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APLICAÇÃO DO
PROGRAMA NACIONAL DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
EFICIENTE (PROCEL-RELUZ)
Graduando: Leandro Prevedello Dambiski
Curitiba, dezembro de 2007.
APLICAÇÃO DO
PROGRAMA NACIONAL DE ILUMINAÇÃO
PÚBLICA EFICIENTE (PROCEL-RELUZ)
Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina Projeto de Graduação,
como requisito à conclusão do Curso de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia,
Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Paraná.
Graduando: Leandro Prevedello Dambiski - GRR: 20022317
Ênfase: Eletrotécnica
Disciplina: Projeto de Graduação – TE 105
Professor Orientador: M. Sc. Odilon Luís Tortelli
Co-orientador: Eng° Fernando A. Lopes Correa
Curitiba, dezembro de 2007.
ii
RESUMO
Este trabalho apresenta de forma detalhada os requisitos para elaboração
de um projeto de iluminação pública eficiente, baseando-se em manuais do
Procel, programa gerenciado pela Eletrobrás. São apresentados os principais
conceitos utilizados na ciência da iluminação, pois são necessários ao
entendimento do trabalho. Também são comparados equipamentos de diferentes
tecnologias utilizados na iluminação pública, destacando-se aqueles de maior
eficiência energética. No final, há uma simulação de aplicação de um projeto de
eficiência energética para a iluminação pública do município de Paranaguá.
Palavras-chave: iluminação pública, projeto Reluz, eficiência energética.
iii
ABSTRACT
This work presents in a detailed way the requirements for the elaboration of
a efficient street lighting project, based on Procel manuals, a program managed by
Eletrobrás. The main concepts used in the illumination science are presented,
because they are required for this work understanding. There are also
comparisons between different equipments and technologies used in the street
lighting, giving eminence to the ones that have better energetic efficiency. At the
end, there is a simulated application of the energetic efficiency project for
Paranaguá city street lighting.
Keywords: street lighting, Reluz project, energetic efficiency.
iv
SUMÁRIO
RESUMO ..................................................................................................................................... ii
ABSTRACT................................................................................................................................. iii
Índice de Figuras ......................................................................................................................... vi
Índice de Tabelas ........................................................................................................................ vii
1. Introdução .................................................................................................................................1
1.1 Objetivos do Trabalho .......................................................................................................1
2. Contextualização do Reluz ........................................................................................................2
2.1 O programa Procel.............................................................................................................2
2.2 Iluminação Pública no Brasil .............................................................................................4 2.2.1 Regulamentação dos serviços de Iluminação Pública .....................................................5
2.3 O Programa Reluz .............................................................................................................5 2.3.1 Objetivos do Reluz ........................................................................................................6
2.3.2 Metas ............................................................................................................................7 2.3.3 Financiamento ..............................................................................................................7
2.3.4 Condições Financeiras ..................................................................................................8
2.2.5 Benefícios previstos ......................................................................................................9 2.3.5.1 Benefícios para o Setor Elétrico .............................................................................9
2.3.5.2 Benefícios para as Concessionárias ........................................................................9
2.3.5.3 Benefícios para os Municípios.............................................................................. 10
2.3.5.4 Benefícios para a Sociedade ................................................................................. 10 2.3.6 RELUZ – Projetos de Melhoria ................................................................................... 11
3. Grandezas e Unidades de Iluminação ..................................................................................... 12
3.1 Fluxo Luminoso................................................................................................................ 12
3.2 Iluminância ...................................................................................................................... 13
3.3 Eficiência Luminosa ......................................................................................................... 14
3.4 Temperatura da Cor Correlata ....................................................................................... 16
3.5 Índice de Reprodução de Cor .......................................................................................... 18 3.5.1 Cor e radiador integral ................................................................................................ 19
4. Equipamentos de Iluminação Pública ..................................................................................... 20
4.1 Lâmpadas ......................................................................................................................... 20 4.1.1 Lâmpadas Incandescentes ........................................................................................... 21
4.1.2 Lâmpadas Halógenas .................................................................................................. 22
4.1.3 Lâmpadas Fluorescentes ............................................................................................. 23 4.1.4 Lâmpadas Mistas ........................................................................................................ 24
4.1.5 Lâmpadas a Vapor de Mercúrio................................................................................... 25
4.1.6 Lâmpadas de vapor metálico ................................................................................... 26
4.1.7 Lâmpadas a Vapor de Sódio sob Alta Pressão ............................................................. 27 4.1.8 Comparação entre lâmpadas ........................................................................................ 29
4.2 Reatores ............................................................................................................................ 31 4.2.1 Reatores Eletromagnéticos .......................................................................................... 32 4.2.2 Reatores Eletrônicos ................................................................................................... 34
4.2.3 Reatores externos e internos ........................................................................................ 35
4.2.4 Ignitores e Capacitores ................................................................................................ 36 4.2.5 Fator de potência dos reatores ..................................................................................... 37
v
4.3 Relés Fotoelétricos............................................................................................................ 38 4.3.1 Módulo Sensor ............................................................................................................ 38
4.3.2 Módulo de Potência .................................................................................................... 39
4.3.2.1 Relé Térmico ....................................................................................................... 39 4.3.2.2 Relé Magnético em CA ........................................................................................ 40
4.3.2.3 Relé Magnético Corrente Contínua CC ................................................................ 41
4.3.2.4 Módulo de Potência Eletrônico ............................................................................ 41 4.3.2.5 Comparação entre os módulos de potência ........................................................... 42
4.3.2.6 Relés NA e NF ..................................................................................................... 43
4.3.3 Modo de Falha do Relé Fotoelétrico ............................................................................ 43 4.3.4 Base para Relé ............................................................................................................ 44
4.4 Luminárias ....................................................................................................................... 44 4.4.1 Corpo Refletor ............................................................................................................ 45
4.4.2 Porta-lâmpadas ........................................................................................................... 45 4.4.3 Fechamento ................................................................................................................ 46
4.4.4 Outras Características.................................................................................................. 47
4.5 Braços ............................................................................................................................... 48
4.6 Cabos e Ferragens ............................................................................................................ 50
5. Aplicação do Projeto Reluz ..................................................................................................... 50
5.1 Diagnóstico da Situação Atual ......................................................................................... 51
5.2 Descrição e Detalhamento ................................................................................................ 52
5.3 Características dos novos materiais................................................................................. 54
5.4 Cálculo dos Resultados Esperados .................................................................................. 56 5.4.1 Tempo de Funcionamento ........................................................................................... 56 5.4.2 Nova Potência Instalada .............................................................................................. 56
5.5 Método de Cálculo dos Resultados Esperados ................................................................ 57
5.6 Método de Cálculo da Relação Benefício / Custo (RBC) ................................................ 58 5.6.1 Redução de Demanda e Energia Conservada ............................................................... 59
5.6.2 Cálculo de CUEE e CUEP .......................................................................................... 60
5.6.3 Investimento total anualizado – K ............................................................................... 61
5.6.3.1 Cálculo do FRC ................................................................................................... 62 5.6.3.2 Cálculo do CPE ................................................................................................... 63
5.6.3.2.1 CPE considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W. ................................ 63
5.6.3.2.2 CPE desconsiderando trocas de VM 80W por VSAP 70W. ........................... 66 5.6.4 Cálculo final de k e da RBC ........................................................................................ 68
5.7 Orçamento ........................................................................................................................ 70
5.8 Recursos ........................................................................................................................... 71
5.9 Cronogramas .................................................................................................................... 71
5.10 Arrecadação do Município............................................................................................. 74
5.11 Descarte de Materiais ..................................................................................................... 74
5.12 Avaliação do Reluz ......................................................................................................... 76
6. Conclusão ............................................................................................................................... 77
6.1 Sugestões para Trabalhos Futuros .................................................................................. 77
Referências Bibliográficas .......................................................................................................... 78
Anexos ........................................................................................................................................ 79
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 – Ligação entre energia radiante e fluxo luminoso. ................................ 13
Figura 2 – Energia espectral dos radiadores integrais, segundo a lei de Planck. 17
Figura 3 – O IRC é baseado em uma tentativa de mensurar a percepção da cor
avaliada pelo cérebro. ................................................................................... 19
Figura 4 – Componentes de uma Lâmpada Incandescente. ................................ 22
Figura 5 – Esquema interno de uma lâmpada fluorescente tubular. .................... 24
Figura 6 – Esquema interno de uma lâmpada a Vapor de Sódio. ........................ 29
Figura 7 – Reator de Iluminação Pública para uso Externo. ................................ 32
Figura 8 – Na seqüência: Reator externo eletromagnético para lâmpada Vapor de
Sódio 400W, com base para relé; ................................................................. 33
Figura 9 – Ignitor para lâmpadas de iluminação pública. ..................................... 37
Figura 10 – Relé Fotoelétrico Eletrônico Temporizado. ....................................... 42
Figura 11 – Base ou tomada avulsa para relé fotoelétrico. .................................. 44
Figura 12 – Luminária Pública Fechada com Policarbonato. ............................... 47
Figura 13 – Exemplo de montagem utilizando Braço BR-02. ............................... 49
vii
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Resultados acumulados pelo Procel entre 1986 e 2005. ..................... 3
Tabela 2 – Características técnicas das Lâmpadas. ............................................ 30
Tabela 3 – Comparação entre Reatores eletrônicos e eletromagnéticos. ............ 35
Tabela 4 – Comparação entre Reatores internos e externos. .............................. 36
Tabela 5– Alternativas de Substituição de Lâmpadas. ......................................... 50
Tabela 6 – Quantidades e Potências das lâmpadas existentes em Paranaguá. .. 51
Tabela 7 – Características Técnicas dos novos Equipamentos. .......................... 54
Tabela 8 – Potências consumidas pelos novos Equipamentos. ........................... 56
Tabela 9 – Cálculo dos Resultados esperados. ................................................... 58
Tabela 10 – Sistema Atual x Sistema Proposto, excluindo trocas de VM 80W por
VSAP 70W. ................................................................................................... 60
Tabela 11 – Vida Útil dos novos Equipamentos. .................................................. 62
Tabela 12 – Valores de FRC por equipamento. ................................................... 63
Tabela 13 – Orçamento total do Projeto. .............................................................. 64
Tabela 14 – Valores de CPE considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W. . 66
Tabela 15 – Orçamento desconsiderando trocas VM 80W por VSAP 70W. ........ 66
Tabela 16 – Valores de CPE por equipamento. ................................................... 67
Tabela 17 – Cálculo de CA considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W. .... 68
Tabela 18 – Cálculo de CA desconsiderando trocas VM 80W por VSAP 70W. ... 69
Tabela 19 – Cálculo da RBC considerando todas as trocas. ............................... 69
Tabela 20 – Cálculo da RBC desconsiderando lâmpadas de baixa potência. ..... 69
Tabela 21 – Recursos. ......................................................................................... 71
Tabela 22 – Cronograma Físico da Execução. .................................................... 72
Tabela 23 – Cronograma Financeiro do Projeto. .................................................. 73
Tabela 24 – Quantidade de Mercúrio nas lâmpadas ............................................ 75
1. INTRODUÇÃO
A iluminação pública é primordial para a segurança e qualidade de vida
nas cidades. Como utiliza energia elétrica, gera gastos para o município e
encargos aos cidadãos. Para diminuir estes custos, a Eletrobrás lançou o
programa Reluz de melhoria da eficiência energética na iluminação pública.
A essência do programa está em substituir materiais obsoletos,
utilizados atualmente na iluminação pública das cidades, por materiais que
utilizam novas e eficientes tecnologias. Com estas substituições espera-se
reduzir o consumo de energia elétrica e, ao mesmo tempo, melhorar as
condições de iluminação noturna nas cidades. Para realizar as substituições,
as prefeituras contam com um financiamento da Eletrobrás.
Os principais motivos para escolha deste tema são a atualidade e
utilidade pública do mesmo. Desde a crise energética ocorrida em 2001,
governo, empresas e estudiosos da área energética vêm intensificando a busca
de soluções para manter a relação entre produção e consumo de energia
elétrica no Brasil equilibrada. Contribuindo para isto, o Reluz apresenta-se
como uma alternativa viável a muitos municípios brasileiros para racionalizar o
consumo de energia elétrica.
Ao longo do trabalho será apresentada desde a contextualização do
Reluz, que é um dos muitos programas da Eletrobrás, até análises de
diferentes equipamentos aplicáveis à iluminação pública. Além disso, um
estudo de viabilidade econômica da aplicação do programa ao município de
Paranaguá será demonstrado, através de cálculos baseados no manual de
instruções do Reluz, que enfatizam os aspectos técnico-econômicos.
1.1 Objetivos do Trabalho
O objetivo principal deste trabalho é simular a aplicação do projeto Reluz
para uma cidade real e analisar os resultados esperados. Antes disto, é
necessário passar por quatro etapas distintas.
2
Primeiramente é preciso apresentar um estudo sobre o Reluz, para
entendimento de quais são os objetivos da Eletrobrás junto às concessionárias
e prefeituras, e quais são os meios para que estes objetivos sejam atingidos.
A segunda etapa será a compreensão de algumas grandezas e
unidades usadas no estudo da luminotécnica. Somente com o conhecimento
delas será possível comparar qualitativamente diferentes tecnologias de
lâmpadas e outros equipamentos usados em iluminação.
A terceira etapa compreende a análise de equipamentos que podem ser
usados na iluminação pública. Ao final da apresentação de cada equipamento,
será possível concluir qual é o mais indicado para a aplicação em questão.
Com as informações das etapas anteriores chega-se ao objetivo
principal. Este será a aplicação do projeto Reluz a uma cidade real para
verificação da sua viabilidade técnico-econômica. Serão utilizados os critérios e
normas exigidas no manual do Procel-Reluz, tanto na escolha dos
equipamentos quanto nos cálculos dos custos e viabilidade.
2. CONTEXTUALIZAÇÃO DO RELUZ
2.1 O programa Procel
O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel)
promove a racionalização da produção e consumo de energia elétrica, para
combater o desperdício e reduzir os custos e os investimentos setoriais,
aumentando a eficiência energética. Criado em 1985 pelos Ministérios de
Minas e Energia e da Indústria e Comércio, é executado pela Eletrobrás. Utiliza
recursos da empresa, da Reserva Global de Reversão (RGR) - fundo federal
constituído com recursos das concessionárias - e de entidades internacionais.
Em 20 anos de existência, o Procel já economizou quase 22 bilhões de
quilowatt-hora, o que corresponde ao consumo do estado da Bahia, durante um
ano. O investimento realizado nas duas décadas corresponde a
aproximadamente R$ 855 milhões, o que proporcionou investimentos
postergados no sistema elétrica brasileiro da ordem de R$ 15 bilhões (ver
Tabela 1). Fonte: [www.eletrobras.gov.br/procel].
3
Tabela 1 – Resultados acumulados pelo Procel entre 1986 e 2005.
Resultados Acumulados pelo Procel TOTAL Acumulado 1986-2005
Investimentos Totais Realizados (R$ milhões) 858,25
Energia Economizada e Geração Adicional (GWh/ano) 21.753
Usina Equivalente (MW) 5.124
Redução de Carga na Ponta (MW) 5.839
Investimento Postergado (R$ bilhões) 14,93
O Procel pode ter suas atribuições sintetizadas nos seguintes itens:
Redução nas perdas técnicas das concessionárias;
Racionalização do uso da energia elétrica;
Aumento da eficiência energética em aparelhos elétricos.
Mantendo-se a estrutura atual de uso da energia, projeta-se uma
necessidade de suprimento, em 2015, em torno de 780 TWh/ano. Porém, se os
desperdícios forem minimizados, estima-se uma redução anual de até 130
TWh - produção aproximada de duas usinas de Itaipu. Uma das metas do
Procel é reduzir as perdas técnicas na transmissão e distribuição das
concessionárias para um valor próximo a 10%.
Em 1993 foi instituído o Selo Procel de Economia de Energia, que indica
ao consumidor os produtos que apresentam os melhores níveis de eficiência
energética dentro de cada categoria. O objetivo é estimular a fabricação e a
comercialização de produtos mais eficientes, contribuindo para o
desenvolvimento tecnológico e a redução de impactos ambientais. Com a
adoção do selo PROCEL de eficiência energética nos eletrodomésticos,
espera-se um aumento médio de 10% no seu desempenho.
Também em 1993 foi lançado o Prêmio Nacional de Conservação e Uso
Racional de Energia, conhecido como Prêmio Procel, que reconhece o
empenho e os resultados obtidos pelos agentes atuantes no combate ao
desperdício de energia. Concedido anualmente, o Prêmio Procel visa estimular
a sociedade a implementar ações que efetivamente reduzam o consumo de
energia elétrica, como por exemplo o projeto Reluz, motivação deste trabalho.
Abaixo estão relacionados os subprogramas que compõem o Procel:
Procel Avaliação (Resultados das Ações de Eficiência Energética)
Procel Edifica (Eficiência Energética em Edificações)
4
Procel Educação (Informação e Cidadania)
Procel EPP (Eficiência Energética nos Prédios Públicos)
Procel GEM (Gestão Energética Municipal)
Procel Indústria (Eficiência Energética Industrial)
Procel Info (Centro Brasileiro de Informação em Eficiência
Energética)
Procel Marketing (Conscientização e Informação)
Procel Reluz (Eficiência Energética na Iluminação Pública)
Procel Sanear (Eficiência Energética no Saneamento Ambiental)
Procel Selo (Eficiência Energética em Equipamentos)
Dentre estes subprogramas merecerá destaque o Procel Reluz. Uma
análise geral do programa será mostrada antes de ser feita a sua aplicação a
uma cidade real. Porém, antes disso, serão tecidos alguns comentários a
respeito da Iluminação Pública no Brasil.
