EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE...
91
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE RESOLVEM Vinicius de Moura Chaves Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Jorge Luiz do Nascimento RIO DE JANEIRO Setembro de 2018
Transcript of EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE...
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE RESOLVEM
Vinicius de Moura Chaves
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Elétrica da Escola
Politécnica da Universidade Federal do
Rio de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
RIO DE JANEIRO
Setembro de 2018
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE RESOLVEM
Vinicius de Moura Chaves
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHAIRO ELETRICISTA.
Examinado por:
_____________________________________
Prof. Jorge Luiz do Nascimento, D.Eng.
_____________________________________
Prof. Jorge Nemésio Sousa, M.Sc.
_____________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph D.
RIO DE JANEIRO
Setembro de 2018
iii
Vinicius de Moura Chaves.
Eficiência Energética: medidas que resolvem/Vinicius de Moura
Chaves - Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2018.
XIV, 76p.; il.: 29,7cm.
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
Projeto de Graduação – UFRJ/Escola Politécnica/Curso de
Engenharia Elétrica, 2018.
Referências Bibliográficas: p. 73-76
1. Eficiência Energética. 2. Métodos de Eficiência. 3.Economia de
Energia. I. Luiz do Nascimento, Jorge. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica. III.
Eficiência energética: medidas que resolvem.
iv
AGRADECIMENTOS
Ao meu pai Juvenal por ter me dado todo apoio e nunca ter desistido de acreditar
em mim, sempre disposto a me aconselhar a respeito dos caminhos e desafios da vida.
À minha mãe Andréa, por sempre confiar em mim e ter me dado todo o suporte
nos piores momentos desta jornada.
À minha irmã Luciana por me incentivar em momentos importantes e pelo
carinho ao longo dos anos.
À minha namorada Luiza pelo amor e por ter tido paciência nesses últimos
meses de faculdade.
Ao meu querido professor e orientador Jorge Luiz do Nascimento pela
paciência, e pela oportunidade de realizar este projeto como seu orientado, sempre
demonstrando apreço e determinação pelo ensino de excelência.
Aos meus amigos que me ajudaram ao longo da faculdade, me mantendo
motivado em todas as situações.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: MEDIDAS QUE RESOLVEM
Vinicius de Moura Chaves
Setembro 2018
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.
Curso: Engenharia Elétrica
A Eficiência energética é tema de diversos programas governamentais e foco de
constantes pesquisas, resta saber qual é o real interesse do brasileiro no tema. Este
estudo pretende demonstrar o problema do desperdício de energia elétrica devido a
ineficiências energéticas e a falta de interesse da sociedade em modificar
comportamentos de uso final da energia, além de apresentar medidas que estão sendo
tomadas no âmbito da conservação de energia, analisando as que apresentam melhores
resultados. O projeto inclui a análise de eficiência energética em um estabelecimento
comercial no ramo de hotelaria, no Rio de Janeiro, como forma de monstrar em menor
escala as medidas que um consumidor consciente pode adotar para melhorar seu perfil
de consumo. A avaliação econômica das medidas aplicadas e sugestões seguem os
métodos mais utilizados para auditorias energéticas e concluem quais realmente
funcionam.
Palavras-chave: Eficiência Energética, Auditorias Energéticas, Conservação de Energia
vi
Abstract of the Undergraduate Project, presented to POLI/UFRJ as a partial
fulfillment of the necessary requirements to obtain the degree of Electrical Engineer.
ENERGY EFFICIENCY: MEASURES THAT WORK
Vinicius de Moura Chaves
September 2018
Tutor: Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.
Course: Electrical Engineering
Energy Efficiency is theme of several governmental programs and the focus of
constant research, but it remains to be know what is the real interest of the Brazilian in
the theme. This study intends to demonstrate the problem of the electric energy waste,
due to energy inefficiencies and society lack of interest in modifying end - use energy
behaviors, besides presenting measures that are being taken in the energy conservation
scope, analyzing those that show better results. The project includes the energy
efficiency analysis in a commercial establishment, in the hotel industry, in Rio de
Janeiro, as a way of demonstrating to a lesser extent the measures that a conscious
consumer can adopt to improve their consumption profile. The economic evaluation of
the measures implemented and suggestions follow the methods most used for energy
audits and conclude which ones actually works.
Keywords: Energy Efficiency, Energy Audits, Energy Conservation
vii
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS......................................................................................................................... iv
SUMÁRIO ...................................................................................................................................... vii
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................................... x
LISTA DE TABELAS .......................................................................................................................... xi
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ................................................................................................. xii
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 1
1.1. OBJETIVO ............................................................................................................................... 6
1.2. METODOLOGIA ...................................................................................................................... 6
1.3. RELEVÂNCIA ........................................................................................................................... 7
1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO .................................................................................................... 7
CAPÍTULO 2. ESTUDO DA ARTE DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ...................................................... 8
2.1. HISTÓRICO ............................................................................................................................. 8
2.1.1. Horário de verão ............................................................................................................... 9
2.1.2. Conselho nacional de águas e energia elétrica ................................................................... 9
2.1.3. PBE e PROCEL .................................................................................................................... 9
2.1.4. CONPET ........................................................................................................................... 11
2.1.5. A ANEEL e o PEE .............................................................................................................. 11
2.1.6. Racionamento do ano 2000 ............................................................................................. 12
2.1.7. Lei nº 10.295/2001 - lei de eficiência energética.............................................................. 13
2.1.8. Decreto nº4.059/2001 – CGIEE ........................................................................................ 13
2.1.9. Empresa de Pesquisa Energética ..................................................................................... 14
2.1.10. Plano nacional de energia ........................................................................................... 14
2.1.11. Plano nacional de eficiência energética....................................................................... 14
2.2. CONCEITOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ............................................................................... 15
2.2.1. Indicadores de eficiência energética ................................................................................ 16
2.2.2. Progressos autônomo e induzido..................................................................................... 16
2.2.3. Aspectos demográficos e comportamentais .................................................................... 17
2.3. HÁBITOS DE CONSUMO ........................................................................................................ 18
2.3.1. Consumo residencial ....................................................................................................... 18
2.3.2. Consumo comercial ......................................................................................................... 20
2.3.3. Consumo industrial ......................................................................................................... 21
CAPÍTULO 3. REVISÃO TEÓRICA E FATORES QUE INFLUENCIAM A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA .......... 23
3.1. REVISÃO SOBRE REFRIGERAÇÃO E AR-CONDICIONADO ........................................................ 23
3.1.1. Requisito de acesso ......................................................................................................... 23
viii
3.1.2. Conforto térmico ............................................................................................................. 27
3.1.4. Rendimento dos equipamentos de condicionamento de ar ............................................. 30
3.1.5. Dimensionamento simplificado da refrigeração............................................................... 31
3.1.6. Eficiência energética na refrigeração ............................................................................... 32
3.2. REVISÃO SOBRE AQUECIMENTO DE ÁGUA ............................................................................ 32
3.2.1. Boilers ............................................................................................................................. 33
3.2.2. Aquecedores solares ....................................................................................................... 34
3.3. REVISÃO SOBRE ILUMINAÇÃO .............................................................................................. 36
3.3.1. Luz - espectro eletromagnético ....................................................................................... 37
3.3.2. Eficiência luminosa de uma fonte .................................................................................... 37
3.3.3. Iluminância ...................................................................................................................... 38
3.3.4. Luminância ...................................................................................................................... 38
3.3.5. Equipamentos de iluminação........................................................................................... 38
3.4. TRANSPORTE VERTICAL – ELEVADORES ................................................................................ 43
3.4.1. Demanda em standby...................................................................................................... 43
3.4.2. Demanda de viagem ........................................................................................................ 43
3.4.3. Categorias de uso ............................................................................................................ 44
3.4.4. Classes de eficiência energética ....................................................................................... 44
3.5. REVISÃO SOBRE EFICIÊNCIA DE ELETRODOMÉSTICOS ........................................................... 46
3.6. REVISÃO SOBRE TARIFAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA .............................................................. 47
3.6.1. Modalidade tarifária ........................................................................................................ 47
3.6.2. Bandeiras tarifárias ......................................................................................................... 49
CAPÍTULO 4. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO .......................................................................................... 50
4.1. DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO ................................................................................................. 51
4.2. AUTOAVALIAÇÃO DOS PONTOS DE DESPERDÍCIO DE ENERGIA ELÉTRICA .............................. 51
4.3. ESTUDO DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA ................................................................................. 51
4.3.1. VPL - Valor Presente Líquido ............................................................................................ 52
4.3.2. Taxa Interna de Retorno .................................................................................................. 52
4.3.3. Payback descontado ........................................................................................................ 53
4.4. AVALIAÇÃO DE RESULTADOS ................................................................................................ 53
CAPÍTULO 5. ESTUDO DE CASO ....................................................................................................... 55
5.1. LEVANTAMENTO DE CARGA DO HOTEL................................................................................. 55
5.2. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DO ELEVADOR.................................................................... 57
5.3. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DA ILUMINAÇÃO ................................................................ 58
5.4. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DO AQUECIMENTO DE ÁGUA ............................................. 59
5.5. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DOS ELETRODOMÉSTICOS .................................................. 62
5.6. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DOS AR-CONDICIONADOS .................................................. 63
ix
5.7. VALOR DA TARIFA DESCONTADA .......................................................................................... 64
5.8. AVALIAÇÃO DE CUSTOS ........................................................................................................ 65
CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES .............................................................................................................. 70
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................................. 73
x
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1 - CONTRIBUIÇÃO SETORIAL AOS GANHOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA, EM ENERGIA ELÉTRICA, NO HORIZONTE 2050
........................................................................................................................................................ 5
FIGURA 1.2 - CONSUMO PER CAPITA DE ELETRICIDADE: TRAJETÓRIA BRASILEIRA ESTIMADA. ............................................ 5
FIGURA 2.1 - MODELO DE SELO PROCEL PARA EQUIPAMENTOS DA LINHA BRANCA ................................................... 10
FIGURA 2.2 - MODELO DE SELO PROCEL PARA EDIFICAÇÕES ................................................................................ 11
FIGURA 2.3 - CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO CONSUMO FAMILIAR - ADOÇÃO E PRÁTICA DE HÁBITOS POR GRAU DE DIFICULDADE
...................................................................................................................................................... 17
FIGURA 2.4 - CONSUMO POR USO FINAL NA CARGA RESIDENCIAL ............................................................................ 18
FIGURA 2.5 - POSSE MÉDIA E USO DE LÂMPADAS NOS DOMICÍLIOS BRASILEIROS ......................................................... 19
FIGURA 2.6 - PERCENTUAL DE EMPRESAS QUE DISPÕEM DE SISTEMAS DE AR-CONDICIONADO E/OU VENTILAÇÃO ............... 20
FIGURA 2.7- PERCENTUAL DE EMPRESAS POR TEMPO DE RETORNO PARA PROJETOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................. 21
FIGURA 2.8 - DISTRIBUIÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA POR USO FINAL NA INDÚSTRIA .................................... 21
FIGURA 3.1– PSICRÔMETRO .......................................................................................................................... 27
FIGURA 3.2 - CARTA PSICROMÉTRICA, COMO DESTAQUE PARA A ZONA DE CONFORTO ................................................. 29
FIGURA 3.3 - LEITURA DE UMA CARTA PSICROMÉTRICA ........................................................................................ 29
FIGURA 3.4 - CICLO FRIGORÍFICO TEÓRICO E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ................................................................. 30
FIGURA 3.5 - DISTRIBUIÇÃO DE ENERGÉTICOS PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA – VALORES EM MIL UNIDADES ..................... 33
FIGURA 3.6 - ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ...................................................................................................... 37
FIGURA 3.7 - REATOR PARA LÂMPADAS FLUORESCENTES ...................................................................................... 39
FIGURA 3.8 - STARTER PARA LÂMPADA FLUORESCENTE ........................................................................................ 39
FIGURA 3.9 - LÂMPADA FLUORESCENTE TUBULAR ............................................................................................... 40
FIGURA 3.10 - LÂMPADA FLUORESCENTE COMPACTA .......................................................................................... 40
FIGURA 3.11 - IMPORTÂNCIA PERCENTUAL DA DEMANDA EM STANDBY.................................................................... 46
FIGURA 5.1 - INSTALAÇÃO HIDRÁULICA ............................................................................................................ 61
FIGURA 5.2 - INSTALAÇÃO ELÉTRICA DO AQUECIMENTO DE ÁGUA ........................................................................... 61
FIGURA 5.3 - PERFIL DE CONSUMO DO ANO EM KWH .......................................................................................... 65
xi
LISTA DE TABELAS
TABELA 1.1 - CONSUMO DE ENERGIA (ENERGIA + COMBUSTÍVEIS) E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ........................................... 4
TABELA 1.2 - ENERGIA ELÉTRICA CONSERVADA POR SETOR ...................................................................................... 4
TABELA 2.1 - INDICADORES ENERGÉTICOS ......................................................................................................... 16
TABELA 3.1 - COMPONENTES DO AR SECO......................................................................................................... 23
TABELA 3.2 - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM AR-CONDICIONADO DE JANELA. ................................................................ 31
TABELA 3.3 - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM AR-CONDICIONADO SPLIT TIPO HI-WALL. .................................................... 31
TABELA 3.4 - DADOS DAS LÂMPADAS INCANDESCENTES MAIS COMUNS .................................................................... 40
TABELA 3.5 - DADOS DE ALGUMAS LÂMPADAS FLUORESCENTES MAIS COMUNS .......................................................... 41
TABELA 3.6 - CLASSIFICAÇÃO PROCEL PARA LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS................................................ 42
TABELA 3.7 - DADOS DAS LÂMPADAS HALÓGENEAS MAIS COMUNS ......................................................................... 42
TABELA 3.8 - CATEGORIAS DE USO DE ELEVADORES ............................................................................................. 44
TABELA 3.9 - DEMANDA EM STANDBY .............................................................................................................. 45
TABELA 3.10 - DEMANDA DE ENERGIA POR VIAGEM (DEV) .................................................................................. 45
TABELA 3.11 - CLASSIFICAÇÃO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA TOTAL DE ELEVADOR ......................................................... 46
TABELA 5.1 - LEVANTAMENTO DE CARGA ......................................................................................................... 55
TABELA 5.2 - EFICIÊNCIAS LUMINOSAS DAS LAMPADAS USADAS .............................................................................. 58
TABELA 5.3 – LÂMPADA EQUIVALENTE LED ...................................................................................................... 58
TABELA 5.4 - MATERIAIS PARA IMPLEMENTAÇÃO DO AQUECIMENTO DE ÁGUA .......................................................... 62
TABELA 5.5 - SELO PROCEL DOS ELETRODOMÉSTICOS ........................................................................................ 62
TABELA 5.6 - AR-CONDICIONADOS INSTALADOS NO LOCAL .................................................................................... 63
TABELA 5.7 - DIMENSIONAMENTO DOS AR-CONDICIONADOS NOS QUARTOS ............................................................. 63
TABELA 5.8 - TARIFA DE CONSUMO (BAIXA TENSÃO) ........................................................................................... 64
TABELA 5.9 - REAJUSTE ANUAL DA TARIFA INCIDENTE (PREVISÃO DE IGP-M) ............................................................ 65
TABELA 5.10 - MATERIAIS PARA MUDANÇAS NA ILUMINAÇÃO ............................................................................... 66
TABELA 5.11 - ANÁLISE DE INVESTIMENTO PARA TROCA DO AQUECIMENTO D’ÁGUA ................................................... 66
TABELA 5.12 - FLUXOS DE CAIXA PARA TROCA DO AQUECIMENTO D'ÁGUA ................................................................ 67
TABELA 5.13 - ANÁLISE DE INVESTIMENTO PARA TROCA DA ILUMINAÇÃO ................................................................. 67
TABELA 5.14 - FLUXOS DE CAIXA PARA TROCA DA ILUMINAÇÃO .............................................................................. 67
TABELA 5.15 - ANÁLISE DE INVESTIMENTO PARA TROCA DE AMBAS AS INFRAESTRUTURAS + MATERIAL INFORMATIVO ......... 68
TABELA 5.16 - FLUXO DE CAIXA PARA TROCA DE AMBAS AS INFRAESTRUTURAS + MATERIAL INFORMATIVO ....................... 68
TABELA 5.17 - RESUMO DAS MUDANÇAS EM INFRAESTRUTURA E RESULTADOS DE REDUÇÃO DE CONSUMO ...................... 68
TABELA 5.18 - ANÁLISE DE INVESTIMENTO ........................................................................................................ 69
xii
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
AGE Association of German Engineers
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
ASHRAE American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning
Engineers
BEN Balanço Energético Nacional - documento com o relatório síntese
apresentando os dados acerca da contabilização da oferta,
transformação e consumo final de produtos energéticos no Brasil.
