveis, a fim de obter um dos níveis de certificação.
Em cada categoria são analisados diversos itens, dentre eles podemos citar Energia e
Atmosfera, o subitem denominado como Etiqueta de Eficiência Energética (EEE), este, foi
inspirado no modelo de etiquetagem de consumo de eletrodomésticos e desenvolvido em
parceria com a Eletrobrás e o Inmetro. Ela integra o Programa Brasileiro de Etiquetagem e
segue a classificação do Inmetro, com níveis de eficiência que variam de A (mais eficiente) a
E (menos eficiente). Os parâmetros para etiquetagem de edifícios abrangem iluminação,
envoltória e ar condicionado. Há bonificação de um nível para quem racionalizar o consumo de
água ou de geração de energia, assim como alguns municípios já têm leis de desconto no IPTU
para imóveis certificados.
Desse modo, o Leed tem mudado a maneira de como os edifícios e as comunidades são
planejados, construídos e operados. Ao ser feita a análise do empreendimento são dadas as
diretrizes a serem seguidas, podendo ser uma grande operação como a implantação de um
sistema de aproveitamento hídrico, a geração de energia autossuficiente ou uma simples troca
de lâmpadas e aparelhos eletrônicos visando um produto com melhor a eficiência energética do
mercado.
O certificado Leed garante grande economia para o edifício, diminuindo tanto o gasto
operacional quanto aumentando sua valorização no mercado, priorizando o bem estar dos seus
ocupantes e incentivando maiores responsabilidades socioambientais e uso racional. Em
síntese, verifica-se que a certificação é o atestado de que a residência não é somente
ambientalmente correta, mas também economicamente eficiente, desde o processo construtivo
pela racionalização no uso dos materiais, até no gasto do consumo mensal de água e energia.
De acordo com a GBC, no Brasil, o Leed tem sido responsável na redução no consumo de 40%
água, 30% energia, 35% CO2, 65% resíduos.
“Mas não basta ter todos os atributos do desenvolvimento sustentável,
é preciso agregar valor e oferecer retorno financeiro.”
FIGUEIREDO, Newton - presidente do grupo Sustentax
Hoje, grandes bancos e companhias no Brasil já exigem espaços certificados. Entre eles
não estão apenas os de origem estrangeira, como Google, Siemens, Barclay e Morgan Stanley,
mas também nacionais como a Vale do Rio Doce, Bradesco, Itaú, Banco do Brasil, Petrobrás e
Grupo Pão de Açúcar. O setor referencial casa, relativamente novo no Brasil, no qual compõe
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
46
as residências unifamiliares, tem seus primeiros projetos a serem certificados e com vários em
processo. Mas, já é possível visualizar em números ótimas expectativas de economia, como
exemplo do projeto piloto de um apartamento localizado na cidade de São Paulo.
Para receber a certificação LEED, o duplex localizado no bairro dos Jardins, em São
Paulo, está passando por uma grande reforma que abrange materiais, sistemas e automação.
Luminárias LEDs terão sensores de presença e controle remoto, assim como medição
individualizada em todas as prumadas hidráulicas do apartamento. O ar-condicionado é do tipo
inverter, com maior eficiência. O acabamento tem materiais 100% certificados, como a madeira
na marcenaria e o bambu nos pisos. Tintas e vernizes de baixo teor de VOC, além de cerâmicas
e acabamentos específicos com conteúdo reciclado, também fazem parte da obra. (Figura 21).
Figura 21 – Projeto Piloto, Apartamento Sustentável
Fonte: GBC Brasil /ApartamentoSustentvel.pdf, 2017.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
47
6. Análise Técnica e Econômica
Este capitulo será dedicado a uma análise técnica e econômica no uso de lâmpadas LED
em residências na cidade de Itajubá, Minas Gerais. Através de dados coletados da cidade e
tabelas de consumo, será analisada o quão a troca por lâmpadas LED será benéfica na
diminuição do consumo da energia residencial. Também será realizada uma análise econômica
da troca de lâmpadas fluorescentes por LED.
O potencial técnico de economia de energia devido à inserção da tecnologia LED
representa a economia de energia que poderia ser obtida, comparando-se um cenário teórico
formado por LFs com um segundo cenário, onde as lâmpadas teriam sido substituídas por
lâmpadas LED.
Como base para o estudo, serão utilizados os dados do Índice Brasileiro de Geografia e
Estatística (IBGE), Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso de Energia Elétrica,
Relatório Sudeste – ano base 2005 (PPH), o Balanço Energético Nacional – ano Base 2015
(EPE, 2016). Além disso, dados de lâmpadas LED.
6.1 O Município de Itajubá
A cidade de Itajubá, localizada no sul do estado de Minas Gerais, na região Sudeste do
Brasil, possui uma área de 290,45 km², sendo 70,70 km² de área urbana. Situada entre suas das
mais importantes rodovias do país, a Rodovia Fernão Dias (60 km) e a Rodovia presidente
Dutra (65 km) e, faz divisa com os municípios de São José do Alegre, Maria da Fé, Wenceslau
Braz, Piranguçu, Piranguinho e Delfim Moreira. Em relação as capitais mais próximas, a cidade
dista 261 km de São Paulo, 318 km do Rio de Janeiro e 445 km de belo Horizonte.
Segundo dados da prefeitura do Itajubá, seu clima é tropical e temperado, sob influencia
da elevada altitude da região que varia de 845 metros, no Rio Sapucaí, a 1915 metros, na Pedra
de Santa Rita, apresenta oscilações bruscas de temperatura e predominância de ventos. A
precipitação média é 1409,5 milímetros ao ano.
O Índice Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) estimou em 2016, que a população
é de 96523 habitantes. Na cidade, há 27.917 domicílios particulares, sendo 27.866 com energia
elétrica e 51 sem.
A Tabela 3, mostra a quantidade de residências em Itajubá por tipo de renda familiar.
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48
Tabela 3 – Número de residências por renda familiar
Fonte: IBGE
O estudo partirá das estatísticas apresentadas pelo estado de Minas Gerais e região
Sudeste e, levará em consideração a quantidade e o tipo de lâmpada por faixa de consumo,
ainda será analisado o quanto é gasto de energia com lâmpadas nas residências da cidade de
Itajubá.