2.2 Iluminação Pública no Brasil
A Iluminação Pública é essencial à segurança e qualidade de vida nos
centros urbanos, atuando como instrumento de cidadania, permitindo aos
habitantes desfrutar do espaço público no período noturno. Ela atua na
segurança do tráfego, previne a criminalidade, embeleza as áreas urbanas,
valoriza monumentos de valor artístico, prédios e paisagens, orienta percursos
e permite aos cidadãos aproveitarem melhor as áreas de lazer.
Se os sistemas de Iluminação Pública nas cidades forem melhorados, a
imagem da cidade também o será. Isto favorece as atividades de turismo,
comércio e lazer noturno, e ainda estimula a cultura do uso eficiente e racional
da energia elétrica, contribuindo, assim, para o desenvolvimento social e
econômico da população.
A demanda da Iluminação Pública no Brasil é de aproximadamente 2,2
GW, correspondendo a 4,5% do total nacional. O consumo é da ordem de 10,3
bilhões de kWh/ano, o que equivale a 3,4% do consumo total de energia
elétrica do país. Segundo o último levantamento cadastral realizado em 2004,
5
há aproximadamente 13,0 milhões de pontos de iluminação pública instalados.
Desses pontos, 46,21% localizam-se na Região Sudeste, 21,39% no Nordeste,
19,15% no Sul, 9,40% no Centro-Oeste, e 3,85% na Região Norte.
[Fonte: www.eletrobras.gov.br/procel].
2.2.1 Regulamentação dos serviços de Iluminação Pública
A constituição define que a prestação dos serviços públicos de interesse
local, nos quais se insere a iluminação pública, é de competência dos
municípios. Mas por se tratar de um serviço que requer o fornecimento de
energia elétrica, está submetido também à legislação federal. Atualmente a
Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL é o órgão regulador e
fiscalizador dos serviços de energia elétrica no Brasil. As condições de
fornecimento de energia destinado à iluminação pública são regulamentadas
especificamente pela Resolução ANEEL nº 456/2000.
Esta resolução estabelece que, mediante contrato ou convênio, o
concessionário poderá efetuar os serviços de iluminação pública, ficando o
Poder Público Municipal responsável pelas despesas decorrentes. Entretanto,
quando o ponto de entrega da energia é no bulbo da lâmpada, os serviços de
operação e manutenção, inclusive seus custos são de responsabilidade da
concessionária. A tendência atual é de que a manutenção da iluminação
pública passe a ser de responsabilidade total dos municípios.
2.3 O Programa Reluz
Sabe-se que a iluminação pública é essencial para a qualidade de vida e
desenvolvimento sócio-econômico dos municípios. O Procel é uma ferramenta
da Eletrobrás que incentiva a apresentação de projetos que melhorem a
eficiência dos serviços públicos ligados ao uso da energia elétrica, entre eles a
IP.
No entanto, na implementação do Procel, ficaram evidenciadas
dificuldades enfrentadas pelas prefeituras municipais e concessionárias de
energia elétrica na obtenção de recursos financeiros. Desta maneira, era
6
impossível melhorar a eficiência energética dos sistemas existentes, expandir
os sistemas de IP a novas áreas e realizar iluminação especial em obras e
monumentos de valor histórico, artístico, cultural e ambiental.
Diante deste contexto e na busca de um potencial significativo de
melhoria da eficiência energética nos sistemas de IP, a Eletrobrás instituiu o
Programa Nacional de Iluminação Pública Eficiente – Reluz, com o apoio do
Ministério de Minas e Energia [Fonte: Manual de Instruções do Programa
Reluz].
2.3.1 Objetivos do Reluz
O objetivo do Reluz é promover o desenvolvimento de sistemas
eficientes de iluminação pública, valorizar espaços públicos e melhorar as
condições de segurança e qualidade de vida nas cidades brasileiras.
Para assegurar esses requisitos, deverão ser utilizadas tecnologias
novas e mais eficientes, observando os princípios de conservação de energia e
as normas técnicas específicas vigentes, além dos critérios técnicos e
econômicos estabelecidos pelo Reluz.
Os projetos Reluz podem ser de 5 tipos distintos a saber:
Projetos de Melhoria:
Os principais objetivos são reduzir a potência instalada e assegurar a
qualidade do serviço, através da substituição dos equipamentos
existentes por outros de eficiência e vida útil mais elevadas. Para tanto
deve ser feito um diagnóstico do sistema atual de iluminação pública do
município para posterior comparação com um sistema proposto.
Projetos de Expansão:
Visa expandir o sistema de iluminação pública a áreas ainda não
beneficiadas, se necessário com reforço da rede de média e baixa
tensão. Os novos sistemas devem atender aos critérios de eficiência
energética. Os parâmetros luminotécnicos devem estar de acordo com a
norma NBR 5101 – Iluminação Pública.
7
Projetos de Iluminação Especial:
Visa aplicar iluminação decorativa em monumentos de valor artístico,
cultural e ambiental, bem como em praças públicas de grande circulação
e orlas marítimas.
Iluminação de Áreas Públicas Esportivas:
A Eletrobrás financia projetos de iluminação de espaços esportivos, que
se utilizam da técnica de projeção, através de lâmpadas e projetores.
Seguindo as normas NBR 8837 – Iluminação Esportiva – Especificações
e NBR 5461 – Terminologia, os projetos devem apresentar, no mínimo,
considerações luminotécnicas, elétricas e lista de materiais.
Inovação Tecnológica na Iluminação Pública:
Novos equipamentos que contribuam para a eficiência energética na
iluminação pública também recebem apoio da Eletrobrás.
Merecerá destaque neste trabalho o Projeto Reluz de Melhoria, incluindo
uma simulação de aplicação do mesmo.
2.3.2 Metas
As metas físicas que o Programa Reluz pretende atingir até 2010 são:
Melhoria da eficiência energética de 5 milhões de pontos de IP.
Expansão de 1 milhão de novos pontos
Para atingir estas metas estima-se um investimento de R$ 2,6 bilhões,
sendo aproximadamente 2 bilhões oriundos da Reserva Global de Reversão
até o ano de 2010 e o restante como contrapartida das concessionárias e
municípios.
2.3.3 Financiamento
Os projetos serão financiados às concessionárias de energia elétrica,
que executarão os serviços em conjunto com as prefeituras. Para participar do
programa, a concessionária deve encaminhar à Eletrobrás uma carta de
8
solicitação, anexando os projetos executivos de iluminação pública eficiente de
cada município.
O financiamento dos projetos se dará após a formalização de contrato
de financiamento entre a Eletrobrás e a concessionária. Os recursos dessa
linha de crédito destinam-se a cobrir parte do custo total do projeto de
iluminação pública apresentado pela concessionária, e serão aplicados aos
custos diretos (materiais, mão-de-obra e transporte) e indiretos (projeto,
engenharia, consultoria, administração, recadastramento e descarte de
materiais nocivos ao meio ambiente).
2.3.4 Condições Financeiras
O valor do financiamento corresponderá a até 75% do valor total do
projeto. Os 25% restantes serão a contrapartida das concessionárias e/ou
prefeituras municipais, que poderá ser feita por meio de serviços próprios
como: transporte, mão-de-obra e outros necessários à execução do projeto.
Estão relacionadas abaixo as condições da linha de crédito acima citada:
Valor máximo de financiamento de até 75% do custo total do projeto;
Carência de até 24 meses, ajustada ao cronograma de execução do
projeto e contada a partir da liberação da primeira parcela de recursos;
Juros de 5% ao ano, calculados sobre o saldo devedor corrigido,
vencíveis e pagos no dia 30 de cada mês, a partir da data de liberação
da primeira parcela dos recursos e incorporado ao saldo devedor
durante o período de carência;
Taxa de administração, de 1,5% ao ano, calculada sobre o saldo
devedor corrigido, vencível e paga no dia 30 de cada mês, a partir da
data da liberação da primeira parcela dos recursos;
Amortização efetuada em parcelas mensais, iguais e sucessivas,
representadas por igual número de notas promissórias, a partir do
primeiro mês após a carência, no prazo máximo de 60 meses;
Mora, à razão de 1% ao mês, no caso de atraso de pagamento da
parcela, independente de interpelação ou notificação judicial,
extrajudicial ou protesto;
9
Comissão de reserva de crédito: a Concessionária pagará uma
comissão de reserva de crédito de 1% ao ano, com vencimento mensal
e paga no dia 30 de cada mês, até o encerramento do crédito, calculada
sobre o saldo não desembolsado do crédito, contada a partir da
liberação da parcela de assinatura;
Reajuste do saldo devedor, efetivado atualmente, na data de aniversário
do contrato, com base na variação “pro rata temporis” do índice
estabelecido pela legislação vigente para correção da RGR;
Encerramento de crédito: a parcela do crédito contratual não utilizada
até o vencimento da carência será cancelada sem necessidade de
comunicação prévia;
Garantia, dada pela vinculação da receita própria e outra garantia efetiva
à satisfação da Eletrobrás.
2.2.5 Benefícios previstos
De fato após a implementação do programa Reluz muitos
benefícios são esperados. Podem-se dividir os benefícios
correspondentes aos seguintes segmentos: setor elétrico,
concessionárias, municípios e sociedade.
2.3.5.1 Benefícios para o Setor Elétrico
Redução de até 292 MW de potência , no horário de ponta do sistema;
Economia de até 1,3 bilhões de kWh por ano de energia elétrica até
2010.
2.3.5.2 Benefícios para as Concessionárias
Redução das perdas e melhoria das condições operativas;
Redução da inadimplência das prefeituras municipais;
10
Maior disponibilidade de carga para atender novos consumidores;
Postergação de investimentos para expansão do sistema elétrico;
Aumento da confiabilidade no fornecimento de energia elétrica.
2.3.5.3 Benefícios para os Municípios
contribuição à proteção da população urbana, segurança do tráfego
viário e melhoria da qualidade de vida;
melhoria da imagem das cidades e das condições noturnas de uso dos
espaços públicos, em atividades de turismo, comércio, esporte e lazer;
melhoria da qualidade da iluminação pública;
redução na conta da energia elétrica;
introdução da gestão energética como uma nova ferramenta para as
administrações municipais;
iluminação de obras e monumentos de valor artístico, cultural e
ambiental, bem como de praças públicas de grande circulação,
associando a luz a um processo educativo de valorização de bens
referenciais para o município e a comunidade;
diminuição do estoque de reposição face à maior vida útil e a menor
diversidade de tipo e potência do equipamento instalado.
2.3.5.4 Benefícios para a Sociedade
maior segurança e qualidade de vida;
minimização dos impactos ambientais decorrentes de novos
empreendimentos energéticos;
melhoria da qualidade da iluminação pública;
contribuição para o desenvolvimento sustentável;
criação de mercado para o uso de equipamentos eficientes e geração de
novos empregos;
criação de cultura de uso eficiente e racional da energia elétrica nas
esferas dos governos estaduais e municipais.
11
2.3.6 RELUZ – Projetos de Melhoria
Como já citado anteriormente, os projetos Reluz de melhoria têm o
objetivo de substituir os equipamentos atuais, instalados na iluminação pública
dos municípios, por equipamentos mais modernos e eficientes. Quando se fala
em equipamentos, são consideradas lâmpadas, reatores, relés, luminárias,
braços para luminárias, cabos e ferragens para instalação.
Porém, antes de propor os novos equipamentos, é necessário fazer um
levantamento do sistema existente. Para muitos municípios estes dados já
foram levantados, mas geralmente ficam em poder da concessionária de
energia local. Isto se deve ao fato de a responsabilidade sobre a operação e
manutenção da iluminação pública estar ainda em transição das
concessionárias para as prefeituras municipais.
Com o levantamento em mãos, será possível saber exatamente quantas
lâmpadas de cada tipo e potência estão instaladas na rede do município. Com
estes dados é possível fazer o diagnóstico do sistema de iluminação pública,
com o cálculo aproximado da potência instalada, em kW, consumo de energia
diário, mensal e anual, em kWh, além dos gastos do município com a conta de
energia relativa à iluminação pública, utilizando-se a tarifa B4, estabelecida
pela ANEEL.
Com o diagnóstico em mãos, o próximo passo será estudar quais
equipamentos poderão ser utilizados para substituírem os atuais. Em projetos
de melhoria precisamos manter ou melhorar o nível de luminosidade e, ao
mesmo tempo, reduzir a potência instalada. Portanto novas tecnologias de
diferentes fabricantes devem ser pesquisadas. A relação benefício-custo de
cada uma delas também deve ser considerada.
Para que a compreensão dos catálogos de fabricantes e os cálculos
sejam mais bem compreendidos, é necessário um embasamento teórico. Nos
itens a seguir são apresentadas as principais grandezas e simbologias
utilizadas no estudo da iluminação.
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3. GRANDEZAS E UNIDADES DE ILUMINAÇÃO
Nesta seção serão apresentadas as grandezas e unidades, usadas em
iluminação, que são de maior importância para o trabalho.
São importantes todas as grandezas relacionadas com a conservação
de energia como: eficiência luminosa, temperatura de cor e índice de
reprodução de cores. Outras, por sua vez, são tradicionalmente conhecidas
como o fluxo luminoso e a iluminância, devido ao emprego constante e
absolutamente necessário nos projetos de iluminação.
Julga-se que o mais importante é ter a noção física da grandeza e o que
ela representa para o sistema de iluminação, principalmente em termos de
economia energética.
O objetivo desta seção é trazer informações suficientes para que
possamos analisar um sistema existente e projetar um sistema futuro.
Precisamos discernir quais os fatores que poderão ser alterados, visando a
conservação da energia, sem detrimento da qualidade de um projeto adequado
de iluminação [Fonte: Costa, Gilberto J. Corrêa da, Iluminação Econômica].
3.1 Fluxo Luminoso
Símbolo: Φ
Unidade: lúmen [lm]
O conceito de fluxo luminoso é de grande importância para os estudos
de iluminação. O fluxo luminoso é uma grandeza fotométrica derivada da
intensidade luminosa. Está estreitamente ligado com a capacidade de o
homem ver, pois a luz é uma forma de energia radiante que é percebida pelo
homem e sua interação com o indivíduo está vinculada ao estudo experimental
da sensibilidade visual do olho humano.
O fluxo luminoso está contido no fluxo energético (ou fluxo radiante) e
este, por sua vez, é uma energia resultante da radiação (energia radiante). O
fluxo energético é uma grandeza que corresponde a um trabalho na unidade de
tempo e, portanto, sua unidade de medida corresponde a de uma potência
13
expressa em watts. Isto permite inferir que o fluxo luminoso é uma potência
luminosa.
Sabe-se que a sensibilidade do olho humano reage ao estímulo visual
de forma diferenciada, segundo o comprimento de onda da radiação. Apesar
de a visão variar de indivíduo a indivíduo, a Comissão Internacional de
Iluminação estabeleceu a curva da eficácia luminosa espectral relativa para o
observador padrão. Os valores estão tabelados de acordo com os
comprimentos de onda, por exemplo, para λ = 510 nm, V(λ) = 0,503 [ver tabela
completa em Costa, Gilberto J. Corrêa da, Iluminação Econômica, página 52,
quadro 2].
O esquema da Figura 1 permite que seja compreendida a conexão entre
a energia radiante e o fluxo luminoso, no qual a eficiência luminosa espectral
relativa age como um filtro para a energia radiante, isto é, sua correspondência
entre os valores relativos V (λ) e os comprimentos de onda λ respectivos,
permite avaliar o efeito visual da energia radiante.
Figura 1 – Ligação entre energia radiante e fluxo luminoso.
Portanto, o fluxo luminoso representa uma potência luminosa emitida ou
observada, ou ainda, representa a energia emitida ou refletida, por segundo,
em todas as direções, sob a forma de luz. Sua unidade é o lúmen [lm].
3.2 Iluminância
Símbolo: E
Unidade: lux [lx]
O melhor conceito de iluminância talvez seja: uma densidade de luz
necessária para uma determinada tarefa visual. Isto permite supor que existe
um valor ótimo de luz para quantificar um projeto de iluminação.
ENERGIA RADIANTE
[W]
EFICÁCIA LUMINOSA ESPECTRAL RELATIVA [V(λ)]Figura 1 – Ligação entre energia radiante e
fluxo luminoso.
FLUXO LUMINOSO
[lm]
14
Baseado em pesquisas realizadas com diferentes níveis de iluminação,
os valores relativos à iluminância foram tabelados. No Brasil eles se encontram
na NBR 5413 – Iluminância de Interiores, que segue a tendência da norma
internacional. Por definição, iluminância é o fluxo luminoso incidente numa
superfície por unidade de área. Matematicamente tem-se:
E = dΦ (equação 1) dA
onde:
Φ é o fluxo luminoso [lm]
A é a área [m²]
E é a iluminância [lx]
Assim, um lux corresponde à iluminância de uma superfície plana de um
metro quadrado de área, sobre a qual incide perpendicularmente um fluxo
luminoso de um lúmen.
3.3 Eficiência Luminosa
Símbolo: η
Unidade: lúmen por watt [lm/W]
Esta grandeza é extremamente simples de ser compreendida e muito
importante para a conservação de energia. Baseia-se numa relação entre
potência de saída versus potência de entrada, ou seja, corresponde à definição
física de rendimento, mas como trata com unidades de potência diferentes, sua
denominação básica é eficiência. Como se refere à luz, recebe adicionalmente
a palavra luminosa. Então, uma fonte luminosa recebe uma potência elétrica
expressa em watts e a transforma numa potência luminosa, expressa em
lumens.
A busca por fontes luminosas cada vez mais eficazes processou-se de
forma gradual a partir do momento em que Edison provou que a iluminação de
origem incandescente era uma realidade que veio para ficar. A partir daí as
15
pesquisas voltaram-se para fontes que cada vez mais apresentassem uma
maior relação entre potência de saída e de entrada.