BEU Balanço de Energia Útil - o documento é um modelo para análise
do consumo energético de um país considerando os usos
específicos da Energia Final e os rendimentos típicos de cada uma
dessas utilizações.
CGIEE Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética
CNAEE Conselho Nacional de Águas e Energia Elétrica
CONPET Programa Nacional da Racionalização do Uso de Derivados de
Petróleo e Gás Natural
COP Coeficiente de Performance
CEPEL Centro de Pesquisa de Energia Elétrica
CFTV Circuito Fechado de Televisão
CONFAZ Conselho Nacional de Política Fazendária
COFINS Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social -
Tributo federal
CV Cavalo-vapor - unidade de medida de potência equivalente a
735,5 watts.
EER Energy Eficiency Rate
EL Eficiência Luminosa
xiii
Eletrobrás Centrais Elétricas Brasileiras S.A.
EPE Empresa de Pesquisa Energética
FCD Fluxo de Caixa Descontado - fluxos de caixa a serem agregados
no futuro e descontados por uma taxa de atratividade que reflete o
custo de oportunidade dos provedores de capital.
ICMS Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Prestação de Serviços
IEA International Energy Agency, AIE - Agência Internacional de
Energia, em português. Uma organização internacional que atua
como a orientadora política de assuntos energéticos para seus 29
países membros.
IGP-M Índice Geral de Preços do Mercado - registra a inflação de preços
de produtos, bens e serviços. O valor é variável, medido
mensalmente pela FGV (Fundação Getúlio Vargas) e divulgado
ao final de cada mês de referência.
IAEA International Atomic Energy Agency - fórum intergovernamental
para a cooperação científica e técnica do uso pacífico da
tecnologia nuclear.
Inmetro Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
JOULE Unidade de energia mecânica (trabalho) e energia térmica (calor).
No Sistema Internacional de Unidades (SI), todo trabalho ou
energia são medidos em joules.
kWh Quilowatt-hora - unidade de energia elétrica.
LED Light EmittingDiode
MCTI Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações
MDIC Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços
MMA Ministério do Meio Ambiente
MME Ministério de Minas e Energia
PBE Programa Brasileiro de Etiquetagem
xiv
PDE Plano Decenal de Expansão de Energia
PEE Programa de Eficiência Energética
Petrobras Petróleo Brasileiro S.A.
PIB Produto Interno Bruto
PIS Programa de Integração Social
PNE Plano Nacional de Energia
PNEf Plano Nacional de Eficiência Energética
PROCEL Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
SELIC Sistema Especial de Liquidação e Custódia
SIN Sistema Interligado Nacional
tep Toneladas Equivalentes de Petróleo - unidade de energia definida
como o calor libertado na combustão de uma tonelada de petróleo
cru, aproximadamente 42 gigajoules.
TIR Taxa Interna de Retorno
TR Tonelada de Refrigeração
TUG Tomada de Uso Geral
VP Valor Presente
VPL Valor Presente Líquido
1
CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO
A Energia está presente em nossas vidas de diversas formas e aplicações. O
cidadão comum, que não possui conhecimento técnico ou científico, certamente teria
dificuldade de descrever o conceito de energia. Uma forma de se definir energia foi
proposta por James Clerk Maxwell como “Energia é aquilo que permite uma mudança
na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste a esta mudança”
[2]. Um conceito um tanto vago.
Porém, esta questão, como muitas outras mais simples da ciência, é um tanto
difícil de responder.
No tocante ao trabalho aqui proposto, tratar-se-á da energia elétrica e das
diversas formas de tornar mais eficiente o seu consumo, já que, quando se trata de
geração, transmissão e distribuição desta energia, verificam-se muitos esforços feitos
pelo governo, empresas públicas e privadas dos setores em questão, além do próprio
meio acadêmico, para desenvolver tecnologias e medidas para eficientização energética.
Entretanto, observamos que o usuário da energia, em geral, não tem essa preocupação.
Eficiência é uma palavra constantemente utilizada no vocabulário da maioria dos
engenheiros e poucas vezes realmente entendida. Segundo o dicionário Michaelis [1],
eficiência pode ser: capacidade de produzir um efeito, efetividade, força, capacidade de
realizar um trabalho ou, ainda, desempenhar adequadamente uma função, uma aptidão,
uma capacidade ou competência.
A eficiência no uso da energia entrou na agenda mundial a partir dos choques no
preço do petróleo dos anos 1970, quando ficou claro que o uso das reservas de recursos
fósseis teria custos crescentes, seja do ponto de vista econômico, seja do ponto de vista
ambiental. Logo se reconheceu que um mesmo serviço poderia ser obtido com menor
gasto de energia e, consequentemente, com menores impactos econômicos, ambientais,
sociais e culturais. Equipamentos e hábitos de consumo passaram a ser analisados em
termos da conservação da energia tendo sido demonstrado que, de fato, muitas
iniciativas que resultam em maior eficiência energética são economicamente viáveis, ou
seja, o custo de sua implantação é menor do que o custo de produzir ou adquirir a
energia cujo consumo é evitado.
2
Em adição à perspectiva de custos mais elevados da energia de origem fóssil, a
preocupação com a questão das mudanças climáticas decorrentes do aquecimento global
do planeta, atribuído, em grande medida, à produção e ao consumo de energia, trouxe
argumentos novos e definitivos que justificam destacar a eficiência energética quando
se analisa, em perspectiva, a oferta e o consumo de energia. Essa preocupação se
justifica mesmo em um país como o Brasil, em que o custo de produção de energia é de
uma forma geral, economicamente competitivo e que apresenta uma matriz energética
muito associada a energias renováveis. Cabe destacar que, em estudo recente publicado
pela Agência Internacional de Energia - IEA (2013) é estimado que a eficiência
energética pode contribuir com quase 50% da mitigação de emissão de gases de efeito
estufa [37].
Fortes políticas de eficiência energética são vitais para alcançar metas de
redução de contas de energia e mitigar problemas relativos a alterações climáticas,
poluição atmosférica local e confiabilidade no atendimento energético.
Segundo a IEA (2017) [3], globalmente, o consumo de energia e o
desenvolvimento econômico vem em uma tendência de maior desassociação, com o PIB
- Produto Interno Bruto mundial, aumentando mais de 95% entre 1990 e 2015, enquanto
a produção total de energia primária1 aumentou apenas 56% no mesmo período. Isto
pode ser tomado como um indicador do crescimento da preocupação com a eficiência
energética no mundo.
Contextualizando a preocupação do Brasil com a eficiência energética, pode-se
citar o Plano Nacional de Eficiência Energética [4], onde se definem ações de eficiência
energética de diversas naturezas que culminam na redução da energia necessária para
atender às demandas da sociedade por serviços de energia sob a forma de luz, calor/frio,
acionamento, transportes e uso em processos. Objetiva, em síntese, atender às
necessidades da economia com menor uso de energia primária e, portanto, menor
impacto na natureza.
Cabe destacar, atualmente, a predominância de duas diferentes dinâmicas para
penetração dos ganhos de eficiência energética, em horizonte de longo prazo. A
1 Energia primária é toda a forma de energia disponível na natureza antes de ser convertida ou
transformada. Consiste na energia contida nos combustíveis crus, a energia solar, a eólica, a geotérmica e
outras formas de energia que constituem uma entrada ao sistema. Se não é utilizável diretamente, deve ser
transformada numa fonte de energia secundária (eletricidade, calor etc.)
3
primeira delas denomina-se progresso tendencial, e corresponde ao movimento
tendencial do consumidor final de energia, que inclui contribuições tais como a
reposição tecnológica natural devido ao término da vida útil de equipamentos, os efeitos
de políticas, programas e ações de conservação já em prática no país. A segunda parcela
de contribuição denomina-se progresso induzido, necessitando da instituição de
programas e ações adicionais orientados para o incentivo à eficiência energética,
voltados ou não para setores específicos [4].
Quando se trata de dados concretos e estudos realizados no horizonte de longo
prazo, estima-se que a eficiência energética possa contribuir com aproximadamente
18% da demanda de energia total e 17% da demanda de eletricidade, conforme pode ser
visto na Tabela 1.1. De acordo com essas estimativas, as ações de eficiência energética
contribuirão para reduzir a demanda de energia em aproximadamente 118,6 milhões de
toneladas equivalente de petróleo (tep) em 2050.
Em virtude dos recentes acontecimentos na chamada ‘Greve dos
caminhoneiros2’ é importante notarmos a importância do setor de transportes no
consumo energético do país, representando 32% do consumo de energético e
responsável por cerca de 46% (222 MtCO2e3) das emissões antrópicas de emissões de
CO2 equivalente, associadas à matriz energética [4]. A busca por alternativas de
transporte mais eficiente deve entrar em pauta em um futuro breve.
2 Foi uma paralisação de caminhoneiros autônomos com extensão nacional iniciada no dia 21 de maio de
2018, no Brasil. Os grevistas se manifestaram contra os reajustes frequentes e sem previsibilidade nos
preços dos combustíveis, principalmente do óleo diesel, realizados pela estatal Petrobras, pelo fim da
cobrança de pedágio por eixo suspenso e pelo fim do PIS/Cofins sobre o diesel. [Wikipédia]
3 MtCO2e - milhões de toneladas equivalente de dióxido de carbono, padrão internacional de medição da
quantidade do gás de efeito estufa dióxido de carbono.
4
Tabela 1.1 - Consumo de energia (energia + combustíveis) e eficiência energética
Consumo (10³ tep) -
horizonte 2020 2030 2040 2050
Consumo potencial sem
conservação 300.521 430.379 550.019 655.075
Energia conservada 9.726 36.432 76.679 11.866
Energia conservada (%) 3,2% 8,5% 13,9% 1,8%
Consumo final, considerando
conservação 290.795 393..947 485.262 536.415
Emissões Evitadas com a
Eficiência MtCO2 10 28 55 81
Fonte: EPE (2016) [5]
Conforme as estimativas realizadas (BEU – Balanço de Energia Útil), mais da
metade do potencial de eficiência energética no tocante à energia elétrica no Brasil
encontra-se no consumo dos setores de serviços e industrial. Esses setores são
naturalmente elegíveis para uma abordagem mais detalhada da eficiência. Avalia-se que
a indústria, como um todo, obtenha, no final do horizonte, em 2050, ganhos em
eficiência elétrica, que podem atingir quase 115 TWh, o que equivale, a 7% do total do
consumo de energia elétrica projetado para o ano de 2050 EPE (2016) [5]. Os ganhos
em energia elétrica nos demais setores podem ser observados na Tabela 1.2 e na Figura
1.1.
Tabela 1.2 - Energia elétrica conservada por setor
Energia elétrica conservada por setor
(GWh) 2020 2030 2040 2050
Industrial 16.330 40.199 72.098 114.841
Transportes 94 787 4.795 13.733
Residencial 13.589 31.361 54.268 85.185
Serviços (Comercial + Público) 7.028 26.364 59.770 114.046
Agropecuário 465 1.473 2.445 3.602
Fonte: EPE (2016) [5]
5
Figura 1.1 - Contribuição setorial aos ganhos de eficiência energética, em energia
elétrica, no horizonte 2050
Fonte: EPE (2016) [5] – adaptado pelo autor
Os cenários apresentados indicam a importância da conscientização do
consumidor final com o uso eficiente de energia, além de avanços tecnológicos
significativos como a introdução de lâmpadas LED em larga escala e melhorias em
equipamentos de aquecimento e refrigeração. Assim o Brasil pretende seguir a
tendência mundial de eficientização energética atrelada ao crescimento econômico,
como podemos ver na Figura 1.2.
Figura 1.2 - Consumo per capita de eletricidade: trajetória brasileira estimada.
Fonte: EPE (2016) [5]
Na realidade, o fato que sustenta a necessidade deste trabalho é a escassa
quantidade de material que trate diretamente a respeito de eficiência, talvez pelo fato do
conceito de eficiência estar apoiado sobre tantas variáveis. Um estudo completo do
6
assunto deverá conter temáticas de caráter técnico, componentes socioeconômicos e
ambientais. Existe, até mesmo, a necessidade de avaliar a evolução histórica e as
perspectivas futuras do consumo em um dado local. O estudo e a análise das medidas
mais conhecidas, embasadas em leis e metodologias será o foco dos esforços no intuito
de concluir quais as mais eficazes e adequadas para as situações propostas.
Pretende-se estudar métodos e ações que possam ser tomadas localmente para
mitigar desperdícios e/ou aumentar a eficiência energética do uso final da energia, já
que essa abordagem é pouco estimulada e pode trazer grandes benefícios para a
sociedade.
1.1. OBJETIVO
Contextualizar o problema do desperdício de energia elétrica devido a
ineficiências energéticas e a falta de interesse da sociedade em modificar
comportamentos de uso final da energia.
Apresentar as medidas que estão sendo tomadas no âmbito da conservação de
energia, analisando as que apresentam melhores resultados.
Exemplificar, através de um estudo de caso em menor escala (um
estabelecimento comercial no ramo de hotelaria), como as medidas de eficiência para
um consumidor consciente podem ser adotadas para melhorar seu perfil de consumo,
além de reduzir gastos no que se refere à energia elétrica.
1.2. METODOLOGIA
Parte-se de uma revisão bibliográfica e teórica para contextualizar o problema da
eficiência no cenário local e mundial, passando para o histórico de medidas adotadas e
pesquisa de hábitos de consumo da sociedade. Em seguida, os conceitos de eficiência
elétrica são apresentados, nos setores de iluminação, refrigeração, transporte vertical,
aquecimento de água e eletrodomésticos. Após, foi realizada uma revisão a respeito da
tarifação da energia elétrica no Brasil e das metodologias de projetos de eficiência.
Para completar o trabalho, foi realizado uma análise de eficiência energética e
viabilidade técnico econômica da implementação de medidas de eficiêncientização
através de um estudo de caso real focado no setor comercial (estabelecimento hoteleiro).
7
1.3. RELEVÂNCIA
Este trabalho tem o importante papel de trazer à tona os problemas de eficiência
energéticos de diversos sistemas consumidores, evidenciando a importância de termos
um consumo consciente de energia. A sociedade como um todo se beneficia com uma
maior quantidade de material relativo a práticas de avaliações de eficiência que podem
ser adotadas em seus ambientes de trabalho e residências. Dessa maneira, vemos a
relevância do presente projeto tanto no cunho informativo e conscientizador quanto no
cunho instrutivo.
1.4. ESTRUTURA DO TRABALHO
Este projeto está estruturado em 5 Capítulos além deste capitulo introdutório. O
Capítulo 2 trata do estudo da conservação da energia e nos traz uma revisão histórica
das leis, normas e organismos de controle e normativos para os assuntos de eficiência
energética e o estudo do consumo da sociedade brasileira.
O Capítulo 3 elenca os fatores que influenciam a eficiência energética,
analisando iluminação, refrigeração, sistemas de elevação vertical, de aquecimento
d'água e eletrodomésticos, revendo os conceitos básicos relacionados a cada um desses
tópicos, como é avaliada a eficiência energética de cada um, quais as tecnologias
utilizadas e como se pode melhorar a eficiência energética em cada um.
No Capítulo 4 serão abordadas metodologias utilizadas em projetos de eficiência
energética seguindo diferentes linhas de pesquisa, além da definição de uma
metodologia a ser utilizada no estudo de caso do capítulo seguinte.
O Capítulo 5 faz um estudo de caso em um hotel, analisando as contas de luz e
pontos da eficiência energética que podem ser aplicados com o intuito de minimizar os
custos com energia elétrica.