A análise tomará como base as classes de rendimento domiciliar (Tabela 3) divulgadas
na última pesquisa do IBGE e relacionará os salários com as faixas de consumo por tipo de
lâmpadas (Tabela 14), cujos resultados foram retirados da PPH.
Por fim, serão estabelecidos alguns cenários para a entrada do LED nas residências,
estas simulações adoratão critérios como: a relação do preço do LED em relação as LF, tipo de
bandeira tarifária e ainda o rendimento mensal de cada faixa de consumo.
6.2 Metodologia para cálculo de potencial de conservação de energia
utilizando lâmpadas LED
O potencial de economia de energia em Itajubá devido a substituição de lâmpadas
fluorescentes por LED será obtido por meio da comparação de cenários teóricos formados por
lâmpadas fluorescentes, que serão substituidas por LED.
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49
As projeções serão feitas para o ano de 2016, pois nos anos anteriores o preço da
lâmpada LED ainda se encontrava elevado, fator que influenciava fortemente a aquisição das
mesmas. Segundo dados da Phillips, as lampadas LED de 15 W eram vendidas nos mercados
por cerca de R$ 30,00 em 2014, no ano seguinte houve uma queda de 30% no preço, quando os
preços atingiram R$ 20,00, e, em 2016 as lâmpadas passaram a custar cerca de R$ 15,00.
Portanto, em 2016, o LED atingiu uma faixa de preço competitiva.
A análise seguirá as mesmas premissas utilizadas por Bastos (2011) e Bouts (2016),
porém com foco na cidade de Itajubá. Assim, para a realizar o cálculo do potencial de
conservação de energia em Itajubá, serão utilizados os seguintes documentos base: a Pesquisa
de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso de Energia Elétrica – ano base 2005 (PPH), o
Balanço Energético Nacional – ano Base 2016 (BEN, 2017), o Plano Nacional de Energia –
PNE 2030 (EPE, 2007) e dados técnicos encontrados em catálogos de fabricantes de lâmpadas.
Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso de Energia Elétrica – ano base
2005, é uma pesquisa que traça um perfil da posse e hábitos de consumo de equipamentos
elétricos e nos setores residencial, comercial e industrial, com o intuito de avaliar o mercado de
eficiência energética nas cinco regiões do Brasil (PROCEL, 2017). A última PPH do setor
residencial foi realizada em 2005, e aplicou 9.847 questionários declaratórios, que contemplaram
16 estados (e o Distrito Federal) das 5 regiões do país, com a participação de 21 empresas
distribuidoras de energia elétrica (BOUTS, 2016).
Para o cenário estipulado neste trabalho, os dados utilizados serão os relacionados ao
setor residencial sudeste. A partir destes dados, será realizada uma projeção para Itajubá.
Para esta análise, foram estabelecidas as seguintes diretrizes:
O cálculo do potencial de conservação de energia será obtido a partir dos dados da
Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso de Energia Elétrica – ano
base 2005, porém as lâmpadas incandescentes serão substituídas por lâmpadas
fluorescentes;
Os dados utilizados terão como base o relatório do setor residencial sudeste da
PPH, e ainda, será feita uma projeção destes dados para a cidade de Itajubá;
O consumo de energia elétrica será baseado nos dados fornecidos pelos relatórios
e outros documentos disponibilizados pela Empresa de Pesquisa Energética e, terá
como base o ano de 2016;
Não serão consideradas lampadas dicroicas, pois sua participação pode ser
desprezada;
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
50
Não serão consideradas perdas decorrentes do fator de potência.
6.3 Cálculo do consumo residencial de energia elétrica de Itajubá
Para calcular o potencial de conservação de energia do setor residencial de Itajubá
usando lâmpadas LED deve-se saber a quantidade de energia elétrica consumida pelas
residências de Itajubá. Para isso, precisa-se fazer uma projeção deste montante. Para realizar
este estudo, serão utilizadas as estatísticas da cidade de Itajubá, do estado de Minas Gerais e da
região Sudeste.
Inicialmente, com os dados presentes no Balanço Energético Nacional de 2016 (BEN,
2016), é possível obter-se o consumo de energia elétrica por estado no ano de 2016 (Tabela 4).
Tabela 4 - Consumo de energia elétrica em MWh por estado em 2016
Acre 1.017.072
Alagoas 4.880.418
Amapá 1.110.073
Amazonas 6.009.942
Bahia 24.949.989
Ceará 11.913.870
Distrito Federal 6.510.632
Espírito Santo 9.835.513
Goiás 14.743.804
Maranhão 6.826.913
Mato Grosso 8.032.158
Mato Grosso do Sul 5.241.444
Minas Gerais 53.094.192
Pará 19.909.815
Paraíba 5.188.242
Paraná 29.328.369
Pernambuco 13.642.599
Piauí 3.383.737
Rio de Janeiro 39.801.625
Rio Grande do Norte 5.588.553
Rio Grande do Sul 29.106.252
Rondônia 2.935.278
Roraima 915.691
Santa Catarina 23.283.386
São Paulo 127.191.958
Sergipe 3.769.752
Tocantins 2.168.324
TOTAL 460.379.599 Fonte: adapatado EPE, 2017
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51
Para esta estimativa, serão utilizados apenas os dados do estado de Minas Gerais, que
consumiu 53.094.192 MWh, representando cerca de 23,09% do consumo de energia elétrica da
região sudeste, ou ainda, 11,53% de total de energia elétrica consumida no Brasil em 2016.
A EPE ainda disponibiliza o consumo residencial mensal de energia elétrica por região,
assim, o cenário para a região sudeste no ano de 2016 é representado na Tabela 5.
Tabela 5 - Consumo residencial mensal de energia elétrica em GWh na região sudeste em
2016
Janeiro 5.866.780
Fevereiro 5.619.198
Março 5.536.280
Abril 5.909.039
Maio 5.333.207
Junho 5.078.564
Julho 4.938.995
Agosto 5.008.874
Setembro 5.300.562
Outubro 5.283.945
Novembro 5.408.092
Dezembro 5.545.195
TOTAL 64.828.731 Fonte: Adaptado EPE, 2017.