A competição inicial foi entre as lâmpadas elétricas incandescentes e as
lâmpadas incandescentes obtidas pela utilização de combustíveis naturais
como óleo, espermacete, derivados do petróleo. Quando a realidade
demonstrou que esta competição tornava vencedora a iluminação de origem
elétrica, a pesquisa passou a estudar outras fontes elétricas que não fossem de
origem incandescente. Surgiram, assim, as lâmpadas de descarga e com elas
diferentes famílias.
Esta busca intensificou-se no momento em que os meios científicos
começaram a demonstrar o quanto o sistema energético mundial era
dependente das fontes esgotáveis de energia. Em que pese a crítica que hoje é
feita com relação às lâmpadas incandescentes, deve-se argumentar que da
lâmpada incandescente com filamento de carbono com uma eficácia de 2,5
lm/W à lâmpada incandescente com filamento de tungstênio de espiral dupla
com 12 lm/W, o passo foi extremamente significativo.
A equação 2 a seguir é usada para calcular a eficiência luminosa.
η = Φ (lúmen) (equação 2) P (watt)
Portanto, a eficiência luminosa de uma fonte é o quociente entre o fluxo
luminoso emitido em lumens, pela potência consumida expressa em watts. É
uma grandeza de compreensão extremamente simples, que associada com
outras permite a seleção de fontes luminosas eficientes e adequadas à tarefa
visual.
Porém, uma das dificuldades na utilização de fontes mais eficientes é de
origem cultural. O homem é, por natureza, muito ligado à tradição e avesso a
mudanças. Aliado a isso, o ato de ver não é puramente racional, mas tem muito
de subjetividade. Por exemplo, fatalmente a iluminação fluorescente,
empregando lâmpadas compactas, será utilizada largamente nos lares, mas
existe um questionamento dos usuários alegando que esta lâmpada não se
comporta exatamente como a incandescente, o que de fato é verdade, pois as
incandescentes têm características muito mais parecidas com as da luz natural.
16
Entretanto, a lâmpada fluorescente compacta é muito mais eficiente que
a incandescente e, assim, está sendo instalada aos poucos. As razões são as
reduções do preço por unidade e do custo mensal com energia elétrica. Isto
significa que o uso doméstico das incandescentes será suplantado pelas
fluorescentes, ou seja, a questão cultural é um item que não pode ser
negligenciado, mas o fator monetário está presente e será um dos vetores para
a adoção das fluorescentes.
3.4 Temperatura da Cor Correlata
Símbolo: TCC
Unidade: kelvin [K]
Todos sabem que ao tocarmos uma lâmpada incandescente, depois de
alguns minutos acesa, podemos nos queimar. Uma quantidade pequena de
pessoas sabe que tocar em uma lâmpada fluorescente após algumas horas
acesa não provocará queimadura, apenas calor. Outros, por sua vez, sabem
que existem cores quentes e frias. Afinal, o que permite supor que a cor tenha
temperatura?
Primeiramente fica esclarecido que o fato de poder-se tocar uma
lâmpada fluorescente e não uma incandescente não tem relação alguma com a
temperatura da cor. Por outro lado dizer que uma cor é fria em relação à outra
que é quente permite supor que existe uma forma de mensurar a cor por meio
da temperatura.
No instante em que um ferreiro coloca uma peça de ferro no fogo, a
peça passa a comportar-se segundo a lei de Planck e vai adquirindo diferentes
colorações na medida em que sua temperatura aumenta. Na temperatura
ambiente sua cor é escura, tal qual o ferro, mas será vermelha a 800 K,
amarelada em 3.000 K e branca azulada em 5.000 K. Sua cor será cada vez
mais clara até atingir o seu ponto de fusão.
Pode-se, então, estabelecer uma correlação entre a temperatura de uma
fonte luminosa e a sua cor, cuja energia do espectro varia segundo a
temperatura de seu ponto de fusão. Por exemplo, uma lâmpada incandescente
17
opera com temperaturas entre 2.700 K e 3.100 K, dependendo do tipo de
lâmpada a ser escolhido. A temperatura da cor da lâmpada é geralmente
indicada no catálogo do fabricante.
A observação da experiência acima indica que, o corpo negro, quando
aquecido, emite radiação na forma de um espectro contínuo. No caso de uma
lâmpada incandescente, grande parte desta radiação é invisível, seja na forma
de ultravioletas ou de infravermelhos (calor). Apenas uma pequena porção está
na faixa da radiação visível, por isso o rendimento desta fonte luminosa é tão
baixo.
O gráfico da Figura 2 ilustra a lei de Planck para radiação de corpo
negro. Ele nos permite observar que quanto maior for a temperatura, maior
será a energia produzida, sendo que a cor da luz está diretamente relacionada
com a temperatura de trabalho (mais fria quanto maior for a temperatura).
Figura 2 – Energia espectral dos radiadores integrais, segundo a lei de Planck.
Entretanto, quando se empregam fontes luminosas de descarga, como é
o caso das lâmpadas fluorescentes, não tem sentido se falar de radiador
integral, visto que o princípio de produção de luz não é incandescente. Mas é
possível estender este conceito de forma tal que abranja não apenas as
temperaturas das lâmpadas incandescentes, como também ultrapasse a
valores bem maiores, até 25.000 K.
Por exemplo, uma lâmpada fluorescente compacta apresenta a mesma
temperatura de cor (2.700 K) que uma lâmpada incandescente, mas uma
lâmpada fluorescente denominada luz do dia tem uma temperatura de cor de
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5.000 K. Surge daí o termo temperatura de cor correlata, que é a temperatura
absoluta cuja cor percebida se assemelha ao mais próximo possível com
aquela apresentada pela fonte luminosa. A temperatura da cor correlata poderá
então ser usada tanto para fontes de origem incandescente, quanto para as
demais fontes.
Considera-se que as cores quentes vão até 3.000 K, as cores neutras
situam-se entre 3.000 K e 4.000 K e as cores frias acima deste último valor. As
cores quentes são empregadas quando se deseja uma atmosfera íntima,
sociável, pessoal e exclusiva (residências, bares, restaurantes, mostruários de
mercadorias). As cores frias são usadas quando a atmosfera deva ser formal,
precisa, limpa (escritórios, recintos de fábricas).
3.5 Índice de Reprodução de Cor
Símbolo: IRC
Unidade: por cento [%]
Antes de tudo é importante saber que a cor somente existe na mente do
observador, isto é, não há instrumento que permita mensurar o que os olhos
detectam e sua respectiva tradução da realidade no cérebro. Galileo, referindo-
se a cores, dizia que “estava inclinado a pensar que gostos, cheiros, cores, em
relação aos objetos, nada mais são do que meros nomes que existem na parte
sensível do corpo; estas qualidades desaparecem quando o ser humano é
removido”.
Pode-se argumentar que indivíduos daltônicos não vêem as cores como
na realidade são, mas a medida do grau de daltonismo é grosseira e não
permite definir o seu grau exato, apenas as deficiências de visão para uma ou
mais cores. Portanto, quando se trata da mente, as questões são muito
complexas e os processos de medida ou são subjetivos ou ainda falta muito
para um ajuste fino.
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3.5.1 Cor e radiador integral
O advento dos pigmentos trouxe para o homem um uso intenso da cor
que o projetista de iluminação não pode desprezar, pois sua preocupação deve
residir em reproduzi-las, o melhor possível, em função da tarefa visual. Um dos
meios de avaliar como a cor está sendo reproduzida é através de um índice.
Este índice é obtido empregando-se curvas espectrais da fonte, da superfície
refletora e a curva de eficácia espectral.
O índice de reprodução de cor é o valor percentual médio relativo à
sensação de reprodução de cor, baseado em uma série de cores padrões. Seu
símbolo é IRC e sua unidade é percentual [%]. É relativa ao índice do radiador
integral (corpo negro) que apresenta um valor de 100%. Costuma-se afirmar
que está relacionado com a lâmpada incandescente, pois esta tem um
comportamento próximo ao do radiador integral.
Logo, se uma fonte luminosa apresenta um índice de 60%, este está
relacionado com o radiador integral que é 100%. Isto é verdade em parte.
Figura 3 – O IRC é baseado em uma tentativa de mensurar a percepção da cor
avaliada pelo cérebro.
O IRC é uma tentativa de mensuração da cor avaliada pelo cérebro,
como mostra a Figura 3. Como a percepção varia segundo o indivíduo e suas
experiências anteriores, nem sempre esta avaliação corresponde à realidade.
Para facilitar o esclarecimento, é costume, entre os fabricantes, apresentar
uma tabela que informe comparativamente o índice de reprodução de cores, a
temperatura da cor e a eficiência luminosa.
A equação de Planck mostra que o espectro energético dos radiadores
integrais é constituído por um espectro contínuo cuja energia depende da
LÂMPADA OBJETO OLHO CÉREBRO
IRC [%]
20
temperatura de cor. As fontes de descarga são, por sua vez, correlacionadas
com a temperatura da cor de um radiador hipotético, visto que o princípio da
incandescência não é o mesmo da condução através dos gases.
Por esta razão, uma fonte luminosa baseada no princípio da descarga
através dos gases apresenta uma temperatura de cor correlata (TCC) que,
medida em kelvins, corresponderá a uma fonte teórica incandescente. Em
outras palavras, se os 60%, mencionados acima, corresponderem a uma fonte
luminosa de descarga, ele somente será comparado com um radiador integral
de mesma temperatura de cor, isto é, somente podem ser comparados índices
de reprodução de cor que apresentem mesmo TCC, ou próximo.
Um IRC 100 significa que não há alteração de cor, quando comparado
com aquele apresentado pela fonte de referência. As lâmpadas fluorescentes
compactas, que são previstas para uso residencial, têm uma temperatura de
cor de 2.700 K, ou seja, a mesma de uma lâmpada incandescente, mas um
IRC médio da ordem de 80%.
4. EQUIPAMENTOS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
Neste item será apresentada uma análise mais detalhada das
alternativas de equipamentos aplicáveis a um sistema de iluminação pública.
Serão analisados tecnicamente vários tipos de lâmpadas, reatores, relés,
luminárias e braços, a fim obterem-se informações suficientes para especificar
os equipamentos mais adequados para o projeto Reluz.
4.1 Lâmpadas
Pode-se considerar a lâmpada como o equipamento de maior influência
para as características de um ponto luminoso. Ela é a principal responsável
pelo fluxo luminoso, consumo de energia e reprodução de cores do local
iluminado.
Existem dois princípios de funcionamento que podem ser utilizados
pelas lâmpadas, o da incandescência e o da descarga elétrica. As lâmpadas
que utilizam a incandescência são a incandescente e a halógena. As demais,
21
fluorescentes, vapor metálico, vapor de mercúrio e vapor de sódio em alta
pressão, citando apenas as mais usadas, são lâmpadas de descarga. Existem
ainda as lâmpadas mistas, que combinam as duas tecnologias, incandescência
e descarga.
Nos tópicos seguintes serão mostradas as principais características de
cada uma dessas lâmpadas e feita uma análise de qual delas é mais adequada
para os projetos Reluz de iluminação pública.
4.1.1 Lâmpadas Incandescentes
São lâmpadas que funcionam através da passagem da corrente elétrica
por um filamento de tungstênio que, com o aquecimento, gera a luz. O
tungstênio é o material que mais se adapta às elevadas temperaturas que se
verificam no interior das lâmpadas, onde existe vácuo ou um gás raro.
As partes principais de uma lâmpada incandescente são: base, bulbo e
filamento (ver Figura 4). As bases podem ser do tipo rosca ou baioneta, cada
qual com finalidades específicas. Os bulbos podem ser do tipo globular comum,
pêra, parabólico entre outros. Há lâmpadas infravermelhas, germicidas, para
iluminação geral ou refletoras, com as mais diversas aplicações.
Seu custo é baixo, mas sua eficiência luminosa também, da ordem de 12
lm/W, a exemplo da sua vida útil, cerca de 1.000 horas. Isto se deve ao fato de
a lâmpada não apenas emitir energia luminosa, mas também calor. Sua
vantagem é a temperatura de cor agradável, na faixa de 2.700K ("amarelada")
e reprodução de cor (IRC) de 100%, aproximando-se muito da luz natural.
As lâmpadas incandescentes podem ser adaptadas a um dimmer para controle
da potência.
Na iluminação pública, as lâmpadas são normalmente ligadas em
paralelo na rede de distribuição secundária de energia elétrica. Podem ser
usadas as mesmas lâmpadas de iluminação domiciliar. É, contudo, indicada
para iluminação pública, a utilização de lâmpadas especiais que possuem vida
mais longa (1500 horas), maior resistência às vibrações e bulbo transparente.
Contudo, atualmente este tipo de lâmpada é mais comumente
encontrado na iluminação residencial, tendo seu uso em baixa escala na
22
iluminação pública. Devido principalmente à sua baixa eficiência e vida útil,
este tipo de lâmpada deve ser substituído por lâmpadas a vapor de sódio em
alta pressão nos projetos Reluz de melhoria.
Figura 4 – Componentes de uma Lâmpada Incandescente.
4.1.2 Lâmpadas Halógenas
As lâmpadas halógenas possuem o mesmo princípio de funcionamento
das lâmpadas incandescentes. Porém, são incrementadas com gases
halógenos (iodo ou bromo) que, dentro do bulbo, se combinam com as
partículas de tungstênio desprendidas do filamento. Essa combinação (iodeto
de tungstênio), associada à corrente térmica dentro da lâmpada, faz com que
as partículas de tungstênio evaporado se depositem de volta no filamento,
criando assim o ciclo regenerativo do halogênio.
Para que este ciclo ocorra, a temperatura do bulbo deve estar acima de
250°C, obrigando a utilização de bulbos de quartzo, o que encarece a produção
e exige que a lâmpada funcione nas posições para a qual foi projetada.
A exemplo das incandescentes, as halógenas possuem perfeita
reprodução de cores e admitem a utilização do dimmer. Porém, devido ao fato
de o filamento trabalhar em temperaturas mais elevadas (aproximadamente
23
3200 a 3400 K), e sua capacidade regenerativa, as elas possuem algumas
vantagens em relação às incandescentes.
Dentre elas podemos citar a redução de 25% a 40% no consumo de
energia, luz mais branca, brilhante e uniforme durante toda vida (devido ao
fluxo luminoso ter maior temperatura de cor), maior vida útil, com média de
2.000 horas, dimensões reduzidas e ausência de depreciação do fluxo
luminoso por enegrecimento do bulbo.
Apesar destas vantagens, as lâmpadas halógenas não são
suficientemente eficientes para serem aplicadas a projetos de eficiência na
iluminação pública. Seu uso é mais indicado para fins decorativos.
4.1.3 Lâmpadas Fluorescentes
As lâmpadas que serão descritas neste e nos próximos tópicos utilizam
o princípio da descarga elétrica. As florescentes emitem uma descarga, sob
baixa pressão, pela passagem da corrente elétrica através de um gás,
geralmente vapor de mercúrio ou argônio. O fenômeno é chamado de
ionização. Esta descarga é quase totalmente formada por radiação ultravioleta,
invisível ao olho humano. Ela é convertida em luz visível pelo pó fluorescente
que reveste a superfície interna do bulbo (ver Figura 5).
Dependendo da composição do pó fluorescente, resultam as mais
diferentes alternativas de cor de luz, adequadas a cada tipo de aplicação. Ele
também determina a qualidade e quantidade de luz e a eficiência na
reprodução de cor. Lâmpadas fluorescentes são encontradas nas versões
standard, com eficiência energética de até 70 lm/W, temperatura de cor entre
4.100 e 6.100K, e com pó trifósforo, com eficiência energética de até 96 lm/W,
temperatura de cor entre 4.000 e 6.000K.
Lâmpadas fluorescentes têm custos maiores que as incandescentes e
necessitam de equipamentos auxiliares, como reator e dispositivo de partida.
Todavia, sua eficiência luminosa é cinco vezes maior e a vida útil mediana é de
7.500 horas. A reprodução de cores fica em torno de 85%, valor baixo em
relação às incandescentes, mas alto quando comparado com lâmpadas a
vapor de sódio, por exemplo.
24
Por estas razões, são utilizadas comumente em empresas, escritórios e
indústrias. Devem ser substituídas por lâmpadas a vapor de sódio sob alta
pressão nos projetos Reluz de iluminação pública, pois estas possuem
tecnologia muito superior no quesito eficiência.
Figura 5 – Esquema interno de uma lâmpada fluorescente tubular.
4.1.4 Lâmpadas Mistas
São lâmpadas ao mesmo tempo incandescentes e de descarga,
constituídas de um tubo de descarga de mercúrio, ligado em série com um
filamento de tungstênio. Este filamento, além de funcionar como fonte de luz,
age como resistência, limitando a corrente da lâmpada. Por estes motivos são
chamadas de lâmpadas mistas, pois combinam a tecnologia das lâmpadas
incandescentes com a das lâmpadas de descarga de alta pressão.
No início do funcionamento, o filamento incandescente é aceso e, aos
poucos, o mercúrio é vaporizado, iniciando-se o processo da iluminação por
meio do vapor de mercúrio. A luz possui uma coloração branco-azulada,
agradável a visão e de ampla aplicação em espaços exteriores. Funcionam em
tensão de rede de no mínimo 220 V, emitem cerca de 25 lm/W, o seu fator de
potência é igual a 1 e possuem vida útil aproximada de 6.000 horas.
25
Têm duas grandes vantagens sobre as lâmpadas de vapor de mercúrio
comum: não necessitam de reator e podem ser aplicadas simplesmente
substituindo a lâmpada incandescente, sem necessitar adaptação. Geralmente
substituem incandescentes de alta potência. O seu campo de aplicação é na
iluminação de ruas, jardins, armazéns, garagens e postos de gasolina.
Apesar de serem mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes e
mais práticas do que as lâmpadas vapor de mercúrio, o rendimento das
lâmpadas mistas é muito inferior ao das lâmpadas a vapor de sódio. Por este
motivo, nos projeto Reluz, todas as lâmpadas mistas devem ser substituídas.