Conclui-se o presente trabalho no Capítulo 6, com as considerações finais sobre
a importância do estudo e da aplicação da eficiência energética, os resultados teóricos
obtidos e pontos a serem pesquisados em futuros projetos finais.
8
CAPÍTULO 2. ESTUDO DA ARTE DA CONSERVAÇÃO DE
ENERGIA
A diversidade no campo dos estudos energéticos é vasta, abrangendo temas
como uso de recursos naturais e até mesmo o despenho de novas tecnologias. Um
estudo completo deverá conter temáticas de caráter técnico, componentes
socioeconômicos e ambientais. Existe até mesmo a necessidade de avaliar a evolução
histórica e as perspectivas futuras em um determinado local.
Todos os aspectos citados acima são desafios que os técnicos e outros
profissionais da área encaram diariamente. Sabemos que a melhor forma de conservar
energia é não a utilizar. No entanto, a sua disponibilidade é vital e diretamente ligada ao
desenvolvimento do econômico do país. Começaremos nosso estudo com um breve
histórico das leis e normas já adotadas.
2.1. HISTÓRICO
O Brasil possui várias instituições que lidam regularmente com o tema da
eficiência energética, tais como o Ministério de Minas e Energia, a Eletrobrás - Centrais
Elétricas Brasileiras S.A. empresa responsável pela execução do PROCEL, a Petrobras -
Petróleo Brasileiro S.A. empresa responsável pela execução do CONPET, a ANEEL,
responsável pela execução do Programa de Eficiência Energética das Concessionárias
Distribuidoras de Energia Elétrica – PEE, e as próprias concessionárias distribuidoras, o
Inmetro, responsável pela execução do Programa Brasileiro de Etiquetagem – PBE, e
algumas grandes empresas industriais, que possuem programas internos de conservação
de energia. Há outras instituições e empresas que lidam com o tema de forma
transversal ou mesmo esporadicamente.
Trataremos, na Seção 2.1.1, das leis, normas, resoluções e organismos de
controle e normativos criados no Brasil com o intuito de fomentar a eficientização
energética em diversos setores da economia brasileira. Tentaremos, na medida do
possível, trazer estes em ordem cronológica para tornar o desenvolvimento mais
didático, porém não sendo possível o leitor será avisado da falta de cronologia presente.
9
2.1.1. Horário de verão
O decreto nº 20.466 de 01/10/1931, foi um dos primeiros instrumentos legais
relacionados à eficiência energética. Ele instituiu o horário de verão, na forma que
conhecemos hoje, para os meses entre novembro de 1931 e março de 1932, em todo
território nacional.
2.1.2. Conselho nacional de águas e energia elétrica
O decreto nº 41.019 de 26/02/1957, que visava regulamentar os serviços voltados
à energia elétrica, criou o Conselho Nacional de Águas e Energia Elétrica – CNAEE,
que deveria propor medidas de eficientização energética do uso das instalações sob sua
supervisão.
2.1.3. PBE e PROCEL
Em 1984, o Inmetro iniciou com a sociedade a discussão sobre a criação de
programas de avaliação da conformidade com foco no desempenho, com a finalidade de
contribuir para a racionalização do uso da energia no Brasil através da prestação de
informações sobre a eficiência energética dos equipamentos disponíveis no mercado
nacional.
Atualmente, o PBE é composto por 38 Programas de Avaliação da
Conformidade em diferentes fases de implementação, que contemplam desde a
etiquetagem de produtos da linha branca, como fogões, refrigeradores e condicionadores
de ar até os veículos e as edificações.
Os programas do PBE são coordenados em parceria com o CONPET e o
PROCEL, duas iniciativas governamentais operacionalizadas, respectivamente, pela
Petrobras e pela Eletrobras.
O PROCEL foi criado pelo MME em dezembro de 1985 e é gerido por uma
secretaria executiva subordinada a Eletrobras. Atualmente possui diversos
subprogramas relacionados a seguir, onde é possível distinguir três grandes categorias:
educação, tecnologia e apoio a setores específicos.
• PROCEL Info - Centro Brasileiro de Informação de Eficiência Energética.
• PROCEL Edifica - Eficiência Energética em Edificações (Figura 2.2).
10
• PROCEL Selo - Eficiência Energética em Equipamentos (Figura 2.1).
• PROCEL Industria - Eficiência Energética Industrial.
• PROCEL Sanear - Eficiência Energética no Saneamento Ambiental.
• PROCEL EPP - Eficiência Energética nos Prédios Públicos.
• PROCEL GEM - Eficiência Energética Municipal.
• PROCEL Educação - Informação e Cidadania.
• PROCEL RELUZ - Eficiência Energética na Iluminação Pública e Sinalização
Semafórica.
O Selo PROCEL foi instituído em 1993 e anualmente é conferido aos
equipamentos (geladeiras e congeladores, lâmpadas fluorescentes compactas e reatores
eletrônicos, coletores solares e tanques de armazenamento, motores elétricos trifásicos,
aparelhos de ar-condicionado de parede e tipo split e ventiladores de teto que possuem
os melhores índices de eficiência energética.
Segundo o PROCEL estima-se que no ano de 2016 foram economizados
aproximadamente 15,15 bilhões de kWh decorrentes das ações implementadas,
equivalente a 3,29% do consumo total de energia elétrica no Brasil no período.
Figura 2.1 - Modelo de Selo PROCEL para equipamentos da linha branca
Fonte: PROCEL [39]
11
Figura 2.2 - Modelo de Selo PROCEL para edificações
Fonte: PROCEL [38]
2.1.4. CONPET
O CONPET - Programa Nacional da Racionalização do Uso de Derivados de
Petróleo e Gás Natural, foi criado em 18 de julho de 1991 por decreto presidencial. A
Gerência Executiva de Desenvolvimento Energético/Suporte ao CONPET é o setor da
Petrobras que exerce a função de Secretaria Executiva do CONPET.
Seu principal objetivo é incentivar o uso eficiente de fontes de energia não
renováveis4 no transporte, nas residências, no comércio, na indústria e na agropecuária,
estabelecendo convênios de cooperação técnica e parcerias com órgãos governamentais,
não-governamentais, representantes de entidades ligadas ao tema, também organizar e
promover projetos. São eles o Selo CONPET, CONPET Educação, EconomizAR e o
TransportAR.
2.1.5. A ANEEL e o PEE
Em 26 de dezembro de 1996 foi criada a Agência Nacional de Energia Elétrica,
através da lei nº 9.427 e regulamentada pelo decreto nº 2.335 de 06/10/97.
4 As fontes de energia não renováveis são finitas ou esgotáveis. Para a maioria delas, a reposição na
natureza é muito lenta, pois resulta de um processo de milhões de anos sob condições específicas de
temperatura e pressão.
12
Dentre as muitas atribuições da ANEEL destaca-se incentivar o combate ao
desperdício de energia no que diz respeito a todas as formas de produção, transmissão,
distribuição, comercialização e uso da energia elétrica.
Em 24/07/98 a resolução ANEEL nº 242 [15] cria a obrigação de investimento,
anual, pelas concessionárias de serviços públicos de energia elétrica, em ações
evolvendo eficiência energética de, no mínimo, 1% da recita operacional apurada no
ano anterior. Este pode ser considerado o nascimento de um embrião do PEE -
Programa de Eficiência Energética, o qual é gerido e supervisionado pela ANEEL.
Resoluções subsequentes como a nº 261, de 03/09/1999 [16] e a 271, de
19/07/2000 [21] vieram modificar algumas quantidades e medidas adotadas
anteriormente, mas, em linhas gerais, a obrigatoriedade de investimento em eficiência
energética foi mantida.
Podemos destacar como mudanças importantes a lei nº 9.999 de 24/07/2000, que
cria de maneira definitiva o PEE e a criação dos diversos manuais de elaboração do
PEE.
Abaixo estão relacionados alguns normas e resoluções mais importantes para
entender a evolução do PEE.
• Manual para Elaboração do Programa Anual de Combate ao Desperdício de
Energia Elétrica - Ciclo 2001/2002
• Manual para Elaboração do Programa de Eficiência Energética – Ciclo
2002/2003
• Lei nº 10.848, de 15 de março de 2004 - Tarifa Social
• Lei nº 11.465, de 28 de março de 2007
• Lei nº 12.212, de 20 de janeiro de 2010
2.1.6. Racionamento do ano 2000
Em 2000 a crise de abastecimento de energia elétrica levou à implantação de
ações que promoveram a racionalização do consumo de energia elétrica de maneira
rápida e emergencial, procurando assim, mitigar seu racionamento.
As Resoluções ANEEL nº 153, de 18/4/2001 [44] e nº 186, de 23/5/2001 [45],
alteraram os critérios de aplicação dos recursos em ações de combate ao desperdício de
13
energia elétrica para o ciclo 2000/2001, previamente estabelecidos na Resolução
271/00.
Com toda certeza, podemos dizer que a crise de abastecimento ocorrida naquele
ano afetou economicamente o país e trouxe o tema da eficiência energética e novas
tecnologias de geração distribuída para um lugar de destaque no pensamento do
empresário e da própria população brasileira. O fato é que este foi um marco nos
esforços de eficientização energética.
2.1.7. Lei nº 10.295/2001 - lei de eficiência energética
A lei nº 10.295, de 17 de outubro de 2001, dispõe sobre a Política Nacional de
Conservação e Uso Racional de Energia, estabelecendo níveis máximos de consumo
específico de energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos
fabricados ou comercializados no país. É a chamada Lei de Eficiência Energética.
Há dezenas de equipamentos etiquetados como, por exemplo, refrigeradores,
congeladores verticais e horizontais, máquinas de lavar roupa, condicionadores de ar,
motores elétricos trifásicos, lâmpadas fluorescentes compactas, aquecedores de água de
passagem, fogões e fornos domésticos a gás, entre outros. Em junho de 2012, iniciou-se
a gradativa retirada das lâmpadas incandescentes ineficientes do mercado, a começar
pelas de potência maior que 100 Watts. Conformo VIANA (2012), os benefícios
energéticos desta medida, nos próximos vinte anos, representarão cerca de 10 TWh/ano
[2].
2.1.8. Decreto nº4.059/2001 – CGIEE
O CGIEE - Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética foi
instituído por meio do decreto nº 4.059/2001. Tem por objetivo implementar o disposto
na Lei de Eficiência Energética. Suas principais atribuições são: regulamentar os níveis
máximos de consumo de energia ou mínimos de eficiência energética de aparelhos
consumidores de energia, estabelecer programas de metas com indicação da evolução
dos níveis a serem alcançados por cada equipamento regulamentado e constituir comitês
técnicos para analisar matérias específicas.
O CGIEE é estruturado por representantes de órgãos e entidades, sendo um do
Ministério de Minas e Energia, um do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e
14
Comércio Exterior, um da Agência Nacional de Energia Elétrica, um da Agência
Nacional do Petróleo, um representante de universidade brasileira e um cidadão
brasileiro, especialista em matéria de energia, a serem designados pelo Ministro de
Estado de Minas e Energia, para mandatos de dois anos, podendo ser renovados por
mais um período.
2.1.9. Empresa de Pesquisa Energética
A Empresa de Pesquisa Energética, instituída através da Lei nº 10.847, de 15 de
março de 2004, tem por finalidade prestar serviços na área de estudos e pesquisas
destinadas a subsidiar o planejamento do setor energético. Entre suas competências cabe
realizar estudos e projeções da matriz energética brasileira e a elaboração e publicação
do BEN - Balanço Energético Nacional.
A atuação da EPE no tema de eficiência energética tem como objetivos
principais promover estudos e produzir informações para subsidiar planos e programas
de desenvolvimento energético ambientalmente sustentáveis, inclusive, de eficiência
energética.
2.1.10. Plano nacional de energia
O Plano Nacional de Energia 2030 tem como objetivo, o planejamento de longo
prazo no setor energético do país, orientando tendências e balizando as alternativas de
expansão desse segmento nas próximas décadas.
É composto de uma série de estudos que buscam fornecer insumos para a
formulação de políticas energéticas segundo uma perspectiva integrada dos recursos
disponíveis. Esse documento, publicado oficialmente em 2007, embasa diversas
políticas voltadas a eficientização energética criando a meta de desafio de economizar
10% de energia no horizonte de 2030.
2.1.11. Plano nacional de eficiência energética
O Plano Nacional de Eficiência Energética, objetiva alinhar os instrumentos de
ação governamental, orientar a captação dos recursos, promover o aperfeiçoamento do
marco legal, constituir um mercado sustentável de eficiência energética e mobilizar a
15
sociedade brasileira no combate ao desperdício de energia, preservando recursos
naturais.
O objetivo do documento é apresentar as projeções de eficiência energética para
energia elétrica no período de 2010 até 2030 para o PNEf, discriminando os setores da
economia e partindo de premissas adotadas no PNE 2030 e no PDE 2019.
2.2. CONCEITOS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Eficiência energética é uma atividade que busca melhorar o uso das fontes de
energia.
A utilização racional de energia, chamada também simplesmente de eficiência
energética, consiste em usar de modo eficiente a energia para se obter um determinado
resultado. Adotaremos a definição de eficiência energética como a relação entre a
quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua
realização.
O entendimento de eficiência energética é como um processo associado a um
menor uso de energia por cada unidade de produção. Assim, mais relevante é a apuração
de indicadores que expressem a variação na eficiência energética. De acordo com EPE
(2010), esses indicadores são em geral agrupados em quatro categorias principais [23]:
• Termodinâmicos: baseados inteiramente na ciência da termodinâmica, indicam
a relação entre o processo real e o ideal quanto à necessidade de uso de energia.
• Físicos-termodinâmicos: consideram a quantidade de energia requerida em
unidades termodinâmicas, mas as saídas (produtos) são expressas em unidades
físicas.
• Econômicos-termodinâmicos: têm como referência a energia requerida em
unidades termodinâmicas, mas os produtos são expressos em unidades
econômicas (valores monetários).
• Econômicos: tanto a energia requerida como os produtos são expressos em
grandezas econômicas.
Nesse trabalho buscaremos deixar claro os indicadores que utilizaremos para
tornar a leitura mais didática e simples.
16
2.2.1. Indicadores de eficiência energética
Selecionamos para este trabalho alguns dos indicadores apresentados pelo IAEA -
International Atomic Energy Agency em 2005 [40] e utilizados pela EPE
frequentemente, estes seguem indicados na Tabela 2.1.
Tabela 2.1 - Indicadores Energéticos
Indicador Expressão Unidade
Consumo final per
capta
Consumo final de eletricidade
por habitante. kWh/hab
Consumo final por
domicílio
Consumo final de eletricidade
por domicílio. kWh/dom
Intensidade energética Consumo final de energia por
unidade de valor adicionado. MWh/R$ ou tep/R$
Consumo específico Consumo final de energia por
unidade física de produto. MWh/ton ou tep/ton
Fonte: IAEA (2005) [40]
2.2.2. Progressos autônomo e induzido
A avaliação da eficiência energética aqui realizada considerou a existência de
dois movimentos, conforme o documento do MME (2011) [4].
1. Denominado tendencial, corresponde ao aumento da eficiência em uma
trajetória do tipo ‘business as usual’5 e inclui a reposição tecnológica pelo término da
vida útil6 de equipamentos e os efeitos de programas e ações de conservação já em
prática no país.
2. Denominado progresso induzido, refere-se à instituição de programas e ações
adicionais orientados para determinados setores devido às políticas públicas.
5 A normal execução de operações dentro de uma organização ou setor, independente das circunstâncias
atuais.
6 Vida útil, expressa a durabilidade de qualquer coisa, como um determinado aparelho, objeto ou
alimento
17
2.2.3. Aspectos demográficos e comportamentais
Ao se avaliar a eficiência energética de um local ou setor, até mesmo o país com
o um todo, devemos levar em conta o crescimento do consumo por diversos fatores,
que, em geral, se resumem em econômicos ou demográficos. Quando pensamos no
Brasil, por exemplo, temos que levar em conta o crescimento populacional e produtivo
ao longo do período de estudo, analogamente, se pensamos em uma atividade
comercial, podemos pensar em alterações sancionais devido às datas especiais ou, um
bem-vindo crescimento da demanda do produto ou serviço oferecido.