As estatísticas presentes no Anuário Estatístico de Energia Elétrica de 2016 (EPE,
2017), apresentam o consumo residencial de energia elétrica das Unidades Federativas do
Sudeste em 2016 (Tabela 6).
Tabela 6 - Consumo residencial em GWh por subsistema, região e UFs em 2016.
São Paulo 38.091
Minas Gerais 10.613
Espírito Santo 2.386
Rio de Janeiro 13.706
SUDESTE 64.796 Fonte: Adaptado EPE,2017
Assim, o consumo residencial de energia elétrica no estado de Minas Gerais é de
10.613 GWh em 2016. Com esses dados, pode-se estimar o consumo residencial de Itajubá por
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
52
meio do número de unidades residenciais consumidoras no estado de Minas Gerais e na cidade
de Itajubá.
O Anuário Estatistico de Energia Elétrica ainda fornece o número de unidades
consumidoras por Unidade Federativa em 2016. Para esta análise, detalha-se os aspectos do
estado de Minas Gerais (Tabela 7).
Tabela 7 – Número de consumidores – Minas Gerais (2016)
Residencial 7.145.628
Industrial 79.486
Comercial 762.823
Rural 775.107
Poder público 68.708
Iluminação pública 6.029
Serviço público 13.671
Consumo próprio 942
TOTAL 8.852.394 Fonte: Adaptado EPE, 2017.
Assim, com as estatísticas presentes nas pesquisas citadas nas tabelas acima, podemos
concluir que, em 2016, Minas Gerais possuia 7.145.628 unidades consumidoras (Tabela 7), que
apresentaram um gasto de 10.613 GWh de energia elétrica (Tabela 6). Portanto, cada unidade
consumidora utilizou, em média, 1.485 kWh de energia elétrica anualmente, ou seja, 123 kWh
mensais, e ainda, 172 W de média mensal.
Dos dados da Tabela 3, sabe-se que o número de unidades consumidoras residenciais
da cidade de Itajubá soma 27.866 unidades. Assim, multiplicando o consumo médio com o
número de unidades consumidoras, tem-se que, em Itajubá se consumiu em 2016
aproximadamente 41,38 GWh. Este valor representa o consumo residencial de energia elétrica
para a cidade de Itajubá em 2016.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
53
6.4 Cálculo do consumo de energia elétrica das lampadas fluorescentes nas
residências de Itajubá
Uma vez calculado o consumo residencial total de energia da cidade de Itajubá, precisa-
se estimar a quantidade desta energia que é gasta com iluminação. Neste cenário supõem-se
que somente lampadas fluorescentes são utilizadas na iluminação residencial, uma vez que os
LEDs ainda não representam uma parcela substancial das lampadas utilizadas nas residências
e, que as lâmpadas incandescentes já não estão presentes nas residências.
Na Tabela 8 é apresentada a estimativa do consumo regional de energia elétrica com a
iluminação residencial em 2005, calculada a partir do consumo regional de energia elétrica do
setor residencial em 2005 (EPE, 2015) e da participação do consumo de energia elétrica das
lâmpadas no setor residencial de cada região do país (ELETROBRAS/PROCEL, 2007b).
Tabela 8 – Estimativa do consumo regional de energia elétrica da iluminação residencial em
2005
Região
Consumo
regional de
energia elétrica
em 2005 (GWh)
Fonte: EPE, 2015
Participação das lâmpadas
no consumo regional de
energia elétrica residencial
(ELETROBRAS/PROCEL
, 2007b)
Consumo regional de
energia elétrica da
iluminação residencial
projetado para 2005
(GWh)
Norte 4.132,00 14% 578,5
Nordeste 13.480,00 11% 1.482,80
Sudeste 45.490,00 19% 8.643,10
Sul 13.908,00 8% 1.112,60
Centro Oeste 6.183,00 12% 742
Brasil 83.193,00 - 12.559,00 Fonte: Adaptado Bouts, 2016
A Pesquisa de Posse de Equipamentos e Hábitos de Uso de Energia Elétrica – ano base
2005, retrata a distribuição do consumo de energia elétrica médio em valores percentuais para
cada tipo de lâmpada na iluminação do setor residencial das diferentes regiões do Brasil, para
este projeto, serão utilizados dados apenas do setor sudeste (Tabela 9).
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
54
Tabela 9 - Estimativa do consumo de energia elétrica da iluminação por tipo de lâmpada da
região Sudeste em 2005.
Fonte: Adaptado Bouts, 2016.
Para realizar o cálculo de conservação de energia elétrica na cidade de Itajubá devido a
inserção de tecnologia LED, utiliza-se a estimativa do consumo de energia elétrica da
iluminação por tipo de lâmpada da região Sudeste em 2005 (Tabela 9) e, também a participação
da iluminação no consumo mensal de energia. Como esta análise compreende um cenário inicial
composto totalmente por lâmpadas fluorescentes, que será substituído por outro, em que o LED
substituirá as LF, deve-se substituir as lâmpadas incandescentes por LFCs que posteriormente
serão trocadas por LED (Tabela 10).