4.1.5 Lâmpadas a Vapor de Mercúrio
Utilizam o princípio da descarga em alta pressão, através do vapor de
mercúrio. Uma descarga elétrica entre os eletrodos leva os componentes
internos do tubo de descarga a produzirem luz. É uma lâmpada de reação com
partida dada por meio de um resistor. Em alguns casos é necessário o uso de
ignitores na partida.
Uma vez iniciado o arco entre um dos eletrodos principais e o eletrodo
auxiliar, o vapor de mercúrio contido no tubo vaporiza-se, propiciando um meio
condutor favorável. Assim, entre os eletrodos principais, se forma um arco,
produzindo energia luminosa em escala visível, pois o vapor de mercúrio
encontra-se em alta pressão. O tempo entre a partida e a estabilização total do
fluxo luminoso de uma lâmpada de vapor de mercúrio varia de 2 a 15 minutos.
A lâmpada a vapor de mercúrio têm aparência branco-azulada e é
utilizada em larga escala na iluminação de ruas, jardins públicos, postos de
gasolina, campos de futebol e áreas industriais. Seu índice de reprodução de
cores é, em média, de 40% e sua vida útil gira em torno de 24.000 horas. A
eficiência luminosa chega a 55 lm/W e ela pode ser encontrada com potências
que variam de 80 a 1.000W.
É considerada uma lâmpada de boa eficiência, porém seu desempenho
está um pouco abaixo do desempenho das lâmpadas a vapor de sódio em alta
26
pressão. Por este motivo, não é recomendado pela Eletrobrás a manutenção
de nenhuma lâmpada a Vapor de Mercúrio na iluminação pública das cidades.
4.1.6 Lâmpadas de vapor metálico
A lâmpada de vapor metálico é semelhante à lâmpada de vapor de
mercúrio, porém combina iodetos metálicos (tálio, índio), com altíssima
eficiência energética, excelente reprodução de cor, longa durabilidade e baixa
carga térmica. Existe ainda a possibilidade de se variar a coloração da lâmpada
pela seleção dos iodetos metálicos colocados no interior do tubo de descarga.
Esse tipo de lâmpada também conta com um revestimento de alumina nas
extremidades do tubo de descarga, cujo objetivo é refletir o calor produzido
pela descarga para os eletrodos, impedindo a condensação dos iodetos no
interior do tubo de descarga da lâmpada.
Sendo as tensões de partida mais elevadas e as características elétricas
diferentes, essas lâmpadas exigem equipamentos auxiliares especialmente
projetados para as mesmas. Alguns modelos exigem, também, um dispositivo
de partida (starter). Lâmpadas de vapor metálico estão disponíveis nos mais
variados formatos, existindo ainda lâmpadas de altíssima potência que são
desprovidas de bulbo, utilizando, portanto, um refletor fechado hermeticamente.
Dentre as aplicações, destacam-se a iluminação de lojas, estádios de
futebol, monumentos, indústrias, residências, e até mesmo, iluminação
automotiva, com as chamadas lâmpadas de xenônio, que são lâmpadas de
vapor metálico com atmosfera de xenônio, capazes de acender
instantaneamente.
Também estão disponíveis numa enorme gama de potências, indo de
10W até 18.000 W. Na iluminação pública usam-se potências de 70W a 400W.
Em lâmpadas de alta potência, a eficiência pode chegar a 90 lm/W e o IRC a
90%. A temperatura de cor varia de 4.000 a 6.000K, sendo considerada fria. A
vida útil varia entre 8.000 e 15.000 horas e a luz é muito branca e brilhante.
Apesar de ser a lâmpada com o maior número de aplicações da
atualidade, devido ao bom rendimento e reprodução de cores, elas devem ser
descartadas nos projetos Reluz. Suas características funcionais, como
27
eficiência luminosa e vida útil, deixam a desejar quando comparadas com
lâmpadas a vapor se sódio sob alta pressão.
4.1.7 Lâmpadas a Vapor de Sódio sob Alta Pressão
A lâmpada a vapor de sódio sob alta pressão, que chamaremos de
VSAP, é a última palavra em matéria de eficiência, durabilidade e
confiabilidade. É uma lâmpada que funciona segundo o mesmo princípio da
lâmpada de vapor de mercúrio sob alta pressão, diferindo na mistura dos
gases. As VSAP utilizam uma pequena quantidade do metal sódio misturado
com mercúrio, que é colocada em uma cápsula de vidro, com gás xenônio ou
argônio em seu interior (ver Figura 6). Estes gases nobres ativam o arco
voltaico que é formado entre os eletrodos colocados nas extremidades da
cápsula e iniciam a ignição da lâmpada.
Durante o aquecimento inicial da lâmpada, o sódio e o mercúrio
gradativamente se vaporizam, fazendo com que uma tênue luz seja emitida
pela lâmpada. A pressão aumenta a seguir e a luz produzida é de alta
intensidade. A exemplo das outras lâmpadas de descarga, o arco emite raios
UV, invisíveis ao olho humano, mas a ampola é montada no interior de um
bulbo revestido internamente com uma camada de fósforo, que passa a emitir
luz assim que recebe os raios UV.
A lâmpada VSAP foi idealizada por pesquisadores dos principais
fabricantes de lâmpadas do mundo, dentre estes a GE, que apresentou um dos
primeiros protótipos desse tipo de lâmpada. O maior obstáculo para a
elaboração desse audacioso projeto foi a confecção de um tubo de descarga
que suportasse a agressividade do sódio sob altas temperaturas
(aproximadamente 1.000°C) e pressões. Este obstáculo foi transposto com o
desenvolvimento do óxido de alumínio sintetizado, material cerâmico com
ponto de fusão de 2.050°C, translúcido e quimicamente à prova de vapor de
sódio em elevadas temperaturas.
A luz dessas lâmpadas possui tonalidade amarelada devido ao
componente sódio e seu espectro luminoso é descontínuo. O IRC das
lâmpadas varia muito conforme o tipo e modelo, indo de 20, para lâmpadas
28
comumente aplicadas na iluminação pública, a 70, em lâmpadas com
rendimento de cor melhorado. Sua temperatura de cor gira em torno de 2.000 K
a 3.200 K. Com o tempo de uso, pode ocorrer variação na tonalidade da luz
emitida.
As lâmpadas VSAP estão disponíveis numa grande quantidade de
formatos, indo das tradicionais formas ovóide e tubular até a forma refletora
parabólica. A eficiência luminosa varia de 80 lm/W, para lâmpadas de 70 W, a
150 lm/W para lâmpadas de 600 W. Considerando estas mesmas potências, a
vida útil também varia, de 16.000 horas a 32.000 horas, sendo por isso
consideradas lâmpadas de longa durabilidade.
Os reatores e fiação devem ser projetados levando-se em conta o pulso
de tensão necessário à partida. Alguns modelos exigem a utilização adicional
de um ignitor transistorizado que provoca a elevação transiente da tensão
necessária à partida (2.500 V).
Estas lâmpadas são extremamente úteis em diversas aplicações, dentre
elas portos, rodovias, ferrovias, estacionamentos e iluminação pública em
geral, casos em que a reprodução de cores não é um fator importante.
Também é utilizada para iluminação de longo alcance, como por exemplo, em
campos de futebol.
Além das vantagens já citadas, estas lâmpadas possuem a
característica de atrair menos insetos, em virtude do comprimento de onda da
luz que emitem ser diferente do das outras lâmpadas. Por ser a tecnolgia de
lâmpada com a maior eficiência luminosa (lm/W) e vida útil da atualidade, as
lâmpadas VSAP são recomendadas pelo manual do programa Reluz para
substituírem todas as outras lâmpadas existentes nos municípios.
29
Figura 6 – Esquema interno de uma lâmpada a Vapor de Sódio.
4.1.8 Comparação entre lâmpadas
Como visto, nos projetos Reluz há a indicação expressa de se instalar
apenas lâmpadas VSAP. Assim, para definir-se a potência adequada da
lâmpada a ser instalada, deve-se comparar o fluxo luminoso da lâmpada
atualmente instalada com o fluxo luminoso da nova lâmpada VSAP.
A Tabela 2 apresenta valores médios de fluxo luminoso, eficiência
luminosa e vida útil de diversas lâmpadas, de acordo com catálogos de vários
fabricantes. Consideram-se lâmpadas incandescentes (I), halógenas (H),
fluorescentes (F), mistas (M), vapor de mercúrio (VM), multi vapores metálico
(MVM) e vapor de sódio em alta pressão (VSAP).
30
Tabela 2 – Características técnicas das Lâmpadas.
Tipo de Fluxo Luminoso Eficiência Luminosa Vida Mediana
Lâmpada (lm) (lm/W) (horas)
I 100W 1.300 13 1.000
I 150W 2.200 15 1.000
I 200W 3.150 16 1.000
I 300W 5.000 17 1.000
I 500W 8.400 17 1.000
H 300W 5.000 17 2.000
H 500W 9.500 19 2.000
H 1.000W 22.000 22 2.000
H 1.500W 33.000 22 2.000
F 40W 2.700 68 7.500
31
F 110W 8.300 76 7.500
M 160W 3.100 19 6.000
M 250W 5.500 22 6.000
M 500W 13.500 27 6.000
VM 80W 3.600 45 9.000
VM 125W 6.200 50 12.000
VM 250W 12.700 50 12.000
VM 400W 22.000 55 15.000
VM 700W 38.500 55 15.000
VM 1.000W 58.000 58 15.000
MVM 70W 5.000 72 8.000
MVM 150W 11.000 73 8.000
MVM 250W 20.000 72 12.000
MVM 400W 38.000 80 12.000
VSAP 70W 5.600 80 16.000
VSAP 100W 9.500 95 24.000
VSAP 150W 14.000 94 24.000
VSAP 250W 26.000 104 24.000
VSAP 350W 34.000 97 14.000
VSAP 400W 48.000 120 24.000
VSAP 600W 90.000 150 32.000
4.2 Reatores
Reatores são equipamentos auxiliares utilizados em conjunto com
lâmpadas de descarga elétrica. Servem para dar partida estabilizada e firme
à lâmpada de descarga, sem cintilação em qualquer situação. Sem reator, a
lâmpada ligada diretamente à rede iria exigir mais e mais corrente até se
queimar. A corrente ideal para o funcionamento da lâmpada é limitada pelo
reator.
Quando o reator não tem as características elétricas adequadas à
lâmpada, ele estabiliza a corrente acima ou abaixo da necessária, causando
queima prematura ou baixa emissão de luz, além do superaquecimento. No
caso de superaquecimento, além de aumentar o consumo, transforma a
energia em calor e prejudica a segurança da instalação, com risco de curtos-
circuitos e incêndios.
Quando a corrente está abaixo da ideal, a lâmpada emite menos luz e,
para iluminar o ambiente de forma adequada, serão necessárias mais
32
lâmpadas, e, conseqüentemente, os gastos de energia elétrica e compra de
material para aumentar os pontos de luz serão maiores. Passando pouca
corrente, os eletrodos não serão aquecidos de forma correta e quando a
lâmpada tentar acender ela piscará várias vezes, causando um bombardeio
dos eletrodos até que eles alcancem a temperatura ideal, o que também levará
à redução da vida da lâmpada.
Hoje estão disponíveis no mercado dois tipos de reatores que podem ser
usados na iluminação pública. São eles o eletromagnético e o eletrônico. O
eletromagnético é mais comumente encontrado nas instalações atuais, devido
à sua maior robustez e menor custo. Porém o eletrônico também possui suas
vantagens, como veremos mais adiante. Para iluminação pública, temos ainda
as opções de reatores internos, alojados na luminária, e externos, encaixados
através de uma alça ao poste, como mostra a Figura 7.
Figura 7 – Reator de Iluminação Pública para uso Externo.
4.2.1 Reatores Eletromagnéticos
Um reator eletromagnético é formado, basicamente, por uma bobina de fio
de cobre enrolada ao redor de um núcleo de material ferro-magnético. No
momento da ligação da lâmpada e do reator à rede, começa a circular uma
corrente elétrica na bobina do reator, o que gera uma perda de energia em
forma de calor que é conhecida como perda Joule, motivo pelo qual o reator
esquenta quando funciona.
A temperatura máxima de funcionamento de um reator, segundo normas
da ABNT, é de 90ºC. Quando um reator está operando acima dessa
temperatura deve ser substituído, pois é um produto com algum defeito ou foi
33
produzido a partir de um projeto inadequado ou com matérias primas de
qualidade inferior, colocando em risco a segurança da instalação.
Existem dois tipos de reatores eletromagnéticos: o de partida
convencional, com starter, e o de partida rápida.
O funcionamento do reator de partida convencional requer o uso de
starter ou interruptor manual para armar o circuito no reator e aquecer os
filamentos das lâmpadas. Quando os filamentos estão aquecidos, o starter abre
e o reator fornece a corrente adequada de partida, limitando, após, o fluxo
desta aos valores corretos para o funcionamento adequado da lâmpada.
Já os de partida rápida fornecem níveis adequados de energia para
aquecer continuamente os filamentos das lâmpadas por meio de pequenas
bobinas de baixa tensão, reduzindo as exigências de tensão de circuitos
abertos para partida e acelerando o intervalo de partida. Normalmente é
necessário que o sistema esteja aterrado para que, através do efeito capacitivo
entre a lâmpada e a luminária, sejam descarregadas à terra as cargas estáticas
que se acumulam ao longo do bulbo da lâmpada fluorescente.
O fato de o reator ser magnético faz com que ele vibre e emita ruído,
porém o preenchimento correto do reator com resina poliéster atenua a
vibração a níveis quase imperceptíveis, além de permitir a dissipação térmica.
A fixação correta do reator na luminária ou poste, também é importante para a
eliminação dos ruídos. A Figura 8 mostra reatores eletromagnéticos
comumente utilizados na iluminação pública.
Figura 8 – Na seqüência: Reator externo eletromagnético para lâmpada Vapor de
Sódio 400W, com base para relé;
34
Reator externo eletromagnético para lâmpada Vapor de Mercúrio 400W, com base
para relé;
Reator externo eletromagnético sem base para relé.
4.2.2 Reatores Eletrônicos
Os primeiros reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes foram
introduzidos no Brasil no início da década de 90. Eles operam em alta
freqüência, acima de 20kHz, a partir da rede elétrica de baixa freqüência.
Na alta freqüência as perdas diretas são reduzidas, resultando em maior
eficiência e economia de energia quando comparado com os reatores
eletromagnéticos.
Os reatores eletrônicos possuem tecnologia inovadora, não
necessitando de re-ignição constante, como ocorre nos reatores
eletromagnéticos convencionais. Outras vantagens são: ausência do
efeito estroboscópico, maior durabilidade da lâmpada (o aumento de sua
vida útil chega a 30%), menor peso e volume e baixa temperatura de
trabalho. Além disso, não necessitam de capacitores para correção do
fator de potência, visto que sua construção já proporciona valores altos.
Considerando a baixa eficiência relativa dos reatores eletromagnéticos
produzidos e vendidos no Brasil, os reatores eletrônicos podem reduzir o
consumo de eletricidade para lâmpadas de descarga em cerca de 25 a 30%.
Todavia, alguns modelos nacionais são de baixa qualidade, com pequena vida
útil e altas distorções harmônicas (THD), o que pode prejudicar o
funcionamento de outros equipamentos que estejam ligados na mesma rede.
Para evitar este problema, devem ser construídos já com um filtro de
harmônicas.
As principais barreiras para o aumento do uso de reatores eletrônicos
são:
Pouco conhecimento;
Custo inicial alto, da ordem de três a quatro vezes o custo de reatores
eletromagnéticos, para modelos de melhor qualidade;
35
Existência de alguns reatores eletrônicos de baixa qualidade no
mercado.
A Tabela 3 apresenta uma comparação entre reatores eletrônicos e
eletromagnéticos. Os eletromagnéticos ainda são os mais usados na
iluminação pública, mas através da tabela é possível compreender que a
escolha do reator depende principalmente dos custos e benefícios ofertados
por diferentes fabricantes.
Tabela 3 – Comparação entre Reatores eletrônicos e eletromagnéticos.
Reatores Eletrônicos Reatores Eletromagnéticos
Operação em Alta frequência (20KHz) Operação em Baixa Frequência (50 ou 60Hz)
Perdas reduzidas Perdas Maiores
Menor peso e volume Maior peso e volume
Menor Ruído e Aquecimento Ruído e Aquecimento maiores
Maior Durabilidade da Lâmpada (até 30%) Durabilidade da Lâmpada não afetada
Alto custo (até 4 vezes maior) Baixo Custo
Alta THD (somente reatores sem filtro de harmônicas) Nenhuma THD
4.2.3 Reatores externos e internos
Para aplicação na iluminação pública, encontram-se hoje no mercado
reatores de uso interno e de uso externo.
Os reatores externos são fabricados com uma alça metálica em L
acoplada ao seu corpo. No lado da alça oposta ao reator há uma furação, que
serve para que o reator seja parafusado diretamente no poste ou na cinta que
prende o braço da luminária ao poste. Geralmente o ignitor e o capacitor estão
embutidos dentro desses reatores, quando necessários ao funcionamento da
lâmpada. Estes reatores dissipam o calor naturalmente, pois sua carcaça
metálica está em contato direto com o ar. Devem possuir cabos flexíveis
coloridos, esquemas de ligação e grau de proteção IP 65, conforme norma
ABNT. Opcionalmente, alguns modelos possuem base para acoplamento do
relé.
Já os modelos internos para iluminação pública são instalados dentro de
um alojamento, na própria luminária. O alojamento deve possuir grau de
36
proteção IP 65, mas o reator não, por isso eles são mais baratos que os de uso
externo. Ao contrário do que ocorre nos reatores externos, o ignitor e o
capacitor, quando necessários, não estão incorporado dentro dos reatores
internos. Dissipam o calor através do corpo da luminária à qual estão
acoplados, que geralmente é metálico. A tomada para o relé pode estar
embutida na parte superior da luminária ou ser comprada separadamente. Em
instalações mais simples o relé é simplesmente conectado em alguma outra
parte dos circuitos, sem utilizar uma base. Também devem possuir cabos
flexíveis coloridos e esquemas de ligação, conforme norma ABNT.