Como vimos há uma preocupação constante no que tange ao consumo de energia
elétrica. Existem programas e selos que incentivam a produção de equipamentos
elétricos cada vez mais eficientes. Estudos comprovam que a utilização correta de
componentes elétricos e eletrônicos adequados contribui para uma melhor utilização da
energia elétrica nos equipamentos, mas o maior responsável pela redução de energia
elétrica, sem dúvidas é o consumidor final.
O uso consciente de energia elétrica é importante por dois fatores: preserva os
recursos naturais e ainda contribui com a economia na fatura da conta de energia.
Medidas simples de consumo consciente podem ser tomadas para economizar energia.
Em uma pesquisa com brasileiros sobre práticas sustentáveis no consumo de energia
elétrica consideradas de fácil ou de difícil adoção, realizada em 2012, o MMA –
Ministério do Meio Ambiente [32] divulgou o seguinte resultado - Figura 2.3.
Figura 2.3 - Classificação quanto ao consumo familiar - adoção e prática de hábitos por
grau de dificuldade
Fonte: MMA (2012) [32]
18
Fica claro que medidas simples tomadas por indivíduos tem uma importância
elevada no cenário geral. O MMA propôs apenas algumas medidas simples para
consumidores residenciais, mas podemos estender o raciocínio de medidas simples e
individualizadas para outros setores, com destaque para o setor comercial e de serviços,
que como podemos ver na Figura 1.1, tem grande potencial não aproveitado de
eficientização energética.
2.3. HÁBITOS DE CONSUMO
O estudo dos hábitos de consumo de energia elétrica, nas suas mais diversas
formas, é de importância vital no que tange a eficiência energética da sociedade. O nível
de penetração de determinadas tecnologias e as características de uso de
eletrodomésticos, iluminação, condicionamento de ar e aquecimento de água, quando se
trata de consumo residencial, por exemplo, é determinante nesse setor. Diferentes
setores possuem suas características de consumo distintos.
2.3.1. Consumo residencial
A ‘Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso’, realizada em conjunto
pelo PROCEL, no ano de 2005, nos traz o cenário de consumo do brasileiro [33]. Nele
podemos verificar que os maiores consumos residenciais são, sem dúvida, o
aquecimento de água, o condicionamento ambiental e a refrigeração (geladeiras e
freezers). A Figura 2.4 mostra o perfil completo.
Figura 2.4 - Consumo por uso final na carga residencial
Fonte: PROCEL (2007) [33]
Ainda na mesma pesquisa podemos avaliar a posse e uso de iluminação
incandescente e fluorescente nas residências (Figura 2.5), onde notamos a grande
19
utilização de lâmpadas incandescentes, na data da publicação. Esse cenário tende a se
modificar drasticamente em razão da Portaria Interministerial MME/MCTI e MDIC nº
1.007/2010, que bane a fabricação de lâmpadas incandescentes. Assim é certa a
substituição dessas por suas equivalentes fluorescentes ou com tecnologia LED.
Figura 2.5 - Posse média e uso de lâmpadas nos domicílios brasileiros
Fonte: PROCEL (2007) [33]
Outro fato interessante a ser analisado é a idade dos equipamentos de
refrigeração que, em geral, possuem uma longevidade bastante elevada, se comparada
com outros eletrodomésticos sendo que 59,4% dos refrigeradores possuem mais de 5
anos de uso, algo que também ocorre com 43,8% dos equipamentos de ar-
condicionados [33]. Assim notamos que mesmo que ocorram mudanças tecnológicas no
sentido de aumentar a eficiência energética desses equipamentos, ainda teremos que
esperar por um período de tempo para notarmos uma melhoria nos padrões de eficiência
geral.
A Nota Técnica DEA 13/15, mostra que tais fatores de persistência da tecnologia
devem ser levados em conta quando tentamos prever o consumo e eficiência energética
futura [5]. Assim podemos mensurar o impacto das medidas de eficiência energética.
No aquecimento de água, existe a predominância do chuveiro elétrico, que está
presente em aproximadamente 73% dos domicílios. O tempo de banho do brasileiro
varia, sendo que 48,3% demoram até 10 minutos e outros 19,9% demoram entre 10 e 20
minutos no banho [33].
Adicionalmente devemos ressaltar um grande consumidor oculto de energia, o
‘modo standby’. O modo standby significa que o aparelho está temporariamente em
20
repouso, ou seja, ele não está desligado, continua consumindo energia e está aguardando
algum comando para que o equipamento exerça sua função principal. Conforme
RODRIGUES (2009), o consumo devido a esse fator pode variar entre 3% e 7% do
consumo de uma residência [34].
2.3.2. Consumo comercial
O setor comercial é muito variado e possui diferentes características de consumo
a depender do tipo de atuação que determinada empresa exerce. Assim sabemos que
hotéis e hospitais têm perfis de consumo muito distintos.
O estudo do PROCEL, ‘Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso –
Classe comercial’, de 2008, nos traz o cenário brasileiro do setor em relação ao
consumo de eletricidade, dividido em seus diversos usos finais de energia [35]. No
estudo podemos verificar a predominância da utilização de sistemas individuais de
parede e split para os sistemas de condicionamento ambiental, como pode ser visto na
Figura 2.6.
Figura 2.6 - Percentual de empresas que dispõem de sistemas de ar-condicionado e/ou
ventilação
Fonte: PROCEL (2008) [35]
Outro ponto a se destacar na pesquisa é a utilização de transporte vertical, em
especial elevadores e escadas rolantes, presentes em 41,1% e 6,4%, respectivamente,
das empresas avaliadas, sendo que em 84,8% dos casos os equipamentos possuem
menos de 100 CV [35].
No tocante a iluminação temos grande penetração da tecnologia de lâmpadas
fluorescentes tubulares e compactas, presentes respectivamente em 72,5% e 15,8% das
instalações [35].
Destacamos ainda que, quando perguntadas, 64,5% das empresas pesquisadas
colocariam a eficiência energética entre as duas prioridades da instalação [35]. Indo
21
mais além, foi avaliado o tempo de retorno considerdo razoável por essas empresas para
implementação de projetos em eficiência energética, sendo os resultados dispostos na
Figura 2.7.
Figura 2.7- Percentual de empresas por tempo de retorno para projetos de eficiência
energética
Fonte: PROCEL (2008) [35]
2.3.3. Consumo industrial
O estudo do PROCEL, ‘Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso –
Classe industrial’, de 2008, nos traz o cenário brasileiro do setor em relação ao consumo
de eletricidade, dividido em seus diversos usos finais de energia, representados na
Figura 2.8. Detecta-se o uso intenso da fonte na força motriz e a eletrotermia7, que
também contribui com percentual significativo no uso da eletricidade [36].
Figura 2.8 - Distribuição do consumo de energia elétrica por uso final na indústria
Fonte: PROCEL (2008) [36]
A pesquisa detecta que 38,7% das indústrias declaram utilizar a eletrotermia de
alguma forma. O percentual significativo provavelmente é resultado do período em que
políticas governamentais incentivaram o uso da energia elétrica para aquecimento e
geração de vapor, com tarifas diferenciadas [36]. Esse é um ponto que tem grande
potencial de melhoria na eficiência energética.
7 Produção de calor que utiliza a eletricidade como fonte geradora.
22
Assim como no caso do setor comercial, o estudo avalia que 57,3% das
industrias colocam a eficiência energética entre as duas maiores prioridades. Porém
cabe ressaltar que, os projetos de eficiência proporcionam diferentes retornos para
setores diversos da indústria, ficando aberto para estudo e avaliação caso a caso. Os
tempos de retorno do investimento considerados razoáveis estão em sua maioria abaixo
dos 3 anos [36].
23
CAPÍTULO 3. REVISÃO TEÓRICA E FATORES QUE
INFLUENCIAM A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
3.1. REVISÃO SOBRE REFRIGERAÇÃO E AR-CONDICIONADO
Os sistemas de condicionamento de ar são responsáveis pela manutenção dos
níveis de temperatura e umidade de um ambiente, de forma a atender as condições de
conforto dos ocupantes ou às necessidades de um processo produtivo. O custo de
operação destes sistemas pode ser bastante significativo em algumas indústrias e
principalmente, em edifícios comerciais. Portanto, a racionalização do uso de energia
deve ser uma premissa, tanto no projeto, quanto na operação e manutenção dos sistemas
de ar-condicionados.
Medidas para uso racional de energia devem ser levadas em consideração
durante o próprio projeto de uma edificação. Equipamentos e componentes de
condicionamento de ar mais eficientes poderão melhorar as condições de conforto na
edificação, ao mesmo tempo em que consumirão menos energia.
Vamos começar uma revisão, buscando apresentar os principais conceitos
necessários para o correto dimensionamento e avaliação eficiência de aparelhos e
sistemas de condicionamento de ar.
3.1.1. Requisito de acesso
Considera-se o ar seco quando todo vapor d'água e contaminantes são removidos
do ar atmosférico. As quantidades relativas aos diversos constituintes do ar estão
apresentadas na Tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Componentes do ar seco
Componentes % Volume % Peso
Nitrogênio 78,09 75,52
Oxigênio 20,95 23,15
Argônio 0,93 1,28
Dióxido de carbono 0,03 0,04
Neônio, Hidrogênio, Hélio, Criptônio,
Ozônio, etc. Traços leves
Fonte: PORTAL SÃO FRANCISCO [24]
24
O ar atmosférico pode ser considerado uma mistura de ar seco, vapor d'água e
impurezas. Embora a composição do ar seco permaneça relativamente constante, a
quantidade de vapor d'água no ar atmosférico varia consideravelmente por ser
condensável a pressões e temperaturas usuais, razão pela qual as quantidades de ar
úmido devem ser expressas de tal maneira que as quantidades relativas de vapor d'água
e ar seco sejam sempre indicadas.
Para efeito do estudo dos processos normalmente encontrados no campo da
psicrometria, o ar úmido8 é formado pela mistura de dois gases: o vapor d'água e o ar
seco. Esta aproximação é válida em ampla faixa de temperatura, considerando que as
condições ambientes estão bastante longe das propriedades críticas dos componentes do
ar seco.
As propriedades do ar úmido são normalmente apresentadas na forma de tabelas
termodinâmicas ou cartas psicrométricas9, mas por razões didáticas apresentaremos
algumas as equações a seguir.
3.1.1.1. Pressão do vapor de água no ar úmido
A pressão exercida pelo ar úmido obedece praticamente à lei da mistura de gases
perfeitos, que é dada por MATOS (2010) [25]:
(1)
Sendo:
p - Pressão total da mistura;
- Pressão parcial do ar seco;
- Pressão parcial do vapor d'água.
Para o ar saturado10 podem ser utilizadas as tabelas de dados psicrométricos,
para a determinação da pressão de vapor d'água e, quando o ar não estiver saturado. A
Equação (2), pode ser usada para o seu cálculo.
8 Ar atmosférico onde se encontra uma mistura de ar seco e vapor d’água. 9 O diagrama psicrométrico relaciona temperatura, umidade, densidade e entalpia, permitindo analisar a
variação de energia envolvida na mudança das características físicas do ar[Wikipédia]
25
(2)
Sendo:
- Pressão de vapor d'água, Pa;
- Pressão de saturação do vapor d'água (quando umidade relativa é 100%), Pa;
- Pressão barométrica, Pa;
- Constante para psicrômetro giratório e > 0 , 6.66 ;
- Temperatura de bulbo seco, ;
- Temperatura de bulbo úmido, .
3.1.1.2. Umidade Específica
A umidade específica é dada pela Equação (3) [25].
(3)
Sendo:
- Umidade específica, kg;
- Massa de vapor d'água, kg;
- Massa de ar seco, kg.
Aplicando-se a lei geral dos gases perfeitos, a umidade específica pode ser
apresentada em termos da pressão barométrica , e da pressão parcial de vapor ,
através da Equação (4) [25].
(4)
10 Caso onde teor de umidade corresponda a 4% do volume de ar atmosférico (limite para o ar a pressão
de 1atm).
26
3.1.1.3. Umidade Relativa
É a relação entre a pressão parcial de vapor d'água na mistura, a uma
determinada temperatura e a pressão parcial que o vapor d'água teria, se a mistura
estivesse saturada à mesma temperatura e pressão total da mistura, conforme a Equação
(5).
(5)
Naturalmente, a umidade relativa varia entre 0 e 1 e, por isso, é hábito fornecer o
valor de em porcentagem. Assim, = 0 está reservado para o ar seco, enquanto que
= 100% indica que o ar úmido está saturado [25].
3.1.1.4. Temperatura de bulbo seco
Conforme mencionado pelo PROCEL (2011) [17], é a temperatura medida por
um termômetro sensível, limpo, seco, protegido contra irradiações, não sendo afetado
pelo vapor d'água do ar.
3.1.1.5. Temperatura de bulbo úmido
É a temperatura do ar indicada por termômetro comum, exposto a uma corrente
de ar cujo bulbo esteja coberto por um tecido poroso umedecido. Para o ar saturado as
temperaturas de bulbo seco e úmido são coincidentes [17].
O aparelho utilizado para medir a temperatura de bulbo úmido é denominado de
psicrômetro (Figura 3.1), que também fornece a temperatura de bulbo seco.
27
Figura 3.1– Psicrômetro
Fonte: P.F.BLOG [6]
3.1.1.6. Entalpia
A entalpia é uma variável termodinâmica de posição ou de quantidade. A
diferença de entalpia representa a quantidade de calor trocado pelo ar (mistura ar -
vapor) entre duas posições. A entalpia pode ser calculada, de forma aproximada, pela
Equação (6) [25].
(6)
Sendo:
- Entalpia;
- Temperatura de bulbo seco, ;
- Umidade específica, kg;
3.1.2. Conforto térmico
Sabemos que diversos fatores influem sobre o conforto térmico do ser humano:
temperatura, geração e controle do calor no corpo humano, umidade perdida pelo corpo,
movimentação do ar, ação de superfícies quentes ou frias no espaço, tipo de atividade,
clima, época do ano, roupa, entre outros.
28
O corpo humano comporta-se como uma máquina térmica em que o combustível
é o alimento. O calor gerado pelo metabolismo é eliminado por convecção, radiação e
evaporação, ou também pode receber calor conforme a reação sobre ele, onde a equação
do balanço térmico é dado pela Equação (7) [25].
(7)
Sendo:
- Calor produzido pelo metabolismo;
- Variação de energia térmica do corpo;
- Calor trocado (perdido ou recebido) por convecção entre o corpo e o ar;
- Calor trocado (perdido ou recebido) por irradiação;
- Perda de calor trocado por evaporação.
Sendo o conforto térmico humano afetado por muitas variáveis já que ele é
função do metabolismo, não é possível se estabelecer regras fixas.
Os melhores resultados são obtidos com condições aproximadas para as quais a
maioria dos ocupantes de um ambiente se sinta confortável.
As temperaturas de conforto usualmente são representadas como uma região na
carta psicrométrica (Figura 3.2), levando em conta variáveis como temperatura de bulbo
seco, temperatura de bulbo úmido, umidade relativa, umidade específica, entalpia, entre
outras.
29
Figura 3.2 - Carta psicrométrica, como destaque para a zona de conforto
Fonte: HANDS DOWN, software [26]
A Figura 3.3, apresenta de forma esquemática as principais linhas de uma carta
psicrométrica, com as respectivas grandezas termodinâmicas.
Figura 3.3 - Leitura de uma carta psicrométrica
Fonte: MATOS (2010) [25]
30
3.1.3. Ciclo de refrigeração com equipamentos básicos
O ciclo teórico simples de refrigeração por vapor é mostrado na Figura 3.4. Um
esquema básico com os componentes principais de um sistema frigorífico suficientes
para obter o ciclo, também está representado.
Figura 3.4 - Ciclo frigorífico teórico e equipamentos utilizados
Fonte: adaptado pelo autor
3.1.4. Rendimento dos equipamentos de condicionamento de ar
Conforme PROCEL (2011) [17], o rendimento de um equipamento de ar-
condicionado pode ser expresso pelo seu COP - Coeficiente de Performance, razão de
eficiência energética (Energy Eficiency Rate - EER) ou através da relação kW/TR, onde
TR é tonelada de refrigeração.