Tabela 10 – Equivalencia entre LI, LFC e LED para Itajubá
Fonte: Autores
25 0,12% 10,4
40 2,05% 177,2
60 46,19% 3992,2
100 22,13% 1912,7
150 2,34% 202,2
20 3,22% 278,3
40 12,74% 1101,1
15 3,49% 301,6
20 6,42% 554,9
LFs circulares 20 1,13% 97,7
Sudeste - 100,00% 8.643,10
LFs compactas
Tipo de lâmpada Potência (W)
Participação do consumo mensal por
lâmpada em relação ao consumo da
iluminação (%)
(ELETROBRAS/PROCEL, 2007a)
Consumo
por lâmpada
(GWh)
Lâmpadas incandescentes
LFs tubulares
25 0,12 0,0094 7 0,0026 4 0,0015
40 2,05 0,1611 13 0,0524 7 0,0282
60 46,19 3,6305 16 0,9681 9,5 0,5748
100 22,13 1,7394 29 0,5044 16,5 0,2870
150 2,34 0,1839 41 0,0503 30 0,0368
TOTAL - - 5,7244 - 1,5779 - 0,9283
PLFC eq
(W)
Lampada
incandescente
Tipo de
Lâmpada
Potência
(W)PCP(%)
CL 2016
(GWh)
CLFC eq
(GWh)
PLED eq
(W)
CLED eq
(GWh)
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
55
Onde:
PCP (%) é a participação do consumo mensal por tipo lâmpada em relação ao
consumo da iluminação no Sudeste em 2005;
CL 2016 é o consumo total por tipo de lâmpada incandescente no setor residencial
estimado em 2016;
PLFC eq é a potência da LFC equivalente utilizada na simulação;
CLFC eq é a estimativa do consumo de energia elétrica total por tipo de LFC substituta
em 2016, estabelecidos pela Equação 1:
𝐶𝐿𝐹𝐶 𝑒𝑞 = 𝐶𝐿 2016 . ( 𝑃𝐿𝐹𝐶 𝑒𝑞
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 ) (1)
PLED eq é a potência da lâmpada LED equivalente;
CLED eq é a estimativa do consumo de energia elétrica total por tipo de lâmpada LED
substituta em 2016, estabelecidos pela Equação 2:
𝐶𝐿𝐸𝐷 𝑒𝑞 = 𝐶𝐿 2016 . ( 𝑃𝐿𝐸𝐷 𝑒𝑞
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 ) (2)
As potências das LFCs e das lâmpadas LED substitutas foram estabelecidas seguindo o
critério de correlação de faixas de fluxo luminoso a serem atingidas pelas lâmpadas LED
omnidirecionais e semidirecionais, para potências equivalentes de LFCs e LIs, do Regulamento
Técnico da Qualidade (RTQ) de Lâmpadas LED, instituído pela Portaria Inmetro nº 143, de 13
de março de 2015 (Tabela 11). As potências das lâmpadas LED substitutas foram estabelecidas
comparando os valores de fluxo luminoso da Tabela 11 com os valores médios de fluxo
luminoso dos modelos de lâmpadas LED participantes do programa do Selo Procel e Energy
Star.
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56
Tabela 11 –Fluxo luminoso para equivalência de potência
Fonte: Adaptado Portaria Inmetro n°143, 13 de março de 2015.
As potências das lâmpadas LED tubulares substitutas foram estabelecidas comparando
os valores de fluxo luminoso dos modelos participantes do programa do Selo Procel com os
valores de fluxo luminoso de catálogo de fabricantes das lâmpadas fluorescentes tubulares.
A partir da conversão do parque de LI para LFC foi possível obter a estimativa do
potencial técnico de conservação de energia elétrica com a substituição integral do parque de
LFs por lâmpadas LED em 2016 e em seguida realizar o ajuste para o ano de 2016 (Tabela 12).
Incandescente Fluorescente compacta LED
20 5 3 159 - 212
25 7 4 213 - 301
30 9 5 302 - 479
35 10 6 480 - 559
40 13 7 560 - 640
50 15 9 641 - 802
60 16 9,5 803 - 946
70 17 12 947 - 1017
75 20 13 1018 - 1115
80 23 14 1116 - 1310
90 26 15 1311 - 1506
100 29 16,5 1507 - 1671
110 31 17 1672 - 1835
120 33 18 1836 - 2000
125 34 19 2001 - 2082
130 37 20 2083 - 2163
140 40 21 2164 - 2328
150 41 30 2329- 2517
Potência equivalente por tipo de lâmpada (W)Tipo de lâmpada
Faixa de fluxo
luminoso (lm)
Ominidirecionais
(Não-direcionais)
Semi-direcionais
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57
Tabela 12 - Potencial técnico de conservação de energia elétrica em Itajubá
Fonte: Autores
Onde:
PLF é a potência da Lâmpada fluorescente utilizada na simulação (W);
CLF 2016 é o consumo estimado por potência de lâmpada fluorescente em 2016
(GWh);
PLED é a potência da lâmpada LED equivalente utilizada na simulação;
CLED 2016 é a estimativa do consumo estimado de energia elétrica total por tipo de
lâmpada LED equivalente em 2016, estabelecidos pela Equação (3):
𝐶𝐿𝐸𝐷 2016 = 𝑃𝐿𝐸𝐷 . 𝐶𝐿𝐹𝐶 2016
𝑃𝐿𝐹 (3)
A projeção do potencial técnico de redução do consumo de energia elétrica com a
substituição das lampadas fluorescente por LED em 2016 na cidade de Itajubá é estabelecida
pela Equação (4):
𝑃𝑜𝑡𝑇𝑒𝑐 = 𝛴 (𝐶𝐿𝐹 2016 − 𝐶𝐿𝐸𝐷 2016) (4)
Onde:
PotTec é o potencial técnico de redução de consumo de energia elétrica.
Desta forma, com base na Tabela 12, pode-se calcula-lo:
𝑃𝑜𝑡𝑇𝑒𝑐 = 3,7001 − 2,1689
𝑃𝑜𝑡𝑇𝑒𝑐 = 1,5312 [𝐺𝑊ℎ]
Tipo de Lâmpada PLF (W) CLF 2016 (GWh) PLED (W) CLED 2016 (GWh)
7 0,0026 4,0 0,0015
13 0,0524 7,0 0,0282
15 0,2743 9,0 0,1646
16 0,9681 9,5 0,5748
20 0,5046 13,0 0,3280
29 0,5044 16,5 0,2870
41 0,0503 30,0 0,0368
LF circulares 20 0,0888 13,0 0,0577
20 0,2531 13,0 0,1645
40 1,0014 21,0 0,5257
TOTAL - 3,7001 - 2,1689
LF compactas
LF tubulares
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
58
Assim, a estimativa do potencial técnico de redução de consumo de energia elétrica na
cidade de Itajubá é de 1,53 [GWh] devido a substituição das lâmpadas existentes por LED. Ou
seja, a troca de todas as lâmpadas resultaria numa redução de 41,35% no consumo devido a
iluminação residencial, ou ainda 7,85% de toda a energia gasta nas residências de Itajubá.