A Tabela 4 mostra um comparativo entre reatores internos e externos.
Todos os fatores devem ser analisados para saber-se qual é o mais adequado
para uso na iluminação pública.
Tabela 4 – Comparação entre Reatores internos e externos.
Reatores Internos Reatores Externos
Menor Custo Maior Custo
Grau de proteção IP menor que 65 Grau de Proteção IP mínimo igual a 65
Dissipa o calor através da Luminária Dissipa o calor através do Ar
Ignitor comumente comprado separadamente Ignitor comumente incorporado
Relé não pode ser acoplado Pode possuir tomada para Relé
4.2.4 Ignitores e Capacitores
Como o funcionamento dos reatores utilizados na iluminação pública
está intimamente ligado ao uso de ignitores e capacitores, cabe aqui uma breve
explicação sobre estes dispositivos.
Para dar a partida de uma lâmpada de descarga, o ignitor sobrepõe um
ou mais pulsos de alta tensão, normalmente de 0,7 a 4,5 kV, sobre a tensão
nominal da lâmpada para que se produza a descarga. Uma vez acesa a
lâmpada, o ignitor pára, automaticamente, de produzir os pulsos. O circuito
eletrônico do ignitor possui componentes sensíveis à temperatura, sendo a
temperatura máxima permitida na carcaça de 85°C. Devem, portanto, ser
instalados em local abrigado de intempéries. A Figura 9 mostra um modelo de
ignitor para iluminação pública.
37
Já o capacitor não afeta as condições da lâmpada, porém modifica as
condições da rede. Ele é usado apenas em conjunto com reatores
eletromagnéticos, servindo para elevar o fator de potência dos mesmos para
0,92. Normalmente eles estão embutidos nos reatores. Com isso é possível
reduzir em até 50% os valores de corrente de linha, proporcionando desta
forma redução da bitola de fio e diminuições das perdas do sistema de
iluminação.
Figura 9 – Ignitor para lâmpadas de iluminação pública.
4.2.5 Fator de potência dos reatores
O fator de potência representa a relação entre a potência aparente
total consumida e a potência ativa, que é efetivamente transformada em
energia mecânica, térmica ou, em nosso caso, luminosa. Este fator é
expresso numericamente, assumindo valores entre 0 e 1. Os
equipamentos são classificados como sendo de alto fator quando este
valor é igual ou superior a 0,92.
Um fator de potência baixo indica que a energia não está sendo
aproveitada da melhor forma possível pelo equipamento. Reatores de alto
fator de potência requerem baixo nível de corrente, reduzindo o aquecimento
dos condutores e os custos da fiação.
A Eletrobrás atribui o selo Procel a reatores eletromagnéticos de
diversos fabricantes, desde que estes apresentem perdas reduzidas e alto fator
de potência. Nos anexos deste trabalho é apresentada uma parte da lista de
reatores eletromagnéticos com selo Procel, para lâmpadas a vapor de sódio. A
lista completa pode ser encontrada no site do Procel em
www.eletrobras.com/elb/procel , seguindo o link Selo Procel > Equipamentos
com Selo > Reatores.
38
4.3 Relés Fotoelétricos
Os relés fotoelétricos são equipamentos de comando amplamente
utilizados na iluminação pública. Eles têm o objetivo de ligar as lâmpadas no
início da noite, quando a iluminância ambiente estiver abaixo de 10 lux, e
desligá-las ao amanhecer, quando a iluminância estiver acima deste valor.
Para efeitos de cálculo de consumo de energia dos equipamentos de
iluminação pública, visto que não são usados medidores para esta aplicação,
considera-se que os relés passam 12 horas por dia fechados, conduzindo
corrente, e 12 horas abertos. Para perfeito funcionamento no inverno e verão,
devem ter o sensor voltado para o sul no momento da instalação.
Podem ser usados com comando individual, ou seja, um relé para cada
ponto luminoso, ou em grupo, quando um único relé é responsável pelo
acionamento de diversas lâmpadas, caso comum em praças e áreas
esportivas. Ao especificar um relé fotoelétrico, é necessário levar em conta 3
características principais:
1. Módulo Sensor;
2. Módulo de Potência;
3. Modo de Falha.
4.3.1 Módulo Sensor
Existem duas alternativas para o módulo sensor:
1) Pode ser constituído por um único componente, a fotocélula, que é um
fotoresistor de CdS (Sulfeto de Cádmio), com capacidade suficiente para
acionar diretamente o módulo de potência, o qual pode ser um relé térmico ou
magnético.
2) Pode ser um foto transistor ou uma fotocélula, acoplados a um circuito
eletrônico com cerca de 50 componentes.
Através do simples comparativo do número de componentes, nota-se
que as alternativas são as seguintes: ou se adota um sensor de silício acoplado
a um circuito eletrônico com cerca de 50 componentes, ou se adota um sensor
de CdS com só um componente, a saber, a própria fotocélula.
39
Como os relés fotoelétricos para comando na IP são instalados
diretamente junto às redes de distribuição de energia, os mesmos estão
enquadrados na categoria "C" das normas ANSI, C62.41. Neste caso, os relés
fotoelétricos devem possuir componentes muito robustos, bem como receber
uma proteção adequada para suportar também as condições severas que
ocorrem na rede, ou seja, de até 10 KV e 10 KA.
Partindo também do pressuposto de que em qualquer produto, quanto
menos componentes, menores serão as possibilidades de defeito, chega-se à
conclusão de que os relés que utilizam somente a fotocélula como sensor, são
mais seguros e confiáveis que os relés que utilizam um sensor eletrônico com
cerca de 50 componentes. Fonte: [www.stieletronica.com.br].
4.3.2 Módulo de Potência
Dentro do módulo de potência temos seguintes alternativas:
1) Relé Térmico operando em CA (corrente alternada);
2) Relé Magnético operando em CA (corrente alternada);
3) Relé Magnético operando em CC (corrente contínua);
4) Módulo de Potência eletrônico a Tiristor
4.3.2.1 Relé Térmico
Os Relés Térmicos operam pela deflexão de um Bimetal, aquecido por
uma resistência específica, monitorada pela luminosidade ambiente através da
fotocélula, que é um fotoresistor de CdS. Este componente possui uma
resistência variável com o iluminamento. No escuro, ou seja, à noite, o
fotoresistor possui uma resistência muito elevada e não deixa fluir a corrente
através do resistor de aquecimento do bimetal. Com a luminosidade ambiente,
a corrente flui, aquece o bimetal que deflete com o calor, e opera o relé,
abrindo ou fechando os contatos de carga.
40
O Relé Térmico de acionamento deve ser fabricado especificamente
para a utilização em controles fotoelétricos e com as seguintes características
básicas:
Possuir compensação de temperatura ambiente para operar sempre
com o mesmo nível de luminosidade durante todo o ano, ou seja, no
inverno e no verão.
Possuir retardo de operação, que torna o relé fotoelétrico, e a lâmpada
por ele comandada, imunes a variações luminosas bruscas e
indesejadas, como faróis de automóveis, raios ou outra qualquer.
O retardo de operação é praticamente obrigatório no caso de se utilizar
lâmpadas de descarga, vapor de sódio e vapor metálico, pois as
mesmas possuem a característica de que uma vez desligadas, demoram
cerca de 10 a 15 minutos para voltarem a adquirir a luminosidade total
especificada. O retardo, evitando a operação indesejada, também
aumenta a vida útil das lâmpadas que se desgastam com o acender e o
apagar desnecessário.
4.3.2.2 Relé Magnético em CA
Os relés magnéticos em CA operam através de uma força magnética de
atracação, fechando ou abrindo os contatos de um relé eletromecânico. A força
de atracação é gerada por uma corrente que flui através de uma bobina, e cria
um campo magnético. Esta força de atracação é monitorada por um
fotoresistor, que opera em função da luminosidade ambiente em contraposição
a uma força fixa de uma mola, e sendo assim, temos duas forças antagônicas.
Estas forças são a força magnética de atracação da bobina magnética,
que é uma força variável com a luminosidade ambiente, e a força gerada por
uma mola mecânica de valor fixo, a qual mantém os contatos do relé abertos
ou fechados, dependendo se os mesmos são NA (Normalmente Abertos) ou
NF (Normalmente Fechados).
Durante o anoitecer e o amanhecer, vamos ter um determinado
momento, em que estas duas forças se igualam com o mesmo valor e se
contrapõem. Neste determinado momento, que é o momento da operação do
41
relé, se cria uma instabilidade mecânica entre estas duas forças opostas de
mesmo valor, o que favorece a vibração do relé magnético AC.
Esta vibração é altamente danosa para o relé fotoelétrico, bem como
para as lâmpadas de descarga, comandadas pelo mesmo, pois, além de
acarretar uma prematura destruição dos contatos, diminui também a vida útil
das lâmpadas. Somente quando uma das forças é claramente superior à outra,
é que o relé efetua com segurança a operação de desligar ou ligar a lâmpada.
Por sua vez, a operação de um relé térmico é efetuada sem vibração, ou
seja, o relé térmico não possui posição mecânica instável e não vibra, pois o
sistema mecânico de operação dos relés térmicos só permite duas posições,
aberta ou fechada, não possuindo posição intermediária.
4.3.2.3 Relé Magnético Corrente Contínua CC
Com relação ao relé magnético CC (corrente contínua), que somente é
utilizado em relés com o módulo sensor eletrônico, o mesmo tem uma
operação segura e não vibra, em virtude da corrente elétrica ser retificada e
operar em corrente contínua. No momento de operação, o mesmo recebe um
pulso elétrico do circuito eletrônico de comando para ligar ou desligar a
lâmpada.
4.3.2.4 Módulo de Potência Eletrônico
O módulo de potência eletrônico é composto somente por um
componente eletrônico que comuta a carga, o Tiristor. Estes relés podem ser
temporizados, ou seja, serem programados para abrirem o circuito algumas
horas depois do fechamento, usando um circuito de “clock”. Esta medida faz
com que seja economizada energia, por exemplo, das 00:00 às 6:00 horas,
quando o movimento nas ruas já não é tão intenso.
42
Pode-se afirmar que um relé que utilize como módulo de potência o
Tiristor, é o único relé 100% eletrônico, pois não possui componentes
mecânicos, contatos ou peças móveis, sendo um relé totalmente em estado
sólido, possuindo também a única tecnologia de relé fotoelétrico, que comuta a
carga pelo zero da curva de corrente, característica esta exclusiva dos
Tiristores. Um exemplo deste tipo de relé é mostrado na Figura 10.
Figura 10 – Relé Fotoelétrico Eletrônico Temporizado.
4.3.2.5 Comparação entre os módulos de potência
Comparando os módulos de potência citados acima, conclui-se que os
relés térmico e magnético em CA são confiáveis, porém sua vida útil é limitada
em relação aos outros, devido às suas características construtivas. O térmico,
dependendo de sua qualidade de fabricação, pode sofrer com variações da
temperatura ambiente. Já o magnético em CA sofre com as vibrações
causadas pela mola. Ambos são mais baratos que os outros, porém sua vida
útil aproximada é de apenas 4.000 operações.
O magnético em CC é uma opção de maior qualidade quando
comparado com o magnético CA, possuindo maior durabilidade e nenhuma
vibração. Porém, o relé com módulo de potência eletrônico com tiristor tem sido
especificado com freqüência nos projetos Reluz, pois, apesar de ser mais caro,
tem operação confiável e sua vida útil pode chegar a 10.000 operações, mais
que o dobro dos outros.
43
4.3.2.6 Relés NA e NF
Ainda com relação a diversos módulos de potência, os relés podem ser
divididos da seguinte forma: aqueles que possuem contatos de carga NF
(Normalmente Fechados), e aqueles que possuem contatos NA (Normalmente
Abertos) sempre quando desenergisados.
Os relés com contatos NF são utilizados para o comando individual de
luminárias, e os relés NA são utilizados normalmente para comandar as
bobinas das Chaves de IP.
4.3.3 Modo de Falha do Relé Fotoelétrico
Outro ponto que deve ser esclarecido antes da compra pelo usuário, é a
condição na qual permanecem os contatos em caso de falha do próprio relé, ou
seja, se os contatos permanecem fechados ou abertos no caso de ocorrência
de qualquer defeito no próprio relé. O relé pode ter dois modos de falha:
Falha em Aberto (“Fail Off”): neste caso os relés, sejam eles térmicos,
magnéticos ou eletrônicos, e que possuem contatos mecânicos, ficam
abertos em caso de falha do relé, o que significa que a lâmpada
comandada, ficará apagada dia e noite.
Falha em Fechado (“Fail On”): neste caso a lâmpada comandada ficará
acesa dia e noite.
A nomenclatura "Normalmente Aberto" e respectiva sigla NA, devem ser
somente utilizadas para relés que não comandam diretamente a lâmpada, mas
sim a bobina de uma Chave de Iluminação Pública, que por sua vez, possui
seus contatos para comutar a carga NF. O relé NA não comuta diretamente
uma lâmpada, mas sim a bobina da chave magnética de IP.
O modo de falha do relé é um importante item da especificação, e deve
ser bem definido pelo operador de IP qual o modo de falha que deseja, isto é,
se as lâmpadas permanecerão acesas dia e noite no caso de falha do relé, ou
apagadas também dia e noite.
44
Como a concessionária faz a cobrança da conta de energia relativa à
iluminação pública baseada num tempo de funcionamento das lâmpadas de 12
horas por noite, sem efetuar medição, conclui-se que relés “Fail Off” beneficiam
a concessionária, que estará cobrando tarifa de energia mesmo com as
lâmpadas apagadas. Já os relés “Fail On” são melhores para a prefeitura, que
não vai pagar pela energia consumida pela lâmpada durante o dia, e para os
cidadãos, que não encontrarão lâmpadas apagadas durante a noite por motivo
de falha do relé.
Mas o melhor para todos é que o relé fotoelétrico esteja em perfeito
funcionamento para fazer o comando da iluminação sem prejuízo a nenhuma
das partes.
4.3.4 Base para Relé
A base ou tomada para relé é um equipamento auxiliar usado para o
simples encaixe dos terminais do relé. Pode ser avulsa, como mostra a Figura
11, incorporada ao reator ou incorporada à luminária.
Figura 11 – Base ou tomada avulsa para relé fotoelétrico.
4.4 Luminárias
Outro equipamento que sempre está presente num ponto de iluminação
pública é a luminária. Ela tem a função de abrigar a lâmpada, para protegê-la
contra variações do clima e vandalismo. Também refletem a luz da lâmpada no
sentido do solo, de modo a proporcionar maior luminosidade no ambiente onde
estiver instalada.
Existem vários fatores que devem ser considerados na especificação e
compra de luminárias para iluminação pública. Dentre eles os mais importantes
45
são: corpo refletor, porta-lâmpada, fechamento, alojamento para equipamentos
auxiliares e tomada para relé. Serão vistos detalhadamente cada um deles.
4.4.1 Corpo Refletor
São chamadas de luminárias reflexivas aquelas que possuem corpo
refletor interno. Os refletores podem utilizar o alumínio polido e anodizado,
revestimento com película de prata ou uma camada vitrificada, materiais que
normalmente são importados da Alemanha ou EUA.
Dado que no custo do material estão incluídos os custos de importação
e transporte, uma luminária reflexiva de alta qualidade custa cerca de cinco a
dez vezes mais do que as luminárias comuns feitas de aço pintado. No entanto,
o uso da luminária reflexiva pode incrementar de uma maneira global a
eficiência das instalações em cerca de 30 a 50%, permitindo o uso de menos
lâmpadas e reatores, com uma emissão equivalente de luz.
O uso de luminárias reflexivas está crescendo no Brasil devido ao alto
custo da eletricidade, tentativas de aprimoramento dos sistemas de iluminação
e crescente divulgação desta medida de eficiência. Apesar disso, a adoção
destas luminárias é limitada principalmente pelo seu alto custo, o qual se deve
em parte à importação do material utilizado na fabricação delas.
Embora o Brasil seja um grande produtor e exportador de alumínio, o
alumínio de alta qualidade, com mais de 99,9 % de pureza, necessário para um
bom refletor especular não é produzido no Brasil. Produtores de alumínio estão
produzindo refletores de diversos tipos, porém a sua qualidade ainda deixa a
desejar quando comparada com os refletores importados. [Fonte: COSTA,
Gilberto José Corrêa; Iluminação Econômica – Cálculo e Avaliação].
4.4.2 Porta-lâmpadas
É chamada de porta-lâmpada ou soquete a parte da luminária onde a
lâmpada é rosqueada. Geralmente é revestido externamente com porcelana,
que serve para isolar a região onde é encaixada a lâmpada das demais partes
46
da luminária e proteger as pessoas que manuseiam o equipamento.
Internamente possui corpo de metal não-ferroso, como latão ou bronze, com
rosca, local onde a lâmpada é instalada e submetida a uma tensão, necessária
ao seu funcionamento.
O importante para a confecção do projeto Reluz é saber que nas
luminárias para iluminação pública existem dois tipos de soquete, o E-27, de
tamanho menor, e o E-40, de tamanho maior. A simbologia “E” é uma
homenagem a Thomas Alva Edison (1847-1931), inventor da lâmpada elétrica.
Num projeto Reluz no qual se deseja instalar novas lâmpadas e
aproveitar as luminárias existentes, deve-se certificar que a rosca das novas
lâmpadas é adequada ao soquete das luminárias já instaladas. Quando não se
tem a informação de qual é o soquete da luminária existente, padronizações
usadas por fabricantes, que escolhem os tipos de soquete de acordo com a
potência das lâmpadas, têm facilitado o trabalho dos projetistas. Neste caso
basta saber qual é o tipo e potência da lâmpada existente. Por exemplo,
lâmpadas Vapor de Mercúrio 80W possuem sempre rosca do tipo E-27.