O índice EER é expresso em BTU/W/h, e relaciona a energia útil produzida com
o trabalho de compressão despendido. Já o COP trabalha com a energia útil removida
do ambiente e a potência requeria pelo compressor para realizar esta tarefa.
Para fazermos as conversões entre estas três formas de representação de
rendimento utilizamos as Equações (8), (9) e (10).
(8)
31
(9)
(10)
Uma fonte confiável sobre valores de eficiência comparativa para equipamentos
de ar-condicionado é o Inmetro, por meio do PBE, o qual, fornece informações que
permitem avaliar o consumo de energia dos equipamentos. Assim através do selo
PROCEL, o consumidor pode adquirir aqueles com maior eficiência. Mostrados de
forma resumida, na Tabela 3.2 e na Tabela 3.3, respectivamente, a classificação dos
equipamentos de ar-condicionado do tipo janela e split (hi-wall).
Tabela 3.2 - Eficiência Energética em ar-condicionado de janela.
Classes COP (W\W)
Categoria 1
≤ 9.000 Btu/h
Categoria 2
9.001 a 13.999 Btu/h
Categoria 3
14.000 a 19.999 Btu/h
Categoria 4
≥ 20.000 Btu/h
A ≥ 2.93 ≥ 3.03 ≥ 2.88 ≥ 2.82
B ≥ 2.84 ≥ 2.94 ≥ 2.71 ≥ 2.65
C ≥ 2.76 ≥ 2.86 ≥ 2.59 ≥ 2.48
D ≥ 2.68 ≥ 2.78 ≥ 2.45 ≥ 2.30
Fonte: PROCEL (2017) [41]
Tabela 3.3 - Eficiência Energética em ar-condicionado split tipo hi-wall.
Classes COP (W\W)
A 3.23 ≤ COP
B 3.02 ≤ COP < 3.23
C 2.81 ≤ COP < 3.02
D 2.60 ≤ COP ≤ 2.81
Fonte: PROCEL (2018) [42]
3.1.5. Dimensionamento simplificado da refrigeração
A ABNT NBR 16401 não normatiza exigências para sistemas de potência
inferior a 10 TR, por essa razão os sistemas de ar-condicionado tipo split não são
incluídas no seu escopo. Partiremos para uma abordagem utilizada de acordo WEB AR-
CONDICIONADO [27], que nos traz resultados, em geral, muito parecidos com o que é
obtido utilizando a ABNT NBR 16655.
32
Para se dimensionar um sistema de refrigeração deve-se saber a condição de
insolação do ambiente. No caso de insolação direta (ou cobertura) deve-se adicionar 800
Btu/h para cada metro quadrado. Não tendo insolação direta e não sendo cobertura, para
cada metro quadrado deve-se adicionar 600 Btu/h [27].
Após calcular a carga térmica relacionada à área do ambiente, deve-se considerar
a quantidade de pessoas que utilizarão o espaço. Para cada pessoa, deve-se adicionar
600 Btu/h (não contando a primeira pessoa) considerar-se também a quantidade de
equipamentos eletrônicos que emitam calor, como computadores e geladeiras. De modo
geral, associa-se 600 Btu/h para cada equipamento, mas esse valor pode ser modificado
caso seja conhecida a verdadeira carga térmica do equipamento.
3.1.6. Eficiência energética na refrigeração
Em geral as medidas de eficientização do condicionamento de ar são bastante
conhecidas:
• Regular o termostato para uma temperatura que proporcione conforto.
• Limpar frequentemente os filtros.
• Manter fechadas as portas e janelas dos ambientes refrigerados.
• Utilizar iluminação eficiente, de modo que esta contribua pouco como carga
térmica no ambiente.
• Desligar o sistema de refrigeração quando as pessoas se ausentarem por longo
tempo.
3.2. REVISÃO SOBRE AQUECIMENTO DE ÁGUA
De acordo com pesquisa do PROCEL ‘Pesquisa de Posse de Eletrodomésticos e
Hábitos de Uso’, de 2007 [33], a energia elétrica é a forma de energia
preponderantemente utilizada para o aquecimento de água para banho na maioria
absoluta (73%) dos domicílios brasileiros, mesmo que expressiva parcela de domicílios
não possui equipamento para aquecer a água (18,2%). Há, portanto, um grande
potencial para a penetração de sistemas de aquecimento baseados em energia solar, por
exemplo.
Na Figura 3.5, observamos que, segundo estudos do EPE (2012) [20], é esperado
que, apesar do crescimento em números absolutos do número de domicílios com água
33
aquecida, proveniente de chuveiros elétricos, teremos uma maior incursão do
aquecimento de água através de gás natural e aquecedores solares, principalmente.
A utilização do chuveiro elétrico não é o ideal para mantermos a eficiência
energética de qualquer instalação em níveis aceitáveis, já que o aquecimento através de
resistência elétrica tem o rendimento baixo garças, principalmente, a perdas
termodinâmicas do processo.
Figura 3.5 - Distribuição de energéticos para aquecimento de água – valores em mil
unidades
Fonte: EPE (2012) [20]
3.2.1. Boilers
Boilers são aquecedores de acumulação, tem um formato muito característico:
uma espécie de grande cilindro metálico. A água fica acumulada dentro deste cilindro e
permanece aquecida por resistências elétricas.
A utilização deste tipo de tecnologia apresenta grandes desvantagens quando
pensamos no grande consumo de energia apresentado, posto que ele trabalha
ininterruptamente para manter a água aquecida.
Existe ainda a possibilidade de utilizar os boilers elétricos em conjunto com
aquecedores solares, em uma configuração híbrida que aumenta a eficiência energética e
garante o suprimento da demanda de água aquecida.
34
3.2.2. Aquecedores solares
Esses aquecedores têm ganhado bastante espaço nos últimos anos e mais
recentemente têm sempre sido cogitados como uma forma de melhorar a eficiência
energética das construções, tornando-as mais sustentáveis. O sistema exige espaço e
exposição à insolação, por isso é vantajoso para construções com telhados e lajes
grandes e como pouco sombreamento. O dimensionamento do sistema exige alguns
cálculos expostos logo abaixo.
3.2.2.1. Dimensionamento de um sistema de aquecimento d’água solar
Primeiro devemos estimar o consumo diário de água aquecida no local. Este
cálculo é feito através da Equação (11), conforme SILVA (2014) [14]:
• Calculo de volume de consumo
(11)
Onde,
é o volume total de água quente consumido diariamente (m³);
é a vazão do chuveiro (m³/s);
é o tempo médio de um banho (s);
é a quantidade média de banhos por dia.
Em um projeto de aquecimento de água por aquecedores solares, é importante
notarmos que teremos ao menos todo o período da noite onde não poderemos contar
com a luz do sol. Ainda temos que levar em conta dias nublados e mudanças climáticas
diversas que impossibilitam o funcionamento do sistema em condições ideais, assim é
imprescindível a utilização de armazenadores de água aquecida.
O dimensionamento do armazenamento de água é mostrado na Equação (12)
[14]:
• Cálculo do volume do sistema de armazenamento
35
(12)
Onde,
é o volume do sistema de armazenamento (m³);
é a temperatura de consumo da água quente (ºC).
é a temperatura média anual do local. No nosso caso obtivemos 23,15ºC para
o Rio de Janeiro segundo a CLIMATE-DATA (2018) [11];
é a temperatura de armazenamento de água, sugerida entre 42 e 50ºC [14].
Usaremos 45ºC.
Agora finalmente trataremos de determinar o número de coletores solares
seguindo os passos abaixo.
Calcular a demanda de energia útil, de acordo com a Equação (13) [14]:
(13)
Onde,
é a massa específica da água, igual a, aproximadamente, 1.000 kg/m³;
é o calor específico da água, igual a 4,18 KJ/kg.
Para conhecer as perdas térmicas do sistema, é usual utilizar a simplificação
, expressa em kWh/dia.
Finalmente, calculamos a área para alocar os coletores, expressa em m²,
conforme a Equação (14) [14]:
(14)
Onde,
36
é o fator de correção para inclinação e orientação do coletor solar, calculada de
acordo com a Equação (15).
é a produção média diária de energia específica do coletor solar (kWh/m²),
calculado de acordo com a Equação (16).
é a irradiação global média anual para o local da instalação, no caso do Rio de
Janeiro 5.18kWh/m²dia.
O valor de é dado pela equação (15) [14]:
(15)
Sabendo que γ é o ângulo de orientação dos coletores; β é a inclinação do coletor
em relação ao plano horizontal; e é o valor da inclinação recomendada para o
local da instalação, sendo esta igual ao valor de módulo da latitude local somado 10º.
Para a produção média diária de energia específica (PMDEE), a equação
utilizada é:
(16)
Onde, é o coeficiente de ganho do coletor solar e é o coeficiente de
perdas, ambos dados específicos de cada coletor solar.
3.3. REVISÃO SOBRE ILUMINAÇÃO
Uma combinação de lâmpadas, reatores e refletores eficientes, associados a
hábitos saudáveis na sua utilização, pode ser aplicada para reduzir o consumo de energia
elétrica. Deve-se escolher corretamente a modalidade de iluminação, os tipos de
lâmpadas e luminárias, potência, quantidade, localização, distribuição, entre outros, de
modo a otimizar o consumo, sem comprometer a atividade desenvolvida no local
Nas próximas Seções são apresentadas as definições básicas, os sistemas de
iluminação existentes e aspectos relacionados com a conservação de energia elétrica.
37
3.3.1. Luz - espectro eletromagnético
O espectro eletromagnético11contém uma série de radiações, que são fenômenos
vibratórios, cuja velocidade de propagação ( ) é constante e que diferem entre si por sua
frequência ( ) e por seu comprimento de onda (λ), tal que .
Para o estudo da iluminação, é especialmente importante o grupo de radiações
compreendidas entre os comprimentos de onda de 380 e 780 nanômetros, pois elas são
capazes de estimular a retina do olho humano. Assim conhecemos essa faixa do
espectro eletromagnético como “luz visível”. Outras faixas e o espectro completo é
mostrado na Figura 3.6.
Figura 3.6 - Espectro eletromagnético
Fonte: RURYK (2010) [7]
3.3.2. Eficiência luminosa de uma fonte
Uma forma de mensurar a EL - Eficiência luminosa é dada pela Equação (17),
onde o quociente do fluxo luminoso (φ) total emitido por uma fonte de luz em lúmens e
a potência (P) por ela consumida em Watts, resulta na eficiência dessa, conforme
VIANA (2012) [2].
(17)
11 É o intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética. O espectro
eletromagnético se estende desde as ondas de baixa frequência, ondas de rádio, até as de maior frequência
como as da radiação gama
38
Para exemplificar, segundo EMPALUX (2017) [9], uma lâmpada incandescente
(Seção 3.3.5) de 60 W que produz um fluxo luminoso de 864 lúmens, possui uma EL de
14,4 lm/W ; por outro lado, uma lâmpada fluorescente compacta de 15 W, que produz
um fluxo luminoso de 841 lúmens, possui uma EL de 56,1 lm/W [9].
3.3.3. Iluminância
A iluminância (E) é definida como sendo o fluxo luminoso incidente por
unidade de área iluminada [2]. A unidade de medida usual é o lux (lx), definido como
sendo a iluminância de uma superfície plana, de área igual a 1 m2, que recebe, na
direção perpendicular, um fluxo luminoso igual a 1 lm, uniformemente distribuído.
Considerando-se os ambientes de trabalho, a iluminância é definida como
iluminância média no plano de trabalho, cujos valores são recomendados pela NBR-
5413 [46]. O luxímetro é o instrumento utilizado para medição de iluminâncias em
ambientes com iluminação natural e/ou artificial.
3.3.4. Luminância
A luminância (L) de uma superfície é uma medida da luminosidade que um
observador percebe refletido desta superfície. A unidade usual é a candela por metro
quadrado – cd/m2 [2].
3.3.5. Equipamentos de iluminação
3.3.5.1. Reator
Equipamento que limita a corrente em uma lâmpada fluorescente (página 40) e
também fornece a tensão adequada para dar partida na lâmpada. Pode ser do tipo
eletromagnético ou eletrônico, com partida rápida ou convencional, e com alto ou baixo
fator de potência. Podemos ver um modelo deste equipamento na Figura 3.7.
39
Figura 3.7 - Reator para lâmpadas fluorescentes
3.3.5.2. Starter
Equipamento que fecha o circuito de partida convencional da lâmpada
fluorescente para aquecer os filamentos, e depois abre o circuito para a partida da
lâmpada. Podemos ver um modelo deste equipamento na Figura 3.8.
Figura 3.8 - Starter para lâmpada fluorescente
3.3.5.3. Lâmpadas incandescentes
Muito utilizada no passado, está entrando em desuso por ser pouco eficiente,
mas ainda é largamente encontrada em todos os tipos de instalação. Teve sua fabricação
interrompida através da Portaria Interministerial MME/MCTI e MDIC nº 1.007/2010.
A iluminação incandescente resulta da incandescência de um fio, em geral de
tungstênio trefilado, percorrido por corrente elétrica, devido ao seu aquecimento,
quando este é colocado no vácuo ou em meio gasoso, geralmente, mistura de argônio,
nitrogênio e criptônio.
Não será avaliada a fundo no projeto pois, a eficiência luminosa da lâmpada
incandescente é baixa sendo que, a maior parte da energia consumida é transformada em
calor. Podemos avaliar as lâmpadas incandescentes mais comuns através dos dados
encontrados na Tabela 3.4.
40
Tabela 3.4 - Dados das lâmpadas incandescentes mais comuns
Potência
(W)
Vida mediana 12(h)
Fluxo luminoso
( )
Eficiência luminosa
( )
40 1000 628 12,56
60 1000 864 14,4
75 1000 930 12,4
Fonte: EMPALUX (2017) [9]
3.3.5.4. Lâmpadas fluorescentes
São lâmpadas de descarga de baixa pressão, onde a luz é produzida por pós
fluorescentes que são ativados pela radiação ultravioleta da descarga.
Podemos ver na Figura 3.9 o aspecto geral de uma lâmpada fluorescente tubular.
O bulbo é recoberto internamente com um pó fluorescente ou fósforo que, compostos,
determinam a quantidade e a temperatura de cor da luz emitida.
Figura 3.9 - Lâmpada fluorescente tubular
Figura 3.10 - Lâmpada fluorescente compacta
As lâmpadas fluorescentes tubulares podem ainda possuir os eletrodos quentes
com ou sem pré-aquecimento. No caso com pré-aquecimento, a lâmpada necessita de
um reator e de um starter. Nas de catodos quentes sem pré-aquecimento, é necessário
um reator de partida de construção especial.
Dentro da classe de lâmpadas fluorescentes ainda existe as lâmpadas
fluorescentes compactas (Figura 3.10), que possuem tamanho reduzido, criadas para
substituir as lâmpadas incandescentes em muitas aplicações e possuindo as vantagens de
12 Número de horas decorrido quando ainda 50% das lâmpadas ensaiadas permanecem acessas.
41
maior vida mediana e menor consumo para um mesmo fluxo luminoso. Vemos na
Tabela 3.5 alguns dados que comprovam esse aspecto.
Tabela 3.5 - Dados de algumas lâmpadas fluorescentes mais comuns
Lâmpada
Fluorescente
Potência
(W)
Vida mediana
(h)
Fluxo luminoso
( )
Eficiência luminosa
( )
Compacta 11 6000 566 51,45
Compacta 15 6000 841 56,1
Compacta
espiral 40 6000 2560 64
Tubular 20 8000 1100 55
Tubular 40 8000 2600 65
Fonte: EMPALUX (2017) [9]
Segundo o Programa Brasileiro de Etiquetagem, uma lâmpada fluorescente
compacta precisa atender aos seguintes requisitos, que levam em conta a potência e o
fluxo luminoso, para receber o selo13 ‘A’ do PROCEL (2004) [22].
• Se for lâmpada fluorescente sem reator integrado
(18)
• Outras lâmpadas
(19)
Para as outras categorias (de ‘B’ até ‘G’) precisamos fazer mais uma conta e
verificar na Tabela 3.6 os resultados encontrados.