6.5 Cenários para a entrada de lâmpadas LED
A estimativa de conservação de energia elétrica realizada anteriormente representa um
cenário teórico, em que todas as lampadas fluorescente seriam imediatamente substituídas por
LED e, além disso, não existiriam lampadas incandescentes nas residências. Tal proposta é
inviável em um tempo tão curto. Desta forma, foram propostos alguns critérios para a entrada
do LED no mercado:
Relação do preço da LFC e do LED;
Tipo de Bandeira Tarifária;
Distribuição de lâmpadas de uso habitual por faixa de consumo da PPH.
6.5.1 Relação do preço da LFC e do LED
A crise energética de 2001 fez com que a sociedade brasileira revisse seus hábitos de
consumo de energia elétrica devido ao racionamento de energia. Com o aumento dos impostos
praticado. Esta busca pela redução do consumo provocou uma expansão no mercado das LFC,
que substituíam as LI devido a sua maior eficiência energética.
Entretando, segundo a PPH, no período do racionamento 53% dos consumidores não
substituíram suas lâmpadas antigas pelas novas e mais eficientes. E, ainda, 76% dos
consumidores voltaram para as LI após as LFC queimarem, principalmente devido ao preço
elevado das LFC (ELETROBRAS/PROCEL, 2007a). Isso demonstrou que o consumidor
brasileiro, principalmente o de baixa renda, realiza suas compras com base no preço inicial do
produto, ao invés de avaliar o custo-beneficio ao longo da vida útil do item (BOUTS, 2016).
Em 2013, a ameaça de uma nova crise energética e devido a falta de chuva fez com que
o consumidor assumisse a mesma postura em relação a economia de energia. Assim, a
preocupação com a eficiência energética mais uma vez levou os consumidores a reverem o tipo
de iluminação que era usada nas residências.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
59
6.5.2 Bandeiras Tarifárias
Em 2015, a ANEEL estabeleceu o sistema de tarifas nas faturas de energia para os
consumidores residenciais de baixa tensão com o objetivo de variar a taxa sobre a energia
consumida, tal cobrança é influenciada de acordo com os custos e condições para a geração de
eletricidade. Este sistema deve ser aplicado por todas as concessionárias de distribuição de
energia conectadas ao Sistema Interligado Nacional (ANEEL, 2016).
A partir de fevereiro de 2016, o sistema de bandeiras tarifárias passou a ser composto
por quatro bandeiras, sendo elas: verde, amarela e dois níveis de bandeira vermelha (CPFL,
2016)
Tabela 13 – Bandeiras Tarifárias
Fonte: CPFL, 2016
Para elaborar as análises serão utilizados dois cenários, no primeiro será considerado a
bandeira verde e no segundo a bandeira vermelha, desta forma é possível estabelecer condições
favoráveis e desfavoráveis para o consumidor.
6.5.3 Distribuição de lâmpadas de uso habitual por faixa de consumo
A Pesquisa de Posses e Hábitos ainda disponibiliza o plano amostral dos clientes
residenciais, no qual é possível dividi-los em seis categorias: faixa 1 (0 a 50 kWh), faixa 2 (51
a 100 kWh), faixa 3 (101 a 200 kWh), faixa 4 (201 a 300 kWh), faixa 5 (301 a 500 kWh) e faixa
6 (>500 kWh).
Na Tabela 14 é apresentado a relação de posse média de acordo com o plano amostral
dos clientes residenciais.
Tipo de Bandeira Pré requisito Valor da Tarifa
Bandeira VerdeHidrelétricas operam normalmente.
(geração térmica até R$211,28/MWh)
Não há alteração no
valor da tarifa.
Bandeira Amarela
Usinas térmicas ativadas.
(geração térmica de R$211,28/MWh a
R$422,56/MWh)
Acresce na conta R$
1,50 a cada 100kWh
Bandeira Vermelha patamar 1
Usinas térmicas ativadas e alta demanda.
(geração térmica de R$422,56/MWh a
R$610,00/MWh)
Acresce na conta R$
3,00 a cada 100kWh
Bandeira Vermelha patamar 2Usinas térmicas ativadas e alta demanda.
(geração térmica maior que R$610,00/MWh)
Acresce na conta R$
4,50 a cada 100kWh
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60
Tabela 14 - Percentual das amostras de lâmpada de uso habitual por tipo e por faixa de
consumo
Fonte: PPH
Com os dados da Tabela 14, é possível transformar as LI em LFC (Tabela 15). Para este
calculo, foram utilizados os mesmos métodos do cálculo do potencial técnico de economia de
energia.
Tabela 15 - Percentual de amostras de lâmpada de uso habitual por tipo e por faixa de
consumo
Fonte: Bouts, 2016
Assim, foi possível estimar a posse média por tipo de lâmpada de uso habitual.