4.4.3 Fechamento
Hoje se encontram no mercado luminárias para iluminação pública com
basicamente três tipos de fechamento: a aberta, fechada com tela e fechada
com difusor. Cada uma delas tem aspectos técnico-econômicos particulares,
que vamos resumir a seguir.
As luminárias abertas não possuem, em sua parte inferior, nenhum
material que proteja a lâmpada da ação do tempo e de vândalos. Ela é o tipo
mais barato encontrado no mercado, mas a lâmpada instalada nela tende a ter
menor vida útil quando comparada à lâmpadas instaladas em luminárias
fechadas, devido principalmente às variações climáticas.
Já as luminárias fechadas com tela, que geralmente é metálica, têm um
custo um pouco mais elevado comparando com as luminárias abertas. Sua
vantagem é que a tela protege a lâmpada contra a ação de vândalos. Porém a
lâmpada continua sofrendo com a variação da temperatura ambiente, sendo
47
que em condições normais sua vida útil não será muito diferente da vida útil
das lâmpadas instaladas em luminárias abertas.
Por último existem as luminárias fechadas com difusor, que podem ser
materiais comuns ou refratores (ver Figura 12). Nos casos de materiais
comuns, as lâmpadas tendem a ter maior vida útil, pois além estarem
protegidas contra a ação de vândalos, não há grandes variações de
temperatura ou risco de umidade no interior da luminária, dependendo, é claro,
de seu grau de proteção IP.
Quando o fechamento é feito com material refrator, além das vantagens
já citadas, a distribuição da luz é melhor. Isto ocorre devido às propriedades
físicas do material, que refrata em diversas direções a luz que recebe da
lâmpada, fazendo com que a área iluminada sob o poste seja maior. Encontra-
se hoje no mercado refratores de policarbonato, vidro temperado e acrílico.
Para saber qual é o melhor fechamento dentre os citados, é preciso
utilizar softwares específicos, que apresentam a distribuição fotométrica da luz
de acordo com as características de cada fechamento. É recomendado o uso
de material totalmente translúcido para que a luz na seja retida no fechamento.
Figura 12 – Luminária Pública Fechada com Policarbonato.
4.4.4 Outras Características
Além das características principais das luminárias, que já foram citadas
acima, é possível ainda notar mais alguns detalhes. Existem luminárias que
possuem tomada para relé e alojamento para equipamentos auxiliares.
Na maioria dos pontos de iluminação pública encontramos o relé
instalado no topo do reator, e ambos externos à luminária, junto ao poste.
Porém é possível também instalar o relé na própria luminária, que deve
possuir, neste caso, uma tomada ou base para relé, localizada em sua parte
superior. Obviamente o custo de tal luminária será mais alto.
48
No caso do alojamento, trata-se de um compartimento onde é possível
instalar equipamentos auxiliares, como reatores e ignitores. Um exemplo de
aplicação é a instalação de um reator interno, que ficará protegido dentro da
luminária. A vantagem é que o grau de proteção IP deste reator não precisa ser
tão alto quanto o de um reator externo (que exige IP-65), o que certamente
diminui os seus custos. Porém a luminária com esta característica é mais cara
que a comum, fazendo-se necessário colocar lado a lado os dois tipos de
instalação para que seja definido qual é a mais vantajosa.
Este é apenas um exemplo de uma variável, que vai exigir cálculos e
ponderações do projetista, dentre as muitas que são encontradas durante a
elaboração de um projeto de eficiência para iluminação pública.
4.5 Braços
Os braços são usados na iluminação pública para que a luminária seja
projetada um pouco à frente do poste, de modo que a luz seja mais bem
distribuída. Caso os braços não fossem utilizados, como era feito a algumas
décadas, grande parte da luz emitida pela lâmpada seria desperdiçada
iluminando uma face do poste.
Os braços podem ser fixados nos postes de duas maneiras, dependendo
do tipo de poste. Se o poste for circular, a fixação é feita através de uma cinta
metálica que fica abraçada ao poste. Para postes em formato quadrado, a
fixação é feita através de parafusos e outras ferragens. Há também luminárias
que são instaladas diretamente nos postes, não necessitando de braços.
Para saber o comprimento ideal e inclinação dos braços, devem-se
seguir as normas da ABNT, que foram feitas para otimizar a distribuição da luz.
No caso deste trabalho serão utilizadas normas da COPEL, visto que estas são
baseadas naquelas. A norma COPEL que trata de braços para iluminação
pública é a NTC 0044.
Segundo a norma citada, os braços devem ser adequados para operar a
uma altitude de até 1000 metros, em clima tropical com temperatura ambiente
de -5°C até 40°C, média diária não superior a 35°C, umidade relativa de até
49
100%, precipitação pluviométrica média anual de 1500 a 3000 milímetros,
sendo que ficarão expostos ao sol, à chuva e à poeira.
Quanto ao acabamento, devem ser isentos de rebarbas, cantos vivos,
achatamento de seções ou outros defeitos incompatíveis com o seu uso. A
zincagem deve ser feita após a fabricação, furação, soldagem e identificação
da base. Quanto ao aspecto visual, as partes zincadas devem estar isentas de
áreas não revestidas e irregularidades tais como inclusões de fluxo de borras
ou outros defeitos. A zincagem deve ser executada por imersão a quente,
conforme a NBR 6323, sendo que a espessura exigida da camada de zinco
varia de 54 a 86 μm.
Por norma, os braços de iluminação pública são classificados em 3 tipos:
BR-01, BR-02 e BR 03. O tipo BR-01 tem 1 metro de comprimento e diâmetro
externo do tubo de 25 a 26,5 mm, e é usado quando as lâmpadas são VSAP
70W. O tipo BR-02 tem 3 metros de comprimento e diâmetro externo do tubo
de 45 a 49 mm, usado quando as lâmpadas são VSAP de 100 a 250W. O tipo
BR-03 tem 3 metros de comprimento e diâmetro externo do tubo de 59 a 62
mm, usado quando as lâmpadas são VSAP a partir de 400W. A Figura 13
exemplifica um ponto de iluminação pública comum, utilizando braço BR-02.
Figura 13 – Exemplo de montagem utilizando Braço BR-02.
50
4.6 Cabos e Ferragens
Para fazer a conexão elétrica entre os diversos equipamentos citados, é
recomendado o uso de cabo de cobre com dupla isolação em XLPE, bitola de
2,5 mm², para todos os tipos e potências de lâmpadas. Aplicações demonstram
que o cobre é um material de mais fácil manuseio quando comparado com o
alumínio, exigindo menos ferramentas especiais, além de ser mais resistente à
corrosão.
Dentre as ferragens necessárias podem ser citados parafusos, arruelas,
porcas, terminais, conectores, fita isolante entre outros.
5. APLICAÇÃO DO PROJETO RELUZ
A partir desta seção será feita uma simulação de aplicação do projeto
Reluz à cidade de Paranaguá, localizada na região litorânea do estado do
Paraná. O motivo da escolha da cidade baseia-se no fato de, após algumas
simulações do Reluz em 6 (seis) diferentes cidades do Paraná, Paranaguá ter
apresentado os resultados mais satisfatórios. Também porque se trata de uma
cidade portuária, necessitando de uma boa iluminação durante à noite, além de
ter posição de destaque no estado do Paraná.
Esta simulação segue rigorosamente o Manual de Instruções do Procel
Reluz, que pode ser encontrado no site do Procel, no formato eletrônico, ou ser
solicitado junto à Eletrobrás, na forma de cartilha impressa.
O objetivo desta aplicação é reduzir o consumo de energia elétrica e
melhorar a qualidade da iluminação pública da cidade de Paranaguá. Para isto,
compreenderá a eficientização de 9.447 pontos de iluminação pública,
abrangendo a substituição de lâmpadas, luminárias, reatores, relés e cabos. A
Tabela 5 mostra as substituições recomendadas pela Eletrobrás para sistemas
de iluminação pública.
Tabela 5– Alternativas de Substituição de Lâmpadas.
51
Lâmpada Existente Alternativa de
Lâmpada Eficiente
2 x Fluorescentes de 40W VSAP 70W
Fluorescente 110W VSAP 70W
Halógena 400W VSAP 150W
Halógena 500W VSAP 150W
Halógena 1000W VSAP 250W
Halógena 1500W VSAP 400W
Incandescente 100W a 300W VSAP 70W
Incandescente 500W VSAP 100W
Incandescente 1000W VSAP 150W
Mista 160W VSAP 70W
Mista 250W VSAP 70W
Mista 500W VSAP 150W
VM 80W VSAP 70W
VM 125W VSAP 100W
VM 250W VSAP 150W
VM 400W VSAP 250W
VM 700W VSAP 400W
VSAP 350W/360W VSAP 400W
5.1 Diagnóstico da Situação Atual
Para elaborar este projeto foi solicitado à concessionária de energia
local, a COPEL, o cadastro dos tipos e quantidades de lâmpadas e reatores
existentes na iluminação pública do município de Paranaguá, além das
potências consumidas por cada equipamento. O conteúdo deste cadastro foi
repassado à Tabela 6 a seguir:
Tabela 6 – Quantidades e Potências das lâmpadas existentes em Paranaguá.
LÂMPADA PERDAS NO REATOR(W)
POTÊNCIA TOTAL(W) QUANTIDADE
VM 80W 11 91 1543
VM 125W 14 139 7696
VM 250W 20 270 182
VM 400W 26 426 26
VSAP 70W 14 84 527
VSAP 250W 28 278 2663
VSAP 350W/360W intercambiável
34 394 1867
VSAP 400W 40 440 69
VSAP 400W c/ redutor 21,25% 40 346,5 16
52
TOTAL - - 14.589
Como recomenda o Manual do Procel Reluz, as lâmpadas VSAP 70W,
250W e 400W devem ser mantidas.
Porém, percebe-se que existem ao todo 9.447 pontos que ainda utilizam
lâmpadas a Vapor de Mercúrio, que têm baixa eficiência e vida útil quando
comparadas com lâmpadas VSAP. Segundo o Manual do Procel reluz
recomenda-se a substituição de todas estas lâmpadas. É através da
substituição delas, e somente delas, que se pretende conseguir a melhor
relação benefício/custo para o projeto.
As lâmpadas VSAP 350W/360W intercambiáveis são feitas para
funcionarem com reatores de lâmpadas a Vapor de Mercúrio, numa tentativa
de aproveitar os reatores já instalados nas cidades. Porém seu rendimento se
verificou não satisfatório, e o Manual do Procel recomenda sua substituição por
lâmpadas VSAP 400W.
No entanto, o projeto não precisa contemplar todas as substituições
recomendadas pelo Manual para ser aprovado. Devido ao fato de esta
substituição aumentar em 50W a potência instalada por ponto, optou-se por
não substituir estas lâmpadas. Em caso contrário o projeto tornar-se-ia inviável.
5.2 Descrição e Detalhamento
Sabe-se que o projeto para Paranaguá compreende a melhoria de 9.447
pontos de iluminação pública. A seguir estão detalhados quais equipamentos
devem ser retirados e instalados nestes pontos:
Substituição de lâmpadas Vapor de Mercúrio 80W por lâmpadas
Vapor de Sódio 70W
Conforme levantamento da COPEL, existem atualmente no município de
Paranaguá 1.543 lâmpadas do tipo Vapor de Mercúrio de 80W. O projeto
prevê a substituição de todo o conjunto luminotécnico nestes casos.
Detalhando, devem ser instaladas 1.543 novas lâmpadas do tipo Vapor
de Sódio 70W e igual número de novos reatores para este tipo de
53
lâmpada. Além disso, está prevista uma nova luminária, um relé e 1
metro de cabo de cobre flexível com isolação de 0,6/1kV, bitola 2,5mm²
para cada ponto luminoso. Sugere-se a utilização de 1 metro de cabo
para cada ponto por segurança, caso seja necessária substituição. A
probabilidade maior é de que os cabos atuais sejam mantidos. As
características técnicas destes materiais são mostradas na Tabela 7.
Substituição de lâmpadas Vapor de Mercúrio 125W por lâmpadas
Vapor de Sódio 100W
Existem atualmente em Paranaguá 7.696 lâmpadas do tipo Vapor de
Mercúrio 125W. Todas elas devem ser substituídas por lâmpadas Vapor
de Sódio 100W e por conseqüência devem ser instalados 7.696 novos
reatores e relés fotoelétricos. Como a base das lâmpadas VM 125W é E-
27 e a base das lâmpadas VSAP 100W é E-40, é necessária uma nova
luminária para cada ponto, totalizando 7.696 luminárias. Está previsto
ainda 1 metro de cabo de cobre 0,6/1kV, bitola 2,5mm² para cada ponto.
As características técnicas destes materiais são mostradas na Tabela 7.
Substituição de lâmpadas Vapor de Mercúrio 250W e lâmpadas
Mistas 500W por lâmpadas Vapor de Sódio 150W
Existem atualmente na Iluminação Pública de Paranaguá 182 lâmpadas
do tipo Vapor de Mercúrio 250W. Propõe-se a substituição por lâmpadas
Vapor de Sódio 150W nestes casos. Logo sugere-se a compra de 182
novas lâmpadas VSAP 150W, 182 novos reatores e relés. Está previsto
ainda, por segurança, 1 metro de cabo de cobre 0,6/1kV, bitola 2,5mm²
para cada ponto. As luminárias existentes devem ser mantidas. As
características técnicas destes materiais são mostradas na Tabela 7.
Substituição de lâmpadas Vapor de Mercúrio 400W por lâmpadas
Vapor de Sódio 250W
Existem atualmente na Iluminação Pública de Paranaguá 26 lâmpadas
do tipo Vapor de Mercúrio 400W. Todas elas devem ser substituídas por
lâmpadas Vapor de Sódio 250W. Devem também ser substituídos
reatores e relés, adequando-se às novas lâmpadas. Também está
54
previsto 1 metro de cabo de cobre flexível com isolação de 0,6/1kV,
bitola 2,5 mm² para cada ponto. As luminárias existentes devem ser
mantidas. As características técnicas destes materiais são mostradas na
Tabela 7.
5.3 Características dos novos materiais
A Tabela 7 apresenta as características técnicas apresentadas pelos
materiais e equipamentos a serem utilizados no Projeto de Melhoria da
Iluminação Pública do Município de Paranaguá. Os fabricantes e modelos
citados servem apenas como referência. A prefeitura ou a empreiteira
responsável pela execução do projeto poderá recorrer a outros fabricantes,
desde que as características técnicas dos materiais sejam iguais ou superiores
às apresentadas nos equipamentos abaixo.
Tabela 7 – Características Técnicas dos novos Equipamentos.
EQUIPAMENTOS
Lâmpadas
Descrição Fabricante Modelo / Tipo Fluxo
Luminoso
Lâmpada VSAP 70W (tubular) E27 Philips SONT 70W-PLUS 6.600 lm
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) E40 Philips SON 100W-PLUS 10.200 lm
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) E40 Philips SON 150W-E 14.500 lm
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) E40 Golden Plus Leitosa LVSE 250 26.000 lm
Reatores com Ignitores e Bases
Descrição Fabricante Modelo / Tipo Perdas
Máximas (W)
Reator RES-70 com base para Relé QS Componentes RVSE 70A226-IG-ZN-CB 15
Reator RES-100 com base para Relé QS Componentes RVSE 100A226-IG-ZN-CB 17
Reator RES-150 com base para Relé QS Componentes RVSE 150A226-IG-ZN-CB 22
Reator RES-250 com base para Relé QS Componentes RVSE 250A226-IG-ZN-CB 31
Descrição Fabricante Modelo / Tipo Grau de Proteção
Luminárias
Luminária Fechada para VSAP 70W Hidrowats HW 25 IP-65
55
Luminária Fechada para VSAP 100W Hidrowats HW 25 IP-65
Relés Fotoelétricos
Relé Fotoeletrônico Ilumatic RE-98 PLUS - Zeus IP-67
Outros Equipamentos
Cabo de cobre 2,5mm2 Conduspar Flexível 0,6/1kV -
Observações:
1. Todos os equipamentos que utilizam energia elétrica operam na tensão
de 220V e freqüência de 60 Hz, valores utilizados em Paranaguá.
2. Os fluxos luminosos apresentados pelas lâmpadas do quadro acima,
que serão empregadas no projeto, são sempre iguais ou maiores aos
fluxos luminosos propostos pelo Manual do Procel Reluz. Portanto o
nível de luminosidade na cidade será melhorado.
3. Os reatores utilizados na simulação são eletromagnéticos, externos, da
marca QS Componentes, para lâmpadas Vapor de Sódio. Possuem
ignitor incorporado e base para relé. Possuem alto fator de potência,
igual a 0,92, e selo Procel de economia de energia, conforme consta nos
anexos deste trabalho. A nomenclatura RES-70 significa reator externo
para lâmpadas a vapor de sódio 70W, e assim por diante para as
demais potências.
4. Novas luminárias devem ser utilizadas somente para as lâmpadas VSAP
70W e VSAP 100W, pois em caso contrário a relação benefício/custo do
projeto seria menor do que 1, ou sja, o projeto não seria viável. Essas
luminárias são fabricadas com bocais E-27 ou E-40, fixação tipo encaixe
para braços de 27 a 33 mm de diâmetro externo. Possuem corpo refletor
de alumínio estampado e fechamento com policarbonato. A referência é
o fabricante Hidrowats, modelo HW 25, com grau de proteção IP 65,
atendendo à norma técnica NBR 15.129, que exige no mínimo IP 55.
5. Os relés fotoelétricos são eletrônicos e têm vida útil de no mínimo
10.000 operações. Ligam a lâmpada quando a iluminância ambiente
está entre 10 e 15 lux e desligam quando a iluminância chega perto dos
25 lux.