(20)
13 Índices de consumo e desempenho energético para cada categoria de equipamento, é dividido em
melhor desempenho energético ou ‘A’ até, sequencialmente, o pior desempenho ‘G’.
42
Tabela 3.6 - Classificação PROCEL para lâmpadas fluorescentes compactas
Índice de
Eficiência
Energética (I)
Classe
I ≤ 60 % B
60 % ≤ I < 80 % C
80 % ≤ I < 95 % D
95 % ≤ I < 110 % E
110% ≤ I < 130 % F
130% ≤ I G
Fonte: PROCEL (2004) [22]
3.3.5.5. Lâmpadas halógeneas
As lâmpadas halógeneas pertencem à família das lâmpadas incandescentes, mas
tem uma construção especial. Contêm halogênio adicionado ao gás criptônio dentro do
bulbo, e funcionam sob o princípio de um ciclo regenerativo que tem como funções
evitar o escurecimento, aumentar a vida mediana e a eficiência luminosa da lâmpada.
Muito utilizadas em iluminação de fachadas, áreas de lazer, artes gráficas,
teatros, estúdios de TV, faróis de automóveis, entre outras, possuem uma vida médiana
um pouco maiores e uma eficiência luminosa muito próxima à incandescente comum
como podemos ver na Tabela 3.7.
Vale lembrar que esse tipo de lâmpada não é certificado pelo Inmetro com o selo
PROCEL, da mesma forma que as lâmpadas incandescentes comuns.
Tabela 3.7 - Dados das lâmpadas halógeneas mais comuns
Potência
(W)
Vida mediana
(h)
Fluxo luminoso
(lm)
Eficiência luminosa
(lm/W)
35 2000 300 8,57
50 2000 500 10
100 2000 1150 11,5
Fonte: EMPALUX (2017) [9]
3.3.5.6. Lâmpadas LED
Os LEDs - Diodos Emissores de Luz (em inglês) são componentes
semicondutores que convertem corrente elétrica em luz visível. Tornou-se numa
43
alternativa real na substituição das lâmpadas convencionais à medida que sua tecnologia
se popularizou.
Os LEDs apresentam alguns benefícios, como: longa durabilidade, alta
eficiência luminosa, variedade de cores, dimensões reduzidas, alta resistência a choques
e vibrações, não gera radiação ultravioleta e infravermelha, baixo consumo de energia e
pouca dissipação de calor.
O PROCEL exige a mínima eficiência luminosa de 80lm/W para que seja
conferido o selo do programa para lâmpadas de LED. Hoje existem lâmpadas de LED
capazes de substituir quase todos os tipos de lâmpadas já citadas, restando ao
consumidor avaliar se é vantajoso para a sua aplicação e condição de investimento
realizar ou não a troca.
3.4. TRANSPORTE VERTICAL – ELEVADORES
Para estimar o consumo diário dos elevadores, utilizaremos neste trabalho o
VID-470714. Criado pela Associação de Engenheiros Alemães (2007) [10], este
documento é adotado como referência pelo Inmetro.
Nas próximas Seções iremos discorrer a respeito de alguns termos utilizados e
apresentaremos a classificação de eficiência normalmente utilizada para esses
equipamentos.
3.4.1. Demanda em standby
A demanda em standby é a energia total demandada pelo elevador enquanto este
se encontra em repouso. Deve ser contabilizada a energia consumida por todos os
componentes elétricos do elevador e do quadro de comando, assim como a iluminação
da cabine [10].
3.4.2. Demanda de viagem
Demanda de viagem é a demanda específica necessária para que o elevador
transporte sua carga nominal ao longo de uma determinada distância. Sua unidade de
medida é dada em mWh/kg.m [10].
14 VDI sigla para Verein Deutscher Ingenieure. O VDI-4707 é o guia utilizado pela Associação de
Engenheiros Alemães para determinar a eficiência de um elevador.
44
Para obtermos a demanda de viagem, a energia consumida durante a viagem de
referência (em mWh) é dividida pela distância percorrida (em metros) e pela carga
nominal (em quilogramas).
3.4.3. Categorias de uso
Devemos determinar a característica de uso do elevador para poder ponderar os
tempos em que o equipamento permanece em standby e o tempo que está efetivamente
em uso. A Associação de Engenheiros Alemães (2007) [10] utiliza quatro categorias,
listadas na Tabela 3.8.
Tabela 3.8 - Categorias de uso de elevadores
Categoria 1 2 3 4
Intensidade de
uso Baixa Média Alta Muito alta
Tempo médio
de viagem por
dia (h)
0,5 1,5 3 6
Tempo médio
em standby
por dia (h)
23,5 22,5 21 18
Exemplos
1- Prédio
residencial
com até 20
apartamentos
1- Prédio
residencial
com até 50
apartamentos
1- Prédio
residencial
com mais de
50
apartamentos
1- Prédio
residencial
com mais de
100 m de
altura
2- Hotéis de
pequeno porte
2- Hotéis de
médio porte
2- Hotéis de
grande porte
2- Hospitais de
grande porte
3- Prédio
comercial de
até 5 andares
3- Prédio
comercial de
até 10 andares
3- Prédio
comercial de
mais de 10
andares
Fonte: AGE (2007) [10]
3.4.4. Classes de eficiência energética
Existem sete classes de eficiência energética segundo o VDI-4707 [10], são elas
a sequência de letras de ‘A’ até ‘G’, onde a letra ‘A’ corresponde a melhor eficiência.
Para determinar a demanda total por classe do elevador precisaremos primeiro
utilizar a Tabela 3.9 e a Tabela 3.10 da norma de maneira a caracterizar o tipo de
demanda do elevador.
45
Feito isso é importante calcularmos a partir da Equação (21) a demanda total do
elevador e comparar com a Tabela 3.11, que está calculada com valores relativos a um
elevador de carga nominal de 450kg e velocidade igual a 0.75 m/s.
(21)
Sendo:
• o tempo médio em standby por dia, dado em horas;
• o tempo médio de viagem por dia, dado em horas;
• a potência do elevador em standby, dado em Watts;
• a demanda de energia por viagem, dado em mWh/kg.m;
• é a velocidade, dado em m/s;
• é a capacidade nominal de carga do elevador, dado em kg.
Tabela 3.9 - Demanda em standby
Classe A B C D E F G
Potência (W) ≤50 ≤100 ≤200 ≤400 ≤800 ≤1600 >1600
Fonte: AGE (2007) [10]
Tabela 3.10 - Demanda de energia por viagem (DEV)
Classe A B C D E F G
Demanda específica
de energia em ≤0.8 ≤1.2 ≤1.8 ≤2.7 ≤4.0 ≤6.0 >6.0
Fonte: AGE (2007) [10]
46
Tabela 3.11 - Classificação de eficiência energética total de elevador
Classe
Demanda Específica de energia em
Categoria de uso
1 2 3 4
A ≤2.73 ≤1.42 ≤1.09 ≤0.92
B ≤5.07 ≤2.43 ≤1.78 ≤1.45
C ≤9.54 ≤4.27 ≤2.95 ≤2.29
D ≤18.17 ≤7.64 ≤5.00 ≤3.69
E ≤34.95 ≤13.88 ≤8.61 ≤5.98
F ≤67.89 ≤25.75 ≤15.22 ≤9.95
G >67.89 >25.75 >15.22 >9.95
Fonte: adaptado pelo autor
Cabe destacar que, devido à natureza da equação (21), teremos uma maior ou
menor dependência dos valores de demanda em standby a depender da categoria de uso
do elevador que pode ser verificada na Figura 3.11. Assim, um elevador com demanda
de standby ‘A’ na categoria de uso 4 e outro na categoria 1, podem ter classificações de
eficiência energética diferentes.
1 2 3 4
A ≤2.73 ≤1.42 ≤1.09 ≤0.92
B ≤5.07 ≤2.43 ≤1.78 ≤1.45
C ≤9.54 ≤4.27 ≤2.95 ≤2.29
D ≤18.17 ≤7.64 ≤5.00 ≤3.69
E ≤34.95 ≤13.88 ≤8.61 ≤5.98
F ≤67.89 ≤25.75 ≤15.22 ≤9.95
G >67.89 >25.75 >15.22 >9.95
Categoria de uso
Demanda Específica de energia em (mWh/m.kg)
Classe
Figura 3.11 - Importância percentual da demanda em standby
Fonte: elaboração própria
3.5. REVISÃO SOBRE EFICIÊNCIA DE ELETRODOMÉSTICOS
Com o discorrido na Seção PBE e PROCEL, o Brasil adota a muitos anos uma
maneira de determinar a eficiência energética de equipamentos eletrodomésticos como:
geladeiras, micro-ondas, televisores, lavadoras etc. Os equipamentos certificados com
selo PROCEL, pelo Programa Brasileiro de Etiquetagem, dão garantia ao consumidor
que ele está comprando um aparelho eficiente quando comparado com os padrões
adotados no momento.
Para o consumidor, eficiência nos eletrodomésticos traduz-se em menor custo
associado às contas de energia elétrica. Para o país esse ganho de eficiência representa a
47
postergação da necessidade de criação de novas unidades geradoras de energia elétrica
ou equipamentos associados a transmissão e distribuição.
Além da utilização de eletrodomésticos mais eficientes, o uso consciente tem
grande impacto no consumo de energia desses aparelhos. Afinal se mantivermos um
ventilador, por exemplo, ligado mesmo quando não estivermos utilizando o ambiente,
ainda que o mesmo seja eficiente, não faremos o uso adequado desta qualidade e
estamos de fato desperdiçando energia.
3.6. REVISÃO SOBRE TARIFAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA
No Brasil, as unidades consumidoras são classificadas em dois grupos tarifários:
• Grupo A que tem tarifa binômia, conectados na alta tensão - preços aplicáveis ao
consumo de energia elétrica ativa e à demanda faturável;
o Subgrupo A1 - para o nível de tensão de 230 kV ou mais;
o Subgrupo A2 - para o nível de tensão de 88 kV a 138 kV;
o Subgrupo A3 - para o nível de tensão de 69 kV;
o Subgrupo A3a - para o nível de tensão de 30 kV a 44 kV;
o Subgrupo A4 - para o nível de tensão de 2,3 kV a 25 kV;
o Subgrupo AS - tensão de fornecimento inferior a 2,3 kV, a partir de
sistema subterrâneo de distribuição.
• Grupo B, que tem tarifa monômia, conectados na baixa tensão - preços
aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa.
o Subgrupo B1 – residencial e residencial baixa renda;
o Subgrupo B2 – rural e cooperativa de eletrificação rural;
o Subgrupo B3 – demais classes;
o Subgrupo B4 – iluminação pública.
3.6.1. Modalidade tarifária
No Brasil, as tarifas do grupo A são constituídas por três modalidades de
fornecimento, relacionadas a seguir.
• Estrutura tarifária convencional.
48
A fatura de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de
parcelas referentes ao consumo e, caso exista, demanda de ultrapassagem ao
valor contratado.
A parcela de consumo é calculada através da Equação (22):
(22)
Cobrada apenas quando a demanda medida ultrapassa em mais de 5% da
demanda contratada a parcela de ultrapassagem é calculada como na Equação
(23):
(23)
• Estrutura tarifária horossazonal verde.
A fatura de energia elétrica desses consumidores é composta da soma de
parcelas referentes ao consumo (na ponta e fora dela), demanda e ultrapassagem.
Parcela de consumo é calculado através da equação (24):
(24)
A parcela de demanda ( ) é calculado através da equação (25):
(25)
A parcela de ultrapassagem (Pultra) é cobrada apenas quando a demanda
medida ultrapassa em mais de 5% a demanda contratada, calculada como
mostrado na Equação (23).
• Estrutura tarifária horossazonal azul.
A fatura de energia elétrica desses consumidores é composta pela soma
de parcelas referentes ao consumo e demanda e, caso exista, ultrapassagem. Em
todas as parcelas observa-se a diferenciação entre hora de ponta e hora fora de
ponta.
A parcela de consumo ( ) é calculado através da equação (24),
assim como na modalidade tarifária horossazonal verde.
49
A parcela de demanda ( )é calculado através da equação (26):
(26)
A parcela de ultrapassagem (Pultra) é cobrada apenas quando a demanda
medida ultrapassa em mais de 5% a demanda contratada, é calculada conforme a
equação (27).
(27)
3.6.2. Bandeiras tarifárias
O sistema possui três bandeiras: verde, amarela e vermelha, que indicam se a
energia custa mais ou menos, em função das condições de geração de eletricidade.
Atualmente está implementado para todas as distribuidora e permissionárias de
distribuição de energia ligadas ao SIN - Sistema Interligado Nacional.
• Bandeira Verde: a tarifa não sofre nenhum acréscimo;
• Bandeira Amarela: a tarifa sofre acréscimo de R$ 0,020 para cada quilowatt-
hora (kWh) consumido;
• Bandeira Vermelha (patamar 1): a tarifa sofre acréscimo de R$ 0,030 para cada
quilowatt-hora (kWh) consumido;
• Bandeira Vermelha (patamar 2): a tarifa sofre acréscimo de R$ 0,035 para cada
quilowatt-hora (kWh) consumido.
50
CAPÍTULO 4. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO
Considerando-se que a energia elétrica tem uma importância grande nos valores
de qualquer empreendimento, tendo em vista o crescente custo do serviço, propomos
metodologias para efetuar auditorias energéticas.
Tais métodos tiveram seu desenvolvimento, em grande parte, patrocinado pelo
PROCEL, onde podemos observar uma gama variada de softwares voltados ao tema de
eficiência energética no site do PROCEL-Info.
Segundo CBCS (2018) [18], um bom programa de gestão energética visa sempre
otimizar o consumo de energia de um edifício estabelecendo conhecimento global sobre
o uso e consumo de energia, permitindo a otimização contínua do desempenho com
base em sistemas e processos padronizados e no monitoramento de indicadores
estratégicos.
Uma avaliação energética pode ter diferentes níveis de profundidade e
detalhamento. A definição mais aceita constitui-se de três níveis de avaliação energética
segundo a ASHRAE - American Society of Heating, Refrigeration, and Air-
Conditioning Engineers (2011) [19], que estabelece um escopo claro para cada nível.
• O nível 1: trata-se de uma análise preliminar (“walk-through”) onde se procura
conversar com os responsáveis ou donos do estabelecimento, fazendo um breve
levantamento da função espacial dos ambientes, identificando medidas de
eficiência que requerem estudos adicionais e apontando estimativas de redução
de consumo sem custo ou com baixo custo.
• O nível 2: trata-se de uma análise energética em si, onde descrevemos os
principais sistemas consumidores de energia, descriminando o consumo por uso
final. Lista-se as alterações em equipamentos e em medidas operativas e de
manutenção com potencial de reduzir o consumo. Avalia-se, para cada medida, o
potencial de redução nos custos de energia. Estima-se o custo de implantação de
cada medida, podendo ser proposto pacotes de medidas integradas.
• O nível 3: trata-se de uma análise detalhada de medidas com alto custo de
investimento onde expandimos a descrição das medidas adotadas, para um maior
51
detalhamento, realizando modelagens precisas estimando o custo benefício de
cada uma das medidas.
4.1. DIAGNÓSTICO ENERGÉTICO
Conforme FERREIRA (2017) [28], este método visa estudar os consumidores
industriais e comerciais, levantando o perfil de consumo por uso final e comparando
com uma amostra dos principais setores produtivos. Dessa forma estamos efetivamente
comparando um determinado local com uma média setorial.
As vantagens são que permite identificar qualitativamente os pontos críticos e
indicar necessidades de atuação em equipamentos específicos, porém não trata com
detalhe dos aspectos econômicos e aborda, essencialmente, a eletricidade.
4.2. AUTOAVALIAÇÃO DOS PONTOS DE DESPERDÍCIO DE ENERGIA
ELÉTRICA
Trata-se de um roteiro simples para identificar pontos de desperdício e avaliar
expeditamente as economias conseguidas com sua eliminação, em um trabalho a ser
realizado pelo próprio consumidor [28].
4.3. ESTUDO DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA
Essa metodologia é naturalmente mais demorada e custosa que as metodologias
anteriores, inclui análises econômicas, já propondo alternativas e priorizando ações para
melhorar a eficiência energética [28].