6.5.4 Cenários
Conforme realizado por Bouts (2016), serão estabelecidos os seguintes cenários:
Cenário 1 - Caso o preço das lâmpadas LED permaneça superior aos das LFs e a tarifa
de energia elétrica permaneça na bandeira verde a partir do ano de 2016: as faixas de
consumo 5 e 6 realizariam a troca;
Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Faixa 4 Faixa 5 Faixa 6
Potência (W) 0 - 50kWh 51 - 100kWh 101 - 200kWh 201 - 300kWh 301 - 500kWh > 500kWh
25 1,52% 1,26% 0,65% 1,24% 0,62% 0,32%
40 4,70% 4,53% 2,47% 2,81% 3,06% 1,24%
60 47,80% 45,62% 40,35% 34,25% 28,41% 19,69%
100 3,33% 4,62% 6,06% 7,89% 7,15% 3,60%
150 0,29% 0,61% 0,32% 0,41% 0,00% 0,11%
15 11,87% 10,20% 9,84% 8,89% 12,03% 15,87%
20 12,30% 15,38% 19,33% 20,83% 23,43% 20,87%
LF circulares 20 0,87% 1,79% 2,24% 3,47% 2,90% 1,45%
20 8,76% 5,84% 7,10% 8,03% 8,04% 8,55%
40 7,96% 9,72% 10,81% 10,67% 12,86% 26,47%
Tipo de Lâmpada
Incandescente
LF compacta
LF tubulares
Faixa 1 Faixa 2 Faixa 3 Faixa 4 Faixa 5 Faixa 6
Potência (W) 0 - 50kWh 51 - 100kWh 101 - 200kWh 201 - 300kWh 301 - 500kWh > 500kWh
7 1,52% 1,26% 0,65% 1,24% 0,62% 0,32%
13 4,70% 4,53% 2,47% 2,81% 3,06% 1,24%
15 11,87% 10,20% 9,84% 8,89% 12,03% 15,87%
16 47,80% 45,62% 40,35% 34,25% 28,41% 19,69%
20 12,30% 15,38% 19,33% 20,83% 23,43% 20,87%
29 3,33% 4,62% 6,06% 7,89% 7,15% 3,60%
41 0,29% 0,61% 0,32% 0,41% 0,00% 0,11%
LF circulares 20 0,87% 1,79% 2,24% 3,47% 2,90% 1,45%
20 8,76% 5,84% 7,10% 8,03% 8,04% 8,55%
40 7,96% 9,72% 10,81% 10,67% 12,86% 26,47%
Tipo de Lâmpada
LF tubulares
LF compacta
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61
Cenário 2 - Caso o preço das lâmpadas LED permaneça superior aos das LFs e a tarifa
de energia elétrica retorne à bandeira vermelha a partir do ano de 2016: as faixas
consumo 4,5 e 6 realizariam a troca;
Cenário 3 - Caso o preço das lâmpadas LED se iguale ou fique abaixo ao das LFs e a
tarifa de energia permaneça na bandeira verde a partir do ano de 2016: as faixas de
consumo 3, 4, 5 e 6 realizariam a troca;
Cenário 4 - Caso o preço das lâmpadas LED se iguale ou fique abaixo ao das LFs e a
tarifa de energia elétrica permaneça na bandeira vermelha a partir do ano de 2016: as
faixas de consumo 2,3,4,5 e 6 realizariam a troca;
Cenário 5: Caso o preço das lâmpadas LED se iguale ou fique abaixo ao das LFs e a
tarifa de energia elétrica permaneça na bandeira vermelha a partir do ano de 2016: as
faixas de consumo 1,2,3,4,5 e 6 realizariam a troca, sendo que a faixa 1 estaria coberta
pelos programas de eficiência energética da Aneel.
As tabelas a seguir demonstram a estimativa do potencial técnico de conservação de energia
elétrica para cada cenário citado acima (Tabelas 16 a 20).
Tabela 16 – Cenário 1
Fonte: Autores
7 0,0271 0,0027 0,0298 0,0019
13 0,0820 0,0130 0,0950 0,0092
15 0,2703 0,0683 0,3386 0,0483
16 1,0986 0,1335 1,2321 0,0943
20 0,5404 0,1174 0,6578 0,0829
29 0,1821 0,0315 0,2136 0,0222
41 0,0109 0,0002 0,0111 0,0001
LF circulares 20 0,0730 0,0127 0,0857 0,0090
20 0,2062 0,0424 0,2486 0,0300
40 0,2970 0,0879 0,3850 0,0621
TOTAL - 2,7876 0,5097 3,2973 0,3600
C TOTAL (GWh) PotTec (GWh)
LF compacta
LF tubulares
Tipo de Lâmpada Potência (W) CLFC (GWh) CLED (GWh)
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62
Tabela 17 – Cenário 2
Fonte: Autores
Tabela 18 – Cenário 3
Fonte: Autores
Tabela 19 – Cenário 4
Fonte: Autores
7 0,0145 0,0101 0,0246 0,0071
13 0,0534 0,0297 0,0832 0,0210
15 0,1800 0,1212 0,3012 0,0856
16 0,7509 0,3373 1,0882 0,2382
20 0,3289 0,2413 0,5702 0,1704
29 0,1020 0,0784 0,1804 0,0554
41 0,0068 0,0026 0,0094 0,0018
LF circulares 20 0,0377 0,0334 0,0711 0,0236
20 0,1246 0,0902 0,2149 0,0637
40 0,1887 0,1514 0,3402 0,1069
TOTAL - 1,7876 1,0958 2,8834 0,7739
PotTec (GWh)
LF compacta
LF tubulares
Tipo de Lâmpada Potência (W) CLFC (GWh) CLED (GWh) C TOTAL (GWh)
7 0,0056 0,0153 0,0209 0,0108
13 0,0195 0,0496 0,0691 0,0350
15 0,0449 0,2004 0,2453 0,1415
16 0,1971 0,6619 0,8590 0,4674
20 0,0636 0,3968 0,4604 0,2802
29 0,0188 0,1272 0,1460 0,0898
41 0,0024 0,0052 0,0076 0,0037
LF circulares 20 0,0070 0,0514 0,0584 0,0363
20 0,0272 0,1473 0,1745 0,1041
40 0,0403 0,2384 0,2787 0,1684
TOTAL - 0,4265 1,8935 2,3200 1,3372
LF compacta
LF tubulares
Tipo de Lâmpada Potência (W) CLFC (GWh) CLED (GWh) C TOTAL (GWh) PotTec (GWh)
7 0,0011 0,0180 0,0191 0,0127
13 0,0035 0,0590 0,0625 0,0417
15 0,0088 0,2216 0,2304 0,1565
16 0,0353 0,7567 0,7920 0,5344
20 0,0091 0,4288 0,4378 0,3028
29 0,0025 0,1368 0,1392 0,0966
41 0,0002 0,0065 0,0067 0,0046
LF circulares 20 0,0006 0,0551 0,0558 0,0389
20 0,0065 0,1595 0,1660 0,1126
40 0,0059 0,2586 0,2645 0,1826
TOTAL - 0,0734 2,1005 2,1739 1,4834
CLED (GWh) C TOTAL (GWh) PotTec (GWh)
LF compacta
LF tubulares