6. Caso seja necessária a utilização de novos cabos, estes devem ser de
cobre, com 2,5 mm² de diâmetro, isolação de 0,6/1kV, flexíveis e de uso
externo.
56
7. Para informações mais detalhadas sobre todos os equipamentos
sugeridos, consultar catálogos nos anexo deste trabalho.
5.4 Cálculo dos Resultados Esperados
Para se obter o valor total de energia que será economizado com a
aplicação do projeto, é preciso saber o tempo de funcionamento das lâmpadas,
por dia, e também a potência consumida pelos equipamentos a serem
instalados. Nos tópicos a seguir está demonstrado como encontrar estes
valores.
5.4.1 Tempo de Funcionamento
Não existem para a iluminação pública de Paranaguá aparelhos que
medem o consumo de energia. Portanto, a COPEL considera que cada
lâmpada funciona 12 horas por dia, para efeitos de cobrança da conta junto à
prefeitura. O cálculo do tempo de funcionamento de cada lâmpada, por ano, é
feito da seguinte maneira:
12 horas/dia x 365 dias/ano = 4.380 horas/ano (equação 3)
Portanto, para efeitos de cálculo, cada conjunto de lâmpada e reator fica
ligado durante 4.380 horas por ano.
5.4.2 Nova Potência Instalada
É necessário saber também qual a potência consumida pelos novos
equipamentos. Estes valores estão na Tabela 8, que foi montada a partir de
informações contidas nos catálogos dos fabricantes.
Tabela 8 – Potências consumidas pelos novos Equipamentos.
Potências Consumidas
Descrição Potência da Lâmpada Perdas no Reator Potência Total Consumida
Lâmpada VSAP 70W + Reator 70W 70W 15W 85W
Lâmpada VSAP 100W + Reator 100W 100W 17W 117W
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Lâmpada VSAP 150W + Reator 150W 147W 22W 169W
Lâmpada VSAP 250W + Reator 250W 250W 31W 281W
5.5 Método de Cálculo dos Resultados Esperados
De posse das informações supracitadas, é possível calcular os
resultados esperados para o projeto, de acordo com as equações abaixo. A
equação 4 mostra o cálculo da redução de demanda prevista, enquanto a
equação 5 mostra o cálculo da energia a ser economizada em 1 ano.
(equação 4)
(equação 5)
onde:
RD = Redução de Demanda (kW)
EE = Energia Economizada (MW.hora/ano)
NL1 = quantidade de lâmpadas do sistema existente
NL2 = quantidade de lâmpadas do sistema proposto
PL1 = potência da lâmpada do sistema existente (W)
PL2 = potência da lâmpada do sistema proposto (W)
NR1 = quantidade de reatores do sistema existente
NR2 = quantidade de reatores do sistema proposto
PR1 = potência do reator do sistema existente (W)
PR2 = potência do reator do sistema proposto (W)
t = tempo de utilização das lâmpadas no ano, que é de 4.380 horas.
A Tabela 9 mostra o resultado da aplicação das equações 3, 4 e 5. Está
feita a comparação entre sistema existente e sistema proposto para
Paranaguá, destacando a redução da demanda e a conseqüente economia de
energia no período de 1 ano.
58
Tabela 9 – Cálculo dos Resultados esperados.
SISTEMA EXISTENTE
TOTAL Tipo de lâmpada
VM 80W
VM 125W
VM 250W
VM 400W
Quantidade 1.543 7.696 182 26 9.447
Potência (lâmpada + reator) 91 139 270 426 -
Potência Instalada (kW) 140,41 1.069,74 49,14 11,08 1.270,37
Energia Consumida (MWh/ano) 615,01 4.685,48 215,23 48,51 5.564,23
SISTEMA PROPOSTO
TOTAL Tipo de lâmpada
VSAP 70W
VSAP 100W
VSAP 150W
VSAP 250W
Quantidade 1.543 7.696 182 26 9.447
Potência (lâmpada + reator) 85 117 169 281 -
Potência Instalada (kW) 131,16 900,43 30,76 7,31 1.069,65
Energia Consumida (MWh/ano) 574,46 3.943,89 134,72 32,00 4.685,07
RESULTADOS ESPERADOS TOTAL
Redução de Demanda (kW) 9,26 169,31 18,38 3,77 200,72
Energia Conservada (MWh/ano) 40,55 741,59 80,51 16,51 879,16
Conforme as trocas detalhadas na Tabela 9, a redução de demanda é
de 200,72 kW e a energia economizada será 879,16 MWh/ano.
5.6 Método de Cálculo da Relação Benefício / Custo (RBC)
Para que o financiamento de um projeto de melhoria seja concretizado, é
necessário que ele seja avaliado pela concessionária, neste caso a COPEL, e
pela Eletrobrás.
Segundo o Manual de Instruções do Procel Reluz, para que o projeto de
melhoria seja considerado viável, sua RBC deve ser maior que a unidade.
Para atingir tal objetivo, segundo recomendações do mesmo manual,
não serão considerados no cálculo da RBC os valores referentes às reduções
de demanda e consumo, bem como os custos dos materiais, mão-de-obra,
transporte e custos indiretos agregados a trocas de lâmpadas VM 80W por
VSAP 70W. Isto se deve à pequena redução de potência apresentada neste
tipo de substituição, que gira em torno de 6W, incluindo as perdas nos reatores,
59
fazendo com que a inclusão dessas substituições no cálculo da RBC inviabilize
o projeto economicamente.
Em paralelo será feito o cálculo da RBC considerando estas
substituições, para que no final seja possível fazer uma comparação.
A relação benefício/custo dos projetos de melhoria é determinada,
considerando-se:
a) como benefício, a redução de demanda e a energia anual
economizada;
b) como custo, o investimento total anualizado, de acordo com a vida útil
de cada equipamento a ser instalado.
Assim, a relação benefício/custo será dada pela expressão:
K
RDxCUEPEExCUEERBC
(equação 6)
onde:
EE = Energia economizada [MWh/ano];
CUEE= Custo unitário evitado de energia [R$/MWh];
RD = Redução de demanda [kW];
CUEP= Custo unitário evitado de potência [R$/kW.ano].
K = Investimento total anualizado.
Nos itens a seguir será calculada cada uma destas incógnitas de duas
maneiras. Primeiro considerando as trocas de VM 80W por VSAP 70W
(lâmpadas de baixa potência), e depois desconsiderando tais trocas.
5.6.1 Redução de Demanda e Energia Conservada
Os valores de RD e EE considerando trocas de lâmpadas de baixa
potência já foram calculados na Tabela 9.
A Tabela 10 é usada para determinar RD e EE sem considerar trocas de
VM 80W por VSAP 70W.
60
Tabela 10 – Sistema Atual x Sistema Proposto, excluindo trocas de VM 80W por VSAP
70W.
SISTEMA ATUAL
TOTAL Tipo de lâmpada
VM 125W
VM 250W
VM 400W
Quantidade 7.696 182 26 7.904
Potência (lâmpada + reator) 139 270 426 -
Potência Instalada (kW) 1.069,74 49,14 11,08 1.129,96
Energia Consumida (MWh/ano) 4.685,48 215,23 48,51 4.949,22
SISTEMA PROPOSTO
TOTAL Tipo de lâmpada
VSAP 100W
VSAP 150W
VSAP 250W
Quantidade 7.696 182 26 7.904
Potência (lâmpada + reator) 117 169 281 -
Potência Instalada (kW) 900,43 30,76 7,31 938,50
Energia Consumida (MWh/ano) 3.943,89 134,72 32,00 4.110,61
RESULTADOS ESPERADOS TOTAL
Redução de Demanda (kW) 169,31 18,38 3,77 191,46
Energia Conservada (MWh/ano) 741,59 80,51 16,51 838,61
Percebe-se que a redução de demanda é de 191,46 kW e a energia
conservada de 838,61 kW. Para chegar a esses valores foram utilizadas as
equações 4 e 5, respectivamente. Estes não são os valores reais previstos
para o projeto, servem apenas para o cálculo da RBC, como determina a
Eletrobrás.
5.6.2 Cálculo de CUEE e CUEP
Para efetuar o cálculo dos custos unitários evitados de energia (CUEE) e
potência (CUEP), deve-se utilizar a metodologia apresentada no “Manual para
Elaboração do Programa Anual de Combate ao Desperdício de Energia
Elétrica” elaborado pela ANEEL. Este manual completo pode ser encontrado no
site da ANEEL.
O cálculo destes valores é feito pela concessionária de energia, de
acordo com as tarifas vigentes. A COPEL utilizou valores de tarifas de
fornecimento de energia elétrica conforme Resolução ANEEL n° 345, de 20 de
61
junho de 2006. A tarifa usada para iluminação pública é a B4. Mais
especificamente no caso de Paranaguá é utilizada a B4a, pois a entrega de
energia pela concessionária é feita na rede de distribuição, ficando com a
prefeitura a responsabilidade de operação e manutenção do sistema. Também
foi adotado pela COPEL um fator de carga igual a 0,7 e índices de perdas de
potência (IpBT) e energia (leBT) na baixa tensão, de 20% e 8%,
respectivamente.
Com estes dados, os valores de CUEE e CUEP encontrados foram
133,13 R$/MWh e R$ 488,46 R$/kW.ano, respectivamente. Estes valores
podem ser usados para os dois cálculos da RBC, considerando e não as
substituições de lâmpadas de baixa potência.
5.6.3 Investimento total anualizado – K
O investimento anualizado do projeto é composto pelo somatório dos
investimentos anualizados correspondentes a cada equipamento,
considerando-se sua respectiva vida útil, segundo metodologia descrita a
seguir:
K = CA (equação 7)
Onde:
K = Investimento Total Anualizado;
CA = custo anualizado para cada tipo de equipamento, sendo:
CA = FRC x CPE x QE (equação 8)
onde:
FRC = fator de recuperação de capital.
CPE = custo do equipamento acrescido da parcela correspondente a
outros custos diretos (exceto materiais) e custos indiretos.
QE = quantidade de equipamentos.
62
5.6.3.1 Cálculo do FRC
A equação para cálculo do FRC é a seguinte:
1)1(
)1(),( n
n
nii
iiFRC
(equação 9)
onde:
n = vida útil esperada de cada equipamento, em anos
(n = vida útil (h) / 4.380 h/ano);
i = taxa de desconto: 12% a.a..
O valor da taxa de desconto está fixado no Manual de instruções do
Reluz. A vida útil dos equipamentos foi consultada nos catálogos dos
fabricantes e repassada à Tabela 11.
Tabela 11 – Vida Útil dos novos Equipamentos.
Equipamento Vida Útil (anos)
Fabricante
Lâmpada VSAP 70W (tubular) 7,31 Philips
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 7,31 Philips
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 5,48 Philips
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 5,48 Golden Plus
Reatores c/ Ignitores e Bases 10 QS Componentes
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 13,6 Ilumatic
Luminárias Fechadas 20 Hidrowats
Cabos de Cobre 20 Conduspar
Os catálogos podem ser consultados nos anexos deste trabalho. Nos
casos em que o fabricante não especificou a vida útil do equipamento, foi
utilizado o valor constante no Manual do Reluz. Para o relé fotoelétrico são
consideradas duas operações liga/desliga ao dia. Como sua vida útil é de no
mínimo 10.000 operações, temos aproximadamente 13,6 anos de vida útil
mínima para este equipamento.
63
De posse dos valores de vida útil de todos os equipamentos, basta
aplica-los na equação 9, para encontrar o FRC de cada um deles. Os valores
obtidos estão na Tabela 12.
Tabela 12 – Valores de FRC por equipamento.
Equipamento FRC
Lâmpada VSAP 70W (tubular) 0,21
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 0,21
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 0,26
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 0,26
Reator RES-70 0,18
Reator RES-100 0,18
Reator RES-150 0,18
Reator RES-250 0,18
Luminária Fechada para VSAP 70W 0,13
Luminária Fechada para VSAP 100W 0,13
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 0,15
Cabos 0,13
5.6.3.2 Cálculo do CPE
O CPE é o custo do equipamento acrescido da parcela correspondente a
outros custos diretos (exceto materiais) e custos indiretos, calculado pela
equação 10.
xCECM
CDIOCDCECPE
(equação 10)
onde,
CE = Custo do equipamento;
OCD = Soma dos outros custos diretos, excluindo os de materiais;
CDI = Soma dos custos indiretos;
CM = Custo total de materiais.
5.6.3.2.1 CPE considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W.
64
Através da tabela 13 é possível encontrar esses valores considerando as
trocas de lâmpadas de baixa potência.
Tabela 13 – Orçamento total do Projeto.
Descrição Quantidade Preço
Unitário (R$)
Total (R$)
CUSTOS DIRETOS
MATERIAIS
Lâmpadas
Lâmpada VSAP 70W (tubular) 1.543 15,14 23.362,56
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 7.696 20,87 160.646,30
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 182 23,70 4.313,13
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 26 17,75 461,37
Subtotal - Lâmpadas 9.447 - 188.783,36
Reatores c/ Ignitores
Reator RES-70 1.543 37,47 57.823,15
Reator RES-100 7.696 39,38 303.030,00
Reator RES-150 182 50,43 9.178,53
Reator RES-250 26 59,63 1.550,37
Subtotal - Reatores 9.447 - 371.582,05
Luminárias
Luminária Fechada para VSAP 70W 1.543 45,15 69.666,45
Luminária Fechada para VSAP 100W 7.696 45,15 347.474,40
Subtotal - Luminárias 9.239 - 417.140,85
Relés Fotoelétricos e Bases
Relé Fotoelétrico Eletrônico 9.447 13,20 124.700,40
65
Subtotal - Relés 9.447 - 124.700,40
Outros Equipamentos
Fio/Cabo 2,5mm² (em metros) 9447,00 0,77 7.241,13
Subtotal - Outros Equipamentos 9.447 - 7.241,13
Subtotal - Materiais - - 1.109.447,79
MÃO DE OBRA
Própria 9.447 15,00 141.705,00
Contratada
Subtotal - Mão de Obra - - 141.705,00
TRANSPORTE
Próprio 60.000,00
Contratado
Subtotal - Transporte - - 60.000,00
Total - Custos Diretos - - 1.311.152,79
CUSTOS INDIRETOS
Engenharia, Projeto e Consultoria 60.000,00
Administração, Acompanhamento e Fiscalização
70.000,00
Recadastramento 20.000,00
Descarte de Materiais Nocivos 9.447 0,49 4.629,03
Total - Custos Indiretos - - 154.629,03
TOTAL GERAL 1.465.781,82
Da tabela 13, conclui-se que:
Custo total de materiais:
CM = R$ 1.109.447,79
Soma dos outros custos diretos, excluindo os de materiais:
OCD = (Custos diretos) – (Custos de Materiais)
OCD = R$ 1.311.152,79 – R$ 1.109.447,79 = R$ 201.705,00
Soma dos custos indiretos:
CDI = R$ 154.629,03
Os custos dos materiais foram obtidos através de cotações fornecidas
pelos fabricantes. O valor da mão-de-obra é o mesmo usado por uma
empreiteira responsável por parte da manutenção do sistema de iluminação
pública da cidade de Curitiba.
Para o descarte de materiais nocivos, foi feita uma cotação com a
empresa Mega Reciclagem, que cobra o valor de R$ 0,49 pela reciclagem de
cada lâmpada Vapor de Mercúrio. Esta cotação pode ser encontrada nos
anexos do trabalho. Os valores relativos aos outros custos indiretos
66
(engenharia, fiscalização etc.) e ao transporte estão explicados no item
Orçamento.
Voltando ao cálculo do CPE, conforme equação 10, agora que já são
conhecidos todos os dados necessários, encontram-se os valores da Tabela
14, relativos a cada equipamento.
Tabela 14 – Valores de CPE considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W.
Equipamento CPE
Lâmpada VSAP 70W (tubular) 20,00
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 27,58
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 31,31
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 23,44
Reator RES-70 49,51
Reator RES-100 52,02
Reator RES-150 66,63
Reator RES-250 78,78
Luminária Fechada para VSAP 70W 59,65
Luminária Fechada para VSAP 100W 59,65
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 17,44
Cabos 1,01
5.6.3.2.2 CPE desconsiderando trocas de VM 80W por VSAP 70W.
A Tabela 15 simula o orçamento do projeto desconsiderando
substituições de lâmpadas Vapor de Mercúrio 80W por lâmpadas Vapor de
Sódio 70W.
Tabela 15 – Orçamento desconsiderando trocas VM 80W por VSAP 70W.
Descrição Quantidade Preço
Unitário (R$) Total (R$)
CUSTOS DIRETOS
MATERIAIS
Lâmpadas
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 7.696 20,87 160.646,30
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 182 23,70 4.313,13
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 26 17,75 461,37
Subtotal - Lâmpadas 7.904 - 165.420,80
Reatores c/ Ignitores e bases
Reator RES-100 7.696 39,38 303.030,00
Reator RES-150 182 50,43 9.178,53
Reator RES-250 26 59,63 1.550,37
Subtotal - Reatores 7.904 - 313.758,90
Luminárias
Luminária Fechada para VSAP 100W 7.696 45,15 347.474,40
67
Subtotal - Luminárias 7.696 - 347.474,40
Relés Fotoelétricos
Relé Fotoelétrico Eletrônico 7.904 13,20 104.332,80
Subtotal - Relés 7.904 - 104.332,80
Outros Equipamentos
Fio/Cabo 2,5mm² (em metros) 7904,00 0,77 6.058,42
Subtotal - Outros Equipamentos 7.904 - 6.058,42
Subtotal - Materiais - - 937.045,32
MÃO DE OBRA
Própria 7.904 15,00 118.560,00
Subtotal - Mão de Obra - - 118.560,00
TRANSPORTE
Próprio 50.400,00
Subtotal - Transporte - - 50.400,00
Total - Custos Diretos - - 1.106.005,32
CUSTOS INDIRETOS
Engenharia, Projeto e Consultoria 50.400,00
Administração, Acompanhamento e Fiscalização
58.800,00
Recadastramento 16.800,00
Descarte de Materiais Nocivos 7.904 0,49 3.872,96
Total - Custos Indiretos - - 129.872,96
TOTAL GERAL 1.235.878,28
Da Tabela 15, conclui-se que:
Custo total de materiais:
CM = R$ 937.045,32
Soma dos outros custos diretos, excluindo os de materiais:
OCD = (Custos diretos) – (Custos de Materiais)
OCD = R$ 1.106.005,32 – R$ 937.045,32 = R$ 168.960,00
Soma dos custos indiretos:
CDI = R$ 129.872,96
Voltando à equação 10, encontra-se CPE, conforme Tabela 16.