Para se fazer um estudo organizado e completo devemos começar analisando a
viabilidade econômica e seus três principais indicadores distintos fundamentais para
investimentos em novos negócios ou mesmo investimentos em medidas de
eficientização energética, como é o caso deste estudo.
• Valor Presente Líquido;
• Taxa Interna de Retorno;
• Payback descontado.
Para a execução de tais análises procura-se modelar o problema em uma forma
padrão denominada fluxo de caixa, o que permite a utilização de equações previamente
concebidas e, assim, avaliar economicamente o projeto.
52
4.3.1. VPL - Valor Presente Líquido
Usando o método VPL15 em que avaliamos se um projeto de investimento
potencial deve ser empreendido, segundo REXPERS (2018) [30].
Caso o valor presente16 de todas as entradas de caixa menos o valor presente de
todas as saídas de caixa for maior que zero teremos um investimento rentável. Se o VPL
for igual a zero, o investimento é indiferente, pois o valor presente das entradas é igual
ao valor presente das saídas de caixa. Se o VPL for menor do que zero, significa que o
investimento não é economicamente atrativo, já que o valor presente das entradas de
caixa é menor do que o valor presente das saídas de caixa.
Para cálculo do valor presente das entradas e saídas de caixa é utilizada uma taxa
de desconto com a qual um investidor considera-se satisfeito com o investimento.
Quanto maior for o VPL, mais favorável será o investimento.
(28)
Onde:
– Representa o investimento inicial do projeto, e é negativo
i – Taxa de desconto
- Representa o fluxo de caixa calculado no valor presente
4.3.2. Taxa Interna de Retorno
A TIR - Taxa Interna de Retorno (em inglês IRR - Internal Rate of Return), de
acordo com REXPERTS (2018) [29], é uma taxa de desconto hipotética que, quando
aplicada a um fluxo de caixa, faz com que os valores das despesas, trazidos ao valor
presente, seja igual aos valores dos retornos dos investimentos, também trazidos ao
valor presente.
A TIR pode ser calculada através da Equação (29), e é a taxa de desconto que irá
igualar o VPL a zero. É um indicador bastante usado para análise de investimentos e
15 O valor presente líquido (VPL), é a fórmula matemático-financeira capaz de determinar o valor
presente de pagamentos futuros descontados a uma taxa de juros apropriada. [Wikipédia] 16 Valor que o dinheiro possui hoje, no presente
53
normalmente é analisada no sentido de quanto maior for a diferença entre a TIR e a taxa
de desconto real, melhor será o investimento.
(29)
4.3.3. Payback descontado
Este é um tipo de indicador usado para determinar o tempo de retorno do
projeto. Payback é indicado por uma escala (ano, meses, dias). Quanto menor for o
tempo de payback, mais atrativo será o investimento [30].
Payback descontado é o período de tempo necessário para recuperar o
investimento, avaliando-se os FDC - fluxos de caixa descontados, ou seja,
considerando-se o valor do dinheiro no tempo presente.
4.4. AVALIAÇÃO DE RESULTADOS
Em princípio, qualquer empresa com o propósito de racionalizar o uso de
eletricidade e reduzir os custos com energia pode ser considerada uma auditoria
energética, não sendo obrigatório seguir as metodologias padronizadas expostas nas
Seções anteriores.
Nesse sentido, o acervo reunido no Brasil, mediante cursos, publicações e a
experiência adquirida na realização de auditorias, é significativo e permite estabelecer
uma abordagem geral para a realização de análises visando promover a eficiência em
bases técnico-econômicas. Dispomos na sequência abaixo uma estratégia de um
relatório de auditoria energética.
1. Empresa - localização, indicadores, descrição básica das atividades, pontos
de consumo.
2. Análise de Racionalização de Energia - análise técnico-econômico e
viabilidade de mudanças no sentido de aumentar a eficiência energética.
a. Levantamento da carga elétrica instalada.
b. Estudo do Sistema de Iluminação.
c. Estudo de Motores Elétricos e outros Usos Finais.
d. Estudo do Sistema de ar-condicionado e exaustão.
54
e. Estudo do Sistema de aquecimento de água.
f. Históricos dos consumos e valores das contas de energia.
3. Recomendações.
4. Analises técnico-econômicas.
5. Conclusão.
55
CAPÍTULO 5. ESTUDO DE CASO
Utilizaremos todos os conhecimentos descritos nos Capítulos anteriores para
analisar a eficiência energética de um hotel, o DaLapa Design Hotel, localizado no Rio
de Janeiro, no bairro da Lapa, Rua do Lavradio 200, que gentilmente permitiu a
avaliação de suas instalações com o propósito de reduzir seu consumo de energia
elétrica.
Foram realizadas visitas no local nos meses de janeiro e fevereiro do presente
ano, de forma a coletar os dados necessários para o levantamento de carga do local e
avaliar as alternativas mais viáveis ao local.
5.1. LEVANTAMENTO DE CARGA DO HOTEL
A Tabela 5.1, resume todos os equipamentos consumidores de energia elétrica
encontrados no hotel.
As cargas, levantadas em conjunto com as contas de energia elétricas e alguns
outros documentos como o manual do elevador e plantas baixas, fornecidas pela
gerência do estabelecimento, nos permitiram realizar os estudos pretendidos.
Tabela 5.1 - Levantamento de Carga
Ambiente Equipamento Potência(W) Quantidade
Lobby Lâmpada de Halogênio 50 5 Refletor LED EcoForce 10 4 Ar-condicionado Springer Split 2128 1 TV LG 55" 130 1
Recepção Ar-condicionado Springer Split 2128 1 Ar -condicionado Springer Split 1085 1 Lâmpada de Halogênio 50 5 Lâmpada fluorescente compacta 15 10 computador 200 3 Cafeteira Nespresso C60 1350 1 Modem wifi 6 2 Servidor 300 1 CFTV 200 1 Impressora 4,5 1 TUG 100 8
56
Área de café da manhã Lâmpada incandescente 60 16 Lâmpada de Halogênio 60 6 Refletores de LED 12 10 Ventilador de teto 150 4
Bar Microondas 650 1
Máquina de gelo Everest ECG
150 400 1
Cafeteira 1300 1 Filtro d'água 100 1 Lâmpada LED 5 6
Refrigerador expositor de
cerveja 337 1
TUG 100 8
Banheiros térreo Lâmpada fluorescente compacta 18 12
Refeitório Lâmpada fluorescente compacta 18 4 Lâmpada fluorescente compacta 15 2 Geladeira Brastemp 300 1 Geladeira Eletrolux 270 1 Geladeira Consul 130 1 Frigobar Consul Compacto 100 80 1 TUG 100 8
Área de limpeza Lâmpada fluorescente compacta 18 2 TUG 100 7
Depósito + Maleiro Lâmpada fluorescente compacta 15 2 Lâmpada fluorescente tubo 40 12 TUG 100 2
Escada Lâmpada incandescente 60 6
Banheiros (M/F) - 1º
andar Lâmpada fluorescente compacta 15 12
TUG 100 8
Banheiros (M/F) - 2º
andar Lâmpada fluorescente compacta 15 12
TUG 100 8
Banheiros (M/F) - 3º
andar Lâmpada fluorescente compacta 15 12
TUG 100 8 Chuveiro Elétrico Lorenzetti 4600 2
Iluminação - 1º andar Lâmpada de halogênio 50 4 Lâmpada fluorescente tubo 40 6 Lâmpada incandescente 60 6
Iluminação - 2º andar Lâmpada de halogênio 50 4 Lâmpada fluorescente tubo 40 6 Lâmpada incandescente 60 8
Iluminação - 3º andar Lâmpada de halogênio 50 4 Lâmpada fluorescente tubo 40 6 Lâmpada incandescente 60 6
Quartos compartilhados Ar-condicionado Springer Split 1085 4
57
10 pessoas (x4) Lâmpada fluorescente compacta 15 24 TUG 100 24
Quartos compartilhados Ar-condicionado Springer Split 1085 6
8 pessoas (x6) Lâmpada fluorescente compacta 15 24 TUG 100 36
Quartos compartilhados Ar-condicionado Springer Split 1085 3
4 pessoas (x3) Lâmpada fluorescente compacta 15 6 TUG 100 18
Suítes (x13) Ar-condicionado Springer Split 1085 13 TV TOSHIBA 32" 80 13 Frigobar 45L Carrier 52 13 Lâmpada fluorescente compacta 15 26 Lâmpada incandescente 40 26 Lâmpada de Halogênio 50 52 TUG 100 52
Boiler 400L Boiler 400L Cumulos 2000 1
Boiler 600L Boiler 600L Acquatec 5000 1
Bomba d'água 400 1
Fonte: elaboração própria
5.2. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DO ELEVADOR
Utilizando-se os dados do elevador, com auxílio da empresa que realiza a sua
manutenção, utilizaremos as informações, para determinar a sua eficiência.
O elevador em questão possui as seguintes características:
• Capacidade: 450 kg / 6 passageiros
• Número de paradas: 4
• Velocidade: 0,75 m/s
• Alimentação: 220 V
• Potência nominal do motor: 7,5 kW
• Potência de Standby: 156,74 W
• Demanda de Viagem: 1,441 mWh/kg.m
• Classe de uso: 2 (Tabela 3.8)
Calculamos usando a equação (21):
• Demanda Total: 2,8923 mWh/kg.m
• Classe de eficiência energética (Tabela 3.11): C
58
5.3. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DA ILUMINAÇÃO
Inicialmente é preciso ressaltar que a iluminância dos ambientes de convivência
e dormitórios do hotel não segue padrões ou normas, tendo sido definida de acordo com
o design e arquitetura propostos no plano inicial do hotel, que tem nesses dois pontos
sua característica marcante e diferencial. Portanto não analisaremos mudanças de
iluminação que alterem essas características e, dessa forma, qualquer alteração feita
deve manter a iluminância no local.
A Tabela 5.2 resume as eficiências luminosas das lâmpadas usadas no hotel.
Tabela 5.2 - Eficiências luminosas das lampadas usadas
Potência
(W)
Fluxo
luminoso (lm)
Eficiência
Luminosa (lm/W)
Lâmpada de Halogênio Dicroica 50 300 17,6
Lâmpada fluorescente tubo 40 2600 65,0
Lâmpada fluorescente compacta 18 932 51,8
Lâmpada fluorescente compacta 15 841 56,1
Lâmpada incandescente 60 864 14,4
Lâmpada incandescente 40 628 15,7
Refletor LED EcoForce 10 700 70,0
Fonte: EMPALUX (2017) [9]
Sugerimos a substituição, sem nenhum prejuízo a iluminação dos ambientes, por
lâmpadas LED que consomem menos eletricidade e aumentam consideravelmente a
eficiência luminosa. Verificamos, portanto na tabela para substituição para lâmpadas
LED da PHILIPS (2014) [8]., para realizar a substituição daquelas lâmpadas que
possuíssem menor eficiência por seus equivalentes mais próximos chegando ao
resultado apresentado na Tabela 5.3.
Tabela 5.3 – Lâmpada Equivalente LED
Lâmpada instaladas
Fluxo
luminoso
(lm)
Lâmpada Equivalente LED
Eficiência
Luminosa
(lm/W)
Lâmpada de Halogênio
Dicroica50W 392 Lâmpada LED 4,9W 80,0
Lâmpada fluorescente tubo 40W 1940 Lâmpada LED tubular 20W 97,0
Lâmpada incandescente 60W 810 Lâmpada LED bulbo 9W 90,0
Lâmpada incandescente 40W 700 Lâmpada LED bulbo 7W 100,0
Fonte: PHILIPS (2014) [8]
59
5.4. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DO AQUECIMENTO DE ÁGUA
Como pode ser visto no levantamento de carga do hotel, o aquecimento de água
é feito exclusivamente através de dois boilers localizados no terraço, próximos às caixas
d’agua. Sabemos que o aquecimento de água através de resistências elétricas é
extremamente ineficiente e dispendioso, portanto propomos a mudança para um
sistema, pelo menos em parte, baseado em aquecedores solares.
O hotel possui boilers que podem ser usados no armazenamento de 1.000 l de
água. Para as condições de operação verificada, tal quantidade atende bem o uso de
água quente do estabelecimento.
Consideramos no projeto o uso de água quente por pessoa durante o banho sendo
de 5 a 6 litros por minuto, quantidade considerada razoavelmente confortável de acordo
com SILVA (2014) [14] e PROCEL (2011) [17].
A aplicação dos painéis coletores pode ser feita de maneira tranquila no terraço
do estabelecimento haja visto que este possui extensa área inutilizada e sem a presença
de sombras durante todo período do dia.
De acordo com o material bibliográfico é pretendida a instalação de 24 m² de
painéis de aquecimento solar no local, em um sistema hibrido que poderá ser suprido
por energia elétrica, caso a água aquecida através dos painéis não seja suficiente em um
dia de demanda elevada ou pouca irradiação solar [14]. Os cálculos para
dimensionamento são os seguintes.
Calculando de volume de consumo, de acordo com a Equação (11), obtemos:
Para esse projeto, trabalhamos com uma vazão nos chuveiros de 5,5 l/min,
banhos de 10 minutos e 70 banhos em média por dia o que resulta em 3,85 m³ de
consumo diário.
Calculamos do volume do sistema de armazenamento, de acordo com a Equação
(12) usando = 35ºC, = 23,15ºC para o Rio de Janeiro segundo a
CLIMATE-DATA (2018) [11] e = 45ºC.
60
Obtivemos um valor de 2,088 m³ de armazenamento, ou seja, 2.088 l. Como o
hotel já possui 1000 l em armazenamento, acrescenta-se 1.000 l ao lado dos já
existentes.
A demanda de energia útil, de acordo com a Equação (13), foi calculada como
demonstrado.
Obedecendo a simplificação , expressa em kWh/dia,
teremos que as perdas serão kWh/dia.
Os painéis deveram ser posicionados em direção ao norte e deslocada em 21,4º
para leste ou oeste, orientação considerada ideal para o local. Uma inclinação vertical
recomendada de 33º deve ser aplicada, valor que leva em conta a posição latitudinal da
cidade do Rio de Janeiro. Sabemos que não possuímos qualquer inclinação na laje do
hotel, portanto β é 0º.
O valor de é dado pela Equação (15):
Para calcular a PMDEE - Produção Média Diária de Energia Específica, do
Coletor Solar Soletrol Max Alumínio escolhido, usamos de acordo com PBE (2016)
[12] os respectivos valores e , para o equipamento e os
inserimos na Equação (16).
Finalmente, calculamos a área para alocar os coletores, expressa em (m²),
conforme a Equação (14):
61
O que nos leva a instalação de 12 coletores solares Soletrol Max Alumínio.
A instalação hidráulica e elétrica proposta podem ser verificadas nas Figura 5.1 e
Figura 5.2.
Figura 5.1 - Instalação hidráulica
Fonte: SOLETROL (2012) [31]
Figura 5.2 - Instalação elétrica do aquecimento de água
62
Fonte: SOLETROL (2012) [31]
Os materiais escolhidos para realizar o projeto pretendido podem ser vistos na
Tabela 5.4 .
Tabela 5.4 - Materiais para implementação do aquecimento de água
Quantidade Equipamento
1 Cabo flexível 6,0 mm Branco Rolo
1 Cabo flexível 4,0 mm Preto Rolo
1 Cabo flexível 4,0 mm Vermelho Rolo
3 Disjuntor DIN Curva B 20A Monopolar
1 Termostato Segurança Encosto
1 Termostato Blindado 20A
1 Outros consumíveis de elétrica
1 Material de hidráulica
12 Coletor Solar Soletrol Max Alumínio 2,00 m²
1 Boiler 1000LSoletrol (3kW)
Fonte: elaboração própria
5.5. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DOS ELETRODOMÉSTICOS
Graças aos incentivos governamentais e ao Programa Brasileiro de Etiquetagem
hoje conhecemos um meio muito rápido de avaliar a eficiência dos equipamentos
eletrodomésticos mais comuns como refrigeradores, televisores, micro-ondas e outros.