Tipo de Lâmpada Potência (W) CLFC (GWh)
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63
Tabela 20 – Cenário 5
Fonte: Autores
Onde:
CLFC é a estimativa de consumo das LFC por potência em 2016 (Equação 5);
𝐶𝐿𝐹𝐶 = 𝐶𝐿𝐹𝐶 2016 . 𝐹𝑎𝑖𝑥𝑎(𝑛) (5)
CLED é a estimativa de consumo das LED por potência em 2016 (Equação 6);
𝐶𝐿𝐸𝐷 = 𝐶𝐿𝐸𝐷 2016 . 𝐹𝑎𝑖𝑥𝑎(𝑛) (6)
C TOTAL é a estimativa de consumo total por potência em 2016 (Equação 7);
𝐶 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝐶𝐿𝐹𝐶 + 𝐶𝐿𝐸𝐷 (7)
PotTec é a estimativa do potencial técnico de redução de consumo de energia elétrica na
iluminação residencial (Equação 8);
𝑃𝑜𝑡𝑇𝑒𝑐 = 𝐶𝐿𝐹𝐶 2016 − 𝐶 𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 (8)
7 0,0000 0,0186 0,0186 0,0132
13 0,0000 0,0610 0,0610 0,0431
15 0,0000 0,2267 0,2267 0,1601
16 0,0000 0,7774 0,7774 0,5490
20 0,0000 0,4341 0,4341 0,3066
29 0,0000 0,1382 0,1382 0,0976
41 0,0000 0,0066 0,0066 0,0046
LF circulares 20 0,0000 0,0555 0,0555 0,0392
20 0,0000 0,1633 0,1633 0,1153
40 0,0000 0,2620 0,2620 0,1851
TOTAL - 0,0000 2,1435 2,1435 1,5138
PotTec (GWh)
LF compacta
LF tubulares
Tipo de Lâmpada Potência (W) CLFC (GWh) CLED (GWh) C TOTAL (GWh)
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64
6.6 Análise econômica da substituição de lâmpadas fluorescentes
compactas por lâmpadas de LED
Uma análise econômica será feita para verificar a viabilidade da substituição de LFs por
LED. Para isso, estimou-se a posse média de uma residência em Itajubá. Inicialmente, tomou-
se os valores de posse média por tipo de lâmpada residencial Sudeste através dos dados da PPH
(Eletrobras/Procel, 2007) mostrado na Tabela 21.
Tabela 21 - Posse média por tipo de lâmpada no setor residencial Sudeste em 2005
Lâmpada Incandescente
Tipo 25 W 40 W 60 W 100 W 150 W Total
Posse
média 0,07 0,36 4,05 0,84 0,03 5,35
Lâmpada Fluorescente
Tipo Tubular
20 W
Tubular
40 W
Compacta
15 W
Compacta
20 W Circular Total
Posse
média 0,48 0,56 1,02 1,13 0,16 3,35
Fonte: PPH (Eletrobras/Procel, 2007)
Pode ser verificado na Tabela 21 que a posse média de pontos de iluminação nas
residências da região Sudeste é de 8,7, sendo utilizado uma posse média de 9 pontos de
iluminação, com 61,5% dos pontos de incandescente e 38,5% de fluorescentes.
Considerando que as lâmpadas incandescentes foram substituídas por fluorescentes de
fluxo luminoso equivalente (tabela 22), obtém-se os valores de posse média de lâmpada
fluorescente (tabela 23).
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
65
Tabela 22 – Equivalência entre LIs e LFCs
Tipo Potência
(W)
Participação do consumo
mensal por lâmpada em
relação ao consumo da
iluminação (%)
(ELETROBRAS/PROCEL,
2007a)
Consumo por
lâmpada
(GWh)
Potência
equivalente
(W)
Incandescente
25
40
60
100
150
0,12%
2,05%
46,19%
22,13%
2,34%
10,4
177,2
3992,2
1912,7
202,2
7
13
16
29
41
Fonte: PPH (Eletrobras/Procel, 2007)
Tabela 23 - Posse média de lâmpada fluorescente no setor residencial Sudeste em 2005
Tipo Posse média
Tubular 20 W 0,48
Tubular 40 W 0,56
Compacta 7 W 0,07
Compacta 13 W 0,36
Compacta 15 W 1,02
Compacta 16 W 4,05
Compacta 20 W 1,13
Compacta 29 W 0,84
Compacta 41 W 0.03
Circular 0,16
Total 8,7
Fonte: PPH (ELETROBRAS/PROCEL, 2007)
Foram selecionados os tipos de lâmpadas mais comuns na cidade de Itajubá para a
análise, assim como a potência equivalente de lâmpadas LED. (Tabela 24).
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66
As potências das LFCs e das lâmpadas LED substitutas foram estabelecidas seguindo o
critério de correlação de faixas de fluxo luminoso a serem atingidas pelas lâmpadas LED
omnidirecionais e semidirecionais, para potências equivalentes de LFCs e LIs, do Regulamento
Técnico da Qualidade (RTQ) de Lâmpadas LED, instituído pela Portaria Inmetro nº 143, de 13
de março de 2015 (Tabela 12). As potências das lâmpadas LED substitutas foram estabelecidas
comparando os valores de fluxo luminoso com os valores médios de fluxo luminoso dos
modelos de lâmpadas LED participantes do programa do Selo Procel e Energy Star. (BOUTS,
2016).
As potências das lâmpadas LED tubulares substitutas foram estabelecidas comparando
os valores de fluxo luminoso dos modelos participantes do programa do Selo Procel com os
valores de fluxo luminoso de catálogo de fabricantes das lâmpadas fluorescentes tubulares.
Tabela 24 – Posse média de uma residência típica de Itajubá
Tipo Posse Potência do LED ¹
Compacta 16 W 4 9 W
Compacta 20 W 2 13,5 W
Compacta 30 W 1 20 W
Tubular 20 W 1 9 W
Tubular 40 W 1 18 W
Total 9
¹ Valores de potências substituídas; catálogo de lâmpadas do mercado.
Fonte: Autores
Para a análise da viabilidade econômica, será usado o Valor Presente Líquido (VPL) e
a Taxa Interna de Retorno (TIR).