Tabela 16 – Valores de CPE por equipamento.
Equipamento CPE
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 27,53
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 31,26
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 23,40
68
Reator RES-100 51,93
Reator RES-150 66,51
Reator RES-250 78,65
Luminária Fechada para VSAP 100W 59,55
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 17,41
Fios/Cabos 1,01
5.6.4 Cálculo final de k e da RBC
Com os valores de FRC e CPE conhecidos para os dois casos, pode-se
finalmente encontrar o valor de CA para cada equipamento e,
consequentemente, o valor do investimento total anualizado k.
Os valores de CA considerando-se as trocas de lâmpadas de baixa
potência estão apresentados na Tabela 17.
Tabela 17 – Cálculo de CA considerando trocas de VM 80W por VSAP 70W.
Equipamento Vida Útil
(anos) FRC CPE CA
Lâmpada VSAP 70W (tubular) 7,31 0,21 20,00 6.575,82
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 7,31 0,21 27,58 45.233,01
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 5,48 0,26 31,31 1.478,25
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 5,48 0,26 23,44 158,13
Reator RES-70 10 0,18 49,51 13.520,68
Reator RES-100 10 0,18 52,02 70.856,96
Reator RES-150 10 0,18 66,63 2.146,20
Reator RES-250 10 0,18 78,78 362,52
Luminária Fechada para VSAP 70W 20 0,13 59,65 12.322,47
Luminária Fechada para VSAP 100W 20 0,13 59,65 61.460,63
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 13,6 0,15 17,44 25.156,44
Cabos 20 0,13 1,01 1.280,80
K=∑CA 240.551,91
Os valores de CA considerando-se as trocas de lâmpadas de baixa
potência estão apresentados na Tabela 18.
69
Tabela 18 – Cálculo de CA desconsiderando trocas VM 80W por VSAP 70W.
Equipamento Vida Útil
(anos) FRC CPE CA
Lâmpada VSAP 100W (ovóide) 7,31 0,21 27,53 45.155,24
Lâmpada VSAP 150W (ovóide) 5,48 0,26 31,26 1.475,71
Lâmpada VSAP 250W (ovóide) 5,48 0,26 23,40 157,85
Reator RES-100 10 0,18 51,93 70.735,13
Reator RES-150 10 0,18 66,51 2.142,51
Reator RES-250 10 0,18 78,65 361,90
Luminária Fechada para VSAP 100W 20 0,13 59,55 61.354,96
Relés Fotoelétricos - Eletrônicos 13,6 0,15 17,41 21.011,40
Fios/Cabos 20 0,13 1,01 1.069,76
K=∑CA 203.464,44
E finalmente volta-se à equação 6, rescrita abaixo, para cálculo do RBC:
K
RDxCUEPEExCUEERBC
(equação 6)
Como todos os valores presentes nesta fórmula são conhecidos, basta
substituí-los para que seja encontrado o valor da RBC considerando trocas de
lâmpadas de baixa potência. Este valor está mostrado na Tabela 19.
Tabela 19 – Cálculo da RBC considerando todas as trocas.
EE (MWh/ano)
CUEE (R$/MWh)
RD (kW)
CUEP (R$/kW.ano)
K (R$)
RBC
879,16 133,13 200,72 488,46 240.551,91 0,89
O valor de 0,89 significa que a cada R$ 1,00 investido há um retorno de
R$ 0,89. Mas este cálculo está considerando trocas de VM 80W por VSAP
70W, ao contrário do que recomenda o manual. O cálculo do RBC de acordo
com o Manual, ou seja, desconsiderando tais trocas, está na tabela 20.
Tabela 20 – Cálculo da RBC desconsiderando lâmpadas de baixa potência.
70
EE (MWh/ano)
CUEE (R$/MWh)
RD (kW)
CUEP (R$/kW.ano)
K (R$)
RBC
838,61 133,13 191,46 488,46 203.464,44 1,01
Logo, a relação Benefício/Custo do projeto de melhoria da Iluminação
Pública do município de Paranaguá é de 1,01. Isto significa que a cada R$ 1,00
investido há um retorno de R$ 1,01. Este valor atende aos critérios exigidos
pelo manual do Reluz, que exige um RBC no mínimo igual a 1.
Pode-se questionar que este valor de 1,01 é muito baixo e se ocorrer
uma pequena alta de preços dos materiais ou queda no valor da tarifa de
energia o projeto já não compensaria. Porém, este valor de RBC foi calculado
utilizando-se valores muito altos de custos indiretos, acima dos valores
realmente esperados. O objetivo é garantir que, por mais alto que sejam os
custos indiretos, o RBC continue sendo maior do que 1. No item orçamento há
mais detalhes a respeito.
5.7 Orçamento
O manual do Reluz pede que seja informado nos projetos a distância
entre o almoxarifado e o local da obra. Este projeto prevê um almoxarifado
situado dentro do próprio município de Paranaguá e o local da obra pode ser
em qualquer local da cidade onde exista uma lâmpada de vapor de mercúrio.
Portanto, baseando-se nas dimensões territoriais do município, a distância
varia de 0 (zero) a aproximadamente 30 km, dependendo da localização do
ponto luminoso a ser revitalizado.
Quanto aos custos com transportes, o manual exige que eles não
ultrapassem 5% do valor total do projeto. Haja vista a dificuldade de prever a
quantia a ser gasta, foi estimado um valor de R$ 60.000 para o transporte. Isto
representa 4,09% do valor total do projeto (Tabela 13), atendendo ao manual,
e ainda garantindo uma margem de segurança.
O mesmo pensamento utilizado para estimativa dos custos com
transportes foi utilizado para determinação dos custos com projeto, engenharia,
consultoria, acompanhamento, fiscalização e recadastramento. Diante da
71
dificuldade de se estimar um valor preciso, foram atribuídos valores de modo
que, ao somar os custos indiretos, eles não ultrapassem 15% do valor total do
projeto, conforme exige o manual. A propósito, a soma dos custos indiretos
representa 10,55% do valor orçamento do projeto para Paranaguá, e ao
mesmo tempo têm uma boa margem de segurança. Por exemplo, o valor de R$
70.000 para administração, fiscalização e acompanhamento pode ser
considerado alto para uma obra com previsão de duração de 1 (um) ano.
A respeito dos valores de custos indiretos e de transporte usados na
Tabela 15, para cálculo do segundo RBC, foi usado simplesmente um valor
proporcional. Trocas de lâmpadas VM 80W por VSAP 70W correspondem a
aproximadamente 16% do total de trocas previstas para a cidade. Então a
maneira encontrada para se estimar os custos, por exemplo, com transportes,
excluindo-se as trocas citadas, foi subtrair 16% do valor dos gastos totais com
transportes, que aparecem na Tabela 13. Considerando-se que contando todas
as trocas o valor era R$ 60.000, diminuindo 16% temos R$ 50.400. O mesmo
cálculo foi adotado para os outros custos indiretos.
5.8 Recursos
O custo total do projeto é de R$ 1.465.781,82 (um milhão, quatrocentos
e sessenta e cinco mil, setecentos e oitenta e um reais e oitenta e dois
centavos), dos quais até 75% são financiados pela ELETROBRÁS e os
restantes 25% pela Prefeitura Municipal de Paranaguá. A divisão dos recursos
é apresentada na Tabela 21.
Tabela 21 – Recursos.
Origem dos Recursos Contrapartida %
Eletrobrás - RGR 1.099.336,37 75
Prefeitura Municipal 366.445,46 25
Total 1.465.781,82 100
5.9 Cronogramas
72
O manual também solicita que seja apresentado o prazo de execução
física do projeto, que neste caso é de 1 ano. A seguir são apresentados os
cronogramas físico (Tabela 22) e financeiro (Tabela 23) do Projeto ReLuz da
Prefeitura Municipal de Paranaguá, de acordo com modelos apresentados pela
Eletrobrás.
Tabela 22 – Cronograma Físico da Execução.
Atividades Meses
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Elaboração do projeto e especificações técnicas de materiais e serviços
Licitação / aquisição de materiais
Licitação / contratação de serviços
Execução do projeto
Fiscalização e acompanhamento / Relatórios Parciais
Descarte de materiais nocivos
Recadastramento
Avaliação de resultados / Relatório Final
73
Tabela 23 – Cronograma Financeiro do Projeto.
Atividades Meses Total
(R$) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Elaboração do projeto e especificações técnicas de materiais e serviços
30.000,00 30.000,00 60.000,00
Licitação / aquisição de materiais 369.815,93 369.815,93 369.815,93 1.109.447,79
Licitação / contratação de serviços 14.170,50 14.170,50 14.170,50 42.511,50
Execução do projeto 14.170,50 14.170,50 44.170,50 44.170,50 14.170,50 14.170,50 14.170,50 159.193,50
Fiscalização e acompanhamento / Relatórios Parciais
11.666,67 11.666,67 11.666,67 35.000,00
Descarte de materiais nocivos 2.314,52 2.314,52 4.629,03
Recadastramento 2.857,14 2.857,14 2.857,14 2.857,14 2.857,14 2.857,14 2.857,14 20.000,00
Avaliação de resultados / Relatório Final
11.666,67 11.666,67 11.666,67 35.000,00
Total (R$) 30.000,00 30.000,00 383.986,43 383.986,43 401.014,07 28.694,31 47.027,64 49.342,16 28.694,31 28.694,31 31.008,82 23.333,33 1.465.781,82
74
5.10 Arrecadação do Município
Segundo levantamento de dados, a arrecadação atual do município de
Paranaguá com iluminação pública é de R$ 301.824,43 por mês, num total de
35.535 consumidores residenciais, 298 industriais, 3.045 comerciais, 998
rurais, 102 do Poder Público e 8 de Serviços Públicos.
Este projeto gera uma economia de R$ 9.753,57 por mês, o que
equivale a 3,23% do valor da arrecadação citada. Além desta economia
imediata na fatura de energia, evitar-se-ão custos futuros com manutenção,
pois os novos equipamentos têm longa vida útil e alto grau de proteção contra
condições adversas do clima e vandalismo.
5.11 Descarte de Materiais
O mercúrio (Hg) é um elemento químico metálico encontrado na
natureza, sendo a população, normalmente, expostas a níveis muito baixos do
mesmo. Em função das atividades laborais do homem, a quantidade de Hg
pode ultrapassar os níveis toleráveis para a saúde humana e contaminar o
meio ambiente.
No caso do processo de descarte das lâmpadas de iluminação pública, o
risco de contaminação por mercúrio está associado à sua possibilidade de
quebra. O manejo de grandes quantidades destas lâmpadas pode causar a
contaminação das pessoas envolvidas, isto é, exposição ocupacional. Por isso
é fundamental a adoção de procedimentos adequados para o seu manuseio,
transporte e armazenamento, protegendo os trabalhadores das emissões
fugitivas deste metal em estado de vapor. A Tabela 24 apresenta a quantidade
de mercúrio contida em diferentes tipos de lâmpadas.
75
Tabela 24 – Quantidade de Mercúrio nas lâmpadas
Lâmpadas Contendo Mercúrio
Potências Quantidade
Média de Mercúrio
Variação das Médias de Mercúrio por
Potência
Mista 160W a 500W 0,017g 0,011g a 0,045g
Vapor de Mercúrio
80W a 1.000W 0,032g 0,013g a 0,080g
Vapor de Sódio 70W a 1.000W 0,019g 0,015g a 0,030g
Vapor Metálico 35W a 2.000W 0,045g 0,010g a 0,170g
Deve haver, também, uma precaução especial com a disposição final
dos resíduos das lâmpadas de IP pois, quando elas são dispostas em lixões ou
aterros sanitários convencionais, o mercúrio pode escapar e contaminar o solo,
águas superficiais e subterrâneas.
A reciclagem é a opção mais adequada para o descarte de lâmpadas
contendo mercúrio após seu uso.
Na reciclagem de lâmpadas, o objetivo principal é a recuperação do
mercúrio e de outros elementos nelas contidos para posterior reutilização,
evitando a contaminação do solo. O alumínio, o vidro e o pó de fósforo podem
ser reaproveitados tanto na construção de novas lâmpadas como na produção
de outros produtos. O restante do material descontaminado, que não puder ser
reciclado, pode ser disposto em aterro de lixo comum.
Para garantir a não agressão ao meio ambiente, à saúde pública e aos
trabalhadores envolvidos, neste projeto simulado para Paranaguá, está prevista
a contratação de uma empresa especializada em reciclagem, já citada
anteriormente, que fica responsável pela destinação final das lâmpadas a vapor
de mercúrio.
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5.12 Avaliação do Reluz
Depois de fazer este estudo detalhado sobre a teoria e aplicação do
Reluz, pode-se dizer que é um projeto muito inteligente e benéfico para a
sociedade em geral. Tanto o é que, sabendo que as lâmpadas VSAP tem IRC
precário, foi criado o projeto Reluz para iluminação especial de praças e
monumentos, nos quais outros tipos de lâmpadas podem ser utilizados.
Apenas o projeto Reluz de melhoria exige a aplicação de lâmpadas
VSAP, o que é correto, considerando suas características já citadas. Projetos
de expansão e iluminação de espaços esportivos também são muito
importantes para a sociedade, facilitando a sua integração e melhorando a
segurança.
O único fator que pode ser questionado é o cálculo da RBC
desconsiderando as trocas de VM 80W por VSAP 70W, mostrado no trabalho.
Não é correto usar um critério de aprovação como este, que não corresponde
ao real benefício / custo do projeto. Porém, se os equipamentos instalados já
estiverem no final de sua vida útil, a retirada dos conjuntos de VM 80W se
justifica plenamente, além de trazer outros benefícios já citados.
Assim, pode-se apontar como decisão mais adequada a ser tomada
pelas prefeituras, a substituição gradual destes conjuntos de VM 80W, na
medida em que apresentem falhas, sem depender de recursos da Eletrobrás
para isto.
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6. CONCLUSÃO
A iluminação pública está de fato presente na vida de todos os cidadãos.
Muito embora a maioria deles desconheça seus detalhes, com certeza sentem-
se incomodados ao transitarem por uma rua sem iluminação adequada.
Este trabalho traz uma vasta gama de informação sobre sistemas de
iluminação pública. O tema que de início parece simples, revela-se com tal
grau de detalhamento e tecnologia que faz os estudiosos buscarem cada vez
mais informações, em busca de um ponto ótimo de qualidade e economia.
Além disso, foi realizada uma simulação bastante detalhada da
aplicação do programa Reluz de Iluminação Pública para a cidade de
Paranaguá, na qual os resultados evidenciam a real eficácia deste projeto.
Outras cidades além de Paranaguá já adotaram ou irão adotar o Reluz em
breve, o que nos leva a crer que teremos significativa redução da demanda de
energia elétrica no país. Este fato vem de encontro ao objetivo do Ministério de
Minas e Energia, que é de garantir oferta suficiente de energia elétrica para o
país, de maneira que este não seja um motivo para frear a economia brasileira.
A energia reduzida em projetos de eficiência poderá ser aproveitada por novas
indústrias e estabelecimentos comerciais, alimentando o ciclo de crescimento e
desenvolvimento econômico do país.
6.1 Sugestões para Trabalhos Futuros
Caso sejam feitos outros trabalhos abordando o mesmo tema, sugere-se
que seja feito um estudo luminotécnico de ruas e avenidas de alguma cidade.
Seria interessante realizar-se um estudo sobre os níveis de iluminação ideais
para vias públicas, conforme o tráfego, e então fazer simulações de como
ficaria a distribuição da luz utilizando diferentes tipos de equipamentos.
Poderia fazer-se uma realimentação à Eletrobrás, sugerindo outros tipos
de substituições de lâmpadas e equipamentos, desde que fique comprovada a
qualidade da iluminação.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] MANUAIS DA ELETROBRÁS
- Procel Reluz: Síntese
- Procel Reluz: manual de Instruções
- Procel Reluz: Descarte de Lâmpadas de Iluminação Pública
[2] COSTA, Gilberto José Corrêa da. Iluminação Econômica – Cálculo e
Avaliação. Editora Edipuc RS. 1998. Porto Alegre.
[3] MOREIRA, Vinícius de Araújo. Iluminação e Fotometria – Teoria e
Aplicação. Editora Edgard Blücher Ltda. 1987. São Paulo.
[4] PEREIRA, Dulcídio A.. Iluminação Pública. Separata da Revista G.E..
1954.
[5] LIRA, Adrian. Apostila de Introdução à Engenharia Econômica. 1995.
[6] MANUAIS DA ANEEL
- Manual para Elaboração do Programa Anual de Combate ao Desperdício de
Energia Elétrica. 2001.
[7] SITES MAIS CONSULTADOS
ELETROBRÁS: http://www.eletrobras.gov.br/elb/portal/main.asp
PROCEL: http://www.eletrobras.com/elb/procel/main.asp
MUNDO FÍSICO: www.mundofisico.joinville.udesc.br
GE: www.gelampadas.com.br
CATEP: www.catep.com.br
STI ELETRÔNICA: www.stieletronica.com.br
SHOMEI: www.shomei.com.br
COPEL: www.copel.com
ANEEL: www.aneel.gov.br
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ANEXOS