O método do valor presente líquido é bastante interessante quando se deseja comparar
alternativas mutuamente excludentes. A alternativa que oferecer o maior valor presente líquido
será, dentro deste critério, a mais atraente. A taxa interna de retorno (TIR) é aquela que torna o
valor presente dos lucros futuros equivalente ao dos gastos realizados com o projeto,
caracterizando, assim, a taxa de remuneração do capital investido (HADDAD, 2007).
O VPL é definido pela seguinte equação:
𝑉𝑃𝐿 = −𝐼 + ∑𝐹𝐶𝑡
(1 + 𝑘)𝑡
𝑛
𝑡=1
Onde: VPL é o valor presente líquido;
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
67
I é o investimento de capital na data zero;
FCt representa o retorno na data t;
n é o prazo da análise do projeto;
k é a taxa mínima para realizar o investimento, ou custo de capital do projeto de
investimento.
A regra ao se aplicar o VPL é, empreenda o projeto se o VPL for positivo, ou seja, se
VPL>0, o projeto é economicamente viável.
A taxa interna de retorno é dada pela equação:
0 = −𝐼 + ∑𝐹𝐶𝑡
(1+𝑇𝐼𝑅)𝑡𝑛𝑡=1
A Tabela 25 mostra os dados utilizados na análise.
Tabela 25 – Dados da análise
Tipo Quantidade
Potência
unitária
(W)
Potência
total (W)
Preço
unitário
(R$) ¹
Preço
total
(R$)
Fluorescente
Compacta 16 W 4 16 64 9,40 37,60
Compacta 20 W 2 20 40 15,00 30,00
Compacta 30 W 1 30 30 26,90 26,90
Tubular 20 W 1 20 20 11,00 11,00
Tubular 40 W 1 40 40 13,00 13,00
Total 9 126 194 75,30 118,50
LED
Bulbo 9 W 4 9 36 19,60 78,40
Bulbo 13,5 W 2 13,5 27 22,90 45,80
Bulbo 20 W 1 20 20 69,90 59,90
Tubular 9 W 1 9 9 18,90 18,90
Tubular 18 W 1 18 18 23,00 23,00
Total 9 69,5 110 154,30 226,00
¹ Valores do mercado
Fonte: Autores
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68
O tempo médio de utilização das lâmpadas residenciais é de 2,74 h/dia
(CARUZO,2008).
Em um ano, o tempo médio de utilização é de 1000h.
O programa brasileiro de etiquetagem estipula um tempo de vida útil mínimo para
lâmpadas fluorescentes compactas de 6000h, o que equivale a 6 anos. 10000h para as
fluorescentes tubulares, o que equivale a 10 anos. Já para lâmpadas de LED esse tempo é de
15000h, o que equivale a 15 anos.
A tarifa de energia em Itajubá é dita pela Companhia Energética de Minas Gerais,
Cemig. Em 2016 a tarifa foi de R$0,86/kWh (30% de ICMS).
A taxa de juros adotada foi de 15% ao ano.
A taxa média de crescimento da tarifa residencial pela Aneel é de 3,78%.
Para a análise, foi construído os fluxos de caixa para o cálculo dos indicadores VPL e
TIR para um período de 10 anos. Nas Figuras 22 e 23 as setas do mês zero representam os
valores médios de aquisição das lâmpadas fluorescentes e LED. Nos demais meses as setas
apontam o custo com a energia reajustado anualmente pela taxa média de crescimento da tarifa
residencial. Na Figura 24 está o fluxo de caixa da análise, com indicação das diferenças de custo
entre as lâmpadas fluorescentes e LED.
Figura 22 – Fluxo de caixa das lâmpadas fluorescentes
Fonte: Autores
Figura 23 – Fluxo de caixa das lâmpadas de LED
Fonte: Autores
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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Figura 24 – Fluxo de caixa da análise
Fonte: Autores
Através dos fluxos de caixa e de uma planilha no Excel, foi calculado o VPL e TIR da
análise.
VPL = R$ 305,69
TIR = 70%
Como VPL é maior que zero e TIR é maior que a taxa de juros adotada, existe a
viabilidade econômica da troca de LF por LED.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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7. Conclusão
A iluminação residencial no Brasil, que era basicamente composto por lâmpadas
incandescentes, nos últimos anos vem passando por transformações, inicialmente com a
introdução das lâmpadas fluorescentes compactas e mais recentemente com a substituição de
todas as tecnologias anteriores pelas lâmpadas LED. O uso eficiente da energia é muito
importante tanto nos dias atuais quanto para o futuro, onde a demanda energética tende a
aumentar.
Nesse estudo verificamos o quanto o uso de lâmpadas LED ajuda a reduzir o consumo
de energia de uma residência. A eficiência energética é relevante visto que a potência
consumida por uma lâmpada LED é bem menor que nas outras.
Os projetos de conservação de energia elétrica em geral, e no Brasil em particular,
trazem os seguintes benefícios:
• Postergar investimentos na expansão da oferta de energia, possibilitando que esses
recursos financeiros sejam destinados a outros setores da sociedade como saúde e educação;
• Reduzir custos das distribuidoras de energia elétrica com aumento da capacidade da
infraestrutura de distribuição;
• Reduzir emissão dos gases causadores do efeito estufa das usinas térmicas a
combustíveis fósseis;
• Postergar as externalidades sociais e ambientais inerentes à construção de plantas de
geração de energia elétrica;
• Reduzir o custo com a fatura de energia elétrica das famílias permitindo-as utilizar
esse excedente para outros fins
A estimativa do potencial técnico de redução de consumo de energia elétrica na cidade de
Itajubá é de 1,53 [GWh]. Para a análise econômica, comparou-se o fluxo de caixa do uso de
lâmpadas fluorescentes com as de LED, obtendo um VPL de R$ 305,69 e TIR de 70%.
O trabalho teve foco a iluminação residencial, entretanto pode ter sua abrangência estendida
para indústria, comércio, entre outras.
A economia de energia atrelado a iluminação e a uma política nacional de economia trará
muitos benefícios para a populaçao.
Para trabalhos futuros, sugere-se: o estudo semelhante para o setor industrial, comercial e de
iluminação pública; a realização de uma nova pesquisa de posse e hábitos de uso de
equipamentos; e um estudo da qualidade da energia com o uso de lâmpadas LED.
UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação
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