Tabela 5.5 - Selo PROCEL dos eletrodomésticos
Equipamento Selo PROCEL
TV LG 55" PROCEL A
Frigobar 45L Carrier PROCEL A
TV TOSHIBA 32" PROCEL A
Geladeira Brastemp PROCEL C
Geladeira Eletrolux PROCEL A
Geladeira Consul PROCEL A
Frigobar Consul Compacto 100 PROCEL A
Microondas LG PROCEL B
Máquina de gelo Everest ECG
150 Não possui
Cafeteira Nespresso C60 Não possui
Chuveiro Elétrico Lorenzetti PROCEL C
Expositor de cerveja Metalfrio Não possui
Fonte: PROCEL INFO – adaptado pelo autor [43]
63
Verificamos a grande utilização de equipamentos de refrigeração nas áreas de
refeitório e nos quartos, e recomendamos manter os disjuntores dos frigobares
desligados enquanto as suítes não estiverem em uso. Todos os demais eletrodomésticos
possuem boas avaliações no PROCEL ou são indispensáveis para o funcionamento
pleno do estabelecimento.
5.6. LEVANTAMENTO DA EFICIÊNCIA DOS AR-CONDICIONADOS
Os ar-condicionados do hotel se resumem em dois tipos de aparelhos descritos
na Tabela 5.7.
Tabela 5.6 - Ar-condicionados instalados no local
Potencia (W) Quantidade COP EER
Ar-condicionado Springer Split 22.000Btu 2.128 2 3,03 10,3433
Ar-condicionado Springer Split 12.000Btu 1.085 27 3,24 11,0599
Fonte: PROCEL (2018) [42]
Ambos possuem conceito ‘A’ de acordo com o Selo PROCEL, resta saber se
estão bem dimensionados para os ambientes que estão localizados
Todos os quartos são atendidos pelos equipamentos de 12.000 Btu/h apenas
diferindo área dos ambientes, número de pessoas no quarto e a condição de insolação. A
Tabela 5.7 mostra as condições de cada ambiente e a potência indicada para cada um
deles, calculada de acordo com a Seção 3.1.5.
Tabela 5.7 - Dimensionamento dos ar-condicionados nos quartos
Ambiente Quantidade
Área
(m²) Insolação Habitantes
Potencia
indicada (Btu/h)
Suíte 8 26 Cobertura 2 22.000
Suíte 5 26 Indireta 2 16.800
Quarto compartilhado 10
pessoas 4 28 Indireta 10 22.200
Quarto compartilhado 8
pessoas 6 18 Indireta 8 15.000
Quarto compartilhado 4
pessoas 2 17 Indireta 4 12.000
Quarto compartilhado 4
pessoas 1 17 Cobertura 4 15.400
Recepção (administração) 1 10 Indireta 3 7.200
Fonte: elaboração própria
64
Vemos que os aparelhos estão subdimensionados para muitos dos ambientes, tal
situação pode causar um consumo maior de energia, pois o compressor do aparelho terá
que trabalhar por mais tempo para atingir a temperatura indicada no termostato.
Os aparelhos de 22.000 Btu/h, esses se encontram em áreas mais abertas sem a
presença de cortinas de ar o que mais uma vez acarreta o compressor do aparelho
trabalhar por um período maior de tempo ou de forma ininterrupta, causando o aumento
do consumo de energia.
Tais problemas verificados poderiam ser solucionados com o acréscimo de
cortinas de vento e a substituição dos equipamentos subdimensionados, mas está
solução é muito dispendiosa financeiramente e não foi indicada.
Indicamos o controle preciso da utilização dos aparelhos, mantendo-os
desligados sempre que não utilizados e a sugestão de manter os hóspedes informados de
temperatura de conforto considerada ótima para os termostatos nesses aparelhos, 24ºC.
5.7. VALOR DA TARIFA DESCONTADA
O uso do valor da energia injetada na rede será de acordo com a LIGHT S.A.
(2018) [13], onde é indicado na Tabela 5.8.
Tabela 5.8 - Tarifa de consumo (Baixa Tensão)
Tarifa de Baixa Tensão – R$/kWh - Maio/2018
Tarifa com PSI/COFINS e ICMS
Faixa de consumo
Classe de
consumo
Até 50 kWh
Residencial
51 até 300 kWh
Residencial
Até 300 kWh
Demais Classes
Acima de 300 kWh
Todas as Classes
Residencial 0,61071 0,75506 - 0,91050
Não
residencial - - 0,77543 0,91050
Rural - - 0,54281 0,63736
Fonte: Light S.A. (2018) [13]
O estabelecimento se enquadra no valor acima de 300 kWh e o preço da energia
injetada na rede será .0,91050 R$/kWh.
65
Para a oscilação da tarifa incidente sobre as contas de luz, haverá um sobre o
valor anterior, para cada ano.
Tabela 5.9 - Reajuste anual da tarifa incidente (Previsão de IGP-M)
Reajuste anual da tarifa
incidente (congelada)
1 – 5 anos 5%
5.8. AVALIAÇÃO DE CUSTOS
Como pode ser visto nas Seções de 5.2 a 5.6, nem sempre mudanças físicas são
necessárias ou até mesmo indicadas. Aquelas, para as quais notamos uma possibilidade
de ganho em eficiência energética, trazendo possíveis ganhos financeiros ao
estabelecimento, terão seus custos globais e materiais citados abaixo para avaliarmos,
posteriormente indicadores de investimento.
Adotamos o perfil de consumo anual do hotel fixo de acordo com o ano de 2016,
como padrão de consumo, para avaliar os custos. A Figura 5.3 mostra tal padrão,
lembrando que as medições se dão em torno do dia 21 de cada mês.
Figura 5.3 - Perfil de consumo do ano em kWh
Fonte: conta de luz
O levantamento dos materiais para as alterações no aquecimento de água foi
citado na Tabela 5.4. Na Tabela 5.10 estão os materiais para alterações na iluminação,
com adição de algumas lâmpadas sobressalentes.
66
Tabela 5.10 - Materiais para mudanças na iluminação
Quantidade Equipamento
80 Lâmpada LED 4,9W
30 Lâmpada LED tubular 20W
50 Lâmpada LED bulbo 9W
30 Lâmpada LED bulbo 7W
Fonte: elaboração própria
Levantamos os custos dessas alterações e dividimos em etapas de iluminação e
aquecimento de água. Os totais são R$ 2.964,20 e R$ 13.472,76, respectivamente. Vale
lembrar que recomendamos a edição de material informativo para hóspedes, a respeito
da importância do uso racional da energia, com dicas para manter o conforto e ajudar na
manutenção da eficiência energética do hotel. Assim pode ser alocado um valor de até
R$400,00 para impressão de folders e etiquetas informativas.
Assim como separamos as etapas de investimento em infraestrutura faremos o
mesmo com as avaliações dos indicativos de retorno financeiro. Assim podemos pensar
em um projeto compartimentado e de melhor adaptação à realidade do hotel.
Foi estudado a possibilidade de retrofit17 no sistema de ar-condicionado do
hotel, totalizando um investimento de R$ 62.940,76. Tal investimento é muito alto para
a realidade do hotel e tem um Payback de 8 anos e 7 meses. Assim não recomendamos a
adoção dessa medida.
Após analisarmos o percentual relativo que cada um dos elementos
(aquecimento de água, iluminação) representam na conta de luz do estabelecimento
podemos avaliar qual o tempo de retorno (payback) e outros indicadores, para cada uma
das mudanças propostas, separadas em três segmentos: apenas a mudança no sistema de
aquecimento de água; apenas as mudanças na iluminação; e ambas as mudanças.
Os cálculos de TIR, VPL e payback descontado de cada situação poderão ser
explorados a seguir. Lembrando que o valor da tarifa de energia foi atualizado a cada
ano como mostrado na secção anterior (Tabela 5.9).
Tabela 5.11 - Análise de investimento para troca do aquecimento d’água
17 Termo utilizado principalmente em engenharia para designar o processo de modernização de algum
equipamento já considerado ultrapassado ou fora de norma
67
EN
TR
AD
AS
DE
DA
DO
S
Premissas Taxa de desconto = Custo de oportunidade18 (%)
+3% 11,4
(%) Economia de energia 8,330%
RE
SU
LT
AD
OS
Investimento R$ 13.472,76 TIR (6 anos) 50,3% VPL (6 anos) R$ 22.871,45
Payback descontado 2 anos
7 meses
Fonte: elaboração própria
Tabela 5.12 - Fluxos de caixa para troca do aquecimento d'água
Ano Fluxo de Caixa Valor Presente FCD
0 - 13.472,76 - 13.472,76 -R$ 13.472,76
1 5.806,82 5212,58 -R$ 8.260,18
2 6.402,02 . 5.158,77 -R$ 3.101,40
3 7.411,13 5.360,79 R$ 2.259,39
4 9.008,28 5.849,26 R$ 8.108,65
5 11.497,10 6.701,35 R$ 14.810,01
6 15.407,22 8.061,45 R$ 22.871,45
Fonte: elaboração própria
Tabela 5.13 - Análise de investimento para troca da iluminação
EN
TR
AD
AS
DE
DA
DO
S
Premissas Taxa de desconto = Custo de oportunidade (%)
+3% 11,4
(%) Economia de energia 6,683%
RE
SU
LT
AD
O
S
Investimento R$ 2.964,20 TIR (6 anos) 169,9% VPL (6 anos) R$ 26.194,07
Payback descontado 0 anos
9 meses
Fonte: elaboração própria
Tabela 5.14 - Fluxos de caixa para troca da iluminação
18 Custo de algo em termos de uma oportunidade renunciada, em geral uma aplicação financeira.
68
Ano Fluxo de Caixa Valor Presente FCD
0 - 2.964,20 - 2.964,20 -R$ 2.964,20
1 4.658,70 4.181,96 R$ 1.217,76
2 5.136,22 4.138,79 R$ 5.356,54
3 5.945,81 4.300,86 R$ 9.657,40
4 7.227,17 4.692,75 R$ 14.350,16
5 9.223,91 5.376,37 R$ 19.726,52
6 12.360,92 6.467,55 R$ 26.194,07
Fonte: elaboração própria
Tabela 5.15 - Análise de investimento para troca de ambas as infraestruturas + material
informativo
EN
TR
AD
AS
DE
DA
DO
S
Premissas Taxa de desconto = Custo de oportunidade (%)
+3% 11,4
(%) Economia de energia 16,513%
RE
SU
LT
AD
O
S
Investimento R$ 16.836,96 TIR (6 anos) 79,1% VPL (6 anos) R$ 55.210,10
Payback descontado 1 anos
8 meses
Fonte: elaboração própria
Tabela 5.16 - Fluxo de caixa para troca de ambas as infraestruturas + material
informativo
Ano Fluxo de Caixa Valor Presente FCD
0 - 16.836,96 - 16.836,96 -R$ 16.836,96
1 11.511,16 10.333,18 -R$ 6.503,78
2 12.691,06 10.226,51 R$ 3.722,73
3 14.691,49 10.626,99 R$ 14.349,72
4 17.857,59 11.595,30 R$ 25.945,02
5 22.791,32 13.284,45 R$ 39.229,47
6 30.542,54 15.980,64 R$ 55.210,10
Fonte: elaboração própria
Devo lembrar que os valores dos fluxos de caixa, representam o valor
economizado na conta de energia devido as mudanças realizadas. Consideramos um
horizonte máximo de estudo de 6 anos, dado que flutuações de mercado e mudanças de
cenário para o setor hoteleiro são muito prováveis em horizontes mais distantes.
O resumo das informações dos segmentos pode ser encontrado na Tabela 5.17.
Tabela 5.17 - Resumo das mudanças em infraestrutura e resultados de redução de
consumo
69
Mudança Investimento
Redução (%)
na conta de luz
Infraestrutura de
aquecimento
d'água
R$ 13.472,76 8,33%
Infraestrutura de
iluminação R$ 2.964,20 6,683%
Ambas
infraestruturas e
material
informativo
R$ 16.836,96 16,513%
Fonte: elaboração própria
Os resultados da análise de investimento de cada seguimento podem ser
verificados a seguir. Consideramos o Tesouro Direto19 como alternativa ao investimento
(custo de oportunidade).
Tabela 5.18 - Análise de investimento
Mudança TIR VPL Payback
descontado
Infraestrutura de
aquecimento
d'água
50,3% R$ 22.871,45 2 anos e 7
meses
Infraestrutura de
iluminação 169,9% R$ 26.194,07 9 meses
Ambas
infraestruturas e
material
informativo
79,1% R$ 55.210,10 1 ano e 8 meses
Fonte: elaboração própria
19 Títulos públicos (créditos emitidos pelo Tesouro Nacional sob a forma escritural), disponíveis para
compra por pessoas físicas pela internet.
70
CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES
Este projeto mostrou o problema do desperdício de energia elétrica devido a
ineficiências energéticas e a falta de interesse da sociedade em modificar
comportamentos de uso final da energia, além de apresentar a metodologia para
determinar quais medidas no âmbito da conservação de energia são melhores.
Foram apontados os hábitos de uso de energia de setores da sociedade brasileira,
como forma de demonstrar os diversos pontos onde são verificadas ineficiências
energéticas e possíveis pontos de melhoria nos processos. Foi apresentada uma revisão
teórica dos principais sistemas consumidores e da metodologia de estudo e de análise de
eficiência. Em escala reduzida, porém em parâmetros reais, foi apresentado o estudo de
caso do DaLapa Design hotel, onde verificou-se todos os sistemas consumidores e
foram apontadas as melhores medidas a serem tomadas no âmbito da eficiência
energética.
Toda a pesquisa realizada no âmbito dos hábitos de uso de energia da sociedade
brasileira, não encontrou dados confiáveis da presente década, assim só foi possível
utilizar dados de pesquisas publicadas em 2007 e 2008. Assim, existem algumas
alterações de cenário e introdução de novas tecnologias que não foram analisadas com a
profundidade desejada, mas, sabe-se que muitos dos casos ainda se aplicam os mesmos
hábitos de uso.
Encontrou-se um vasto acervo de informações através do PROCEL Info,
facilitando o acesso a dados oficiais e muito confiáveis a respeito de eficiência
energética e que possibilitou a expansão dos conhecimentos a respeito do assunto.
Os hábitos de consumo do brasileiro investigados demonstram de maneira clara
que, apesar dos esforços por parte do governo, adotando programas de eficiência
energética e selos, o cidadão ainda tem muito que contribuir para a melhoria do perfil de
consumo da sociedade. São mudanças comportamentais simples e individualizadas que
nos separam de muita evolução na área de eficiência energética.
No estudo de caso do DaLapa Design hotel, onde se conseguiu apresentar o
conjunto de medidas mais indicadas para aumentar a eficiência energética do
estabelecimento. Seguiu-se a metodologia de três níveis da ASHRAE (Capítulo 4), onde
realizou-se uma visita ao local, conversou-se com os responsáveis e levantou-se todos
os dados de equipamentos, uso final da energia e o histórico de consumo do hotel. Com
71
todos os dados em mãos, avaliou-se o consumo de cada sistema do estabelecimento e
foi possível selecionar alguns deles como promissores para aumento de eficiência
energética. Dentre as medidas de eficiência, para cada sistema, foi feita a avaliação
econômica do investimento para selecionar as mais rentáveis para o hotel.
Verificou-se a importância do planejamento prévio, quando se trata de
equipamentos de custos mais elevados, como o sistema de ar-condicionado: a compra e
instalação de um equipamento mal dimensionado geram gastos constantes, que
dificilmente serão resolvidos sem grandes investimentos. Mesmo a avaliação do PBE
através do selo PROCEL se torna incorreta uma vez que foi instalado um equipamento
que não está corretamente dimensionado para o uso e locais destinados.
É sabida a grande vantagem econômica e energética do uso de iluminação LED,
verificando-se que o investimento nessa tecnologia é extremamente rentável e de
retorno rápido, além de exigir um investimento não tão significativo como em outras
áreas. O investimento com payback inferior a um ano está muito alinhado com os dados
do setor comercial para o tempo ideal de um investimento em eficiência energética.
Para os elevadores, observou-se a importância maior de uma demanda em
standby reduzida ao máximo, no caso estudado, uma vez que o elevador passará boa
parte do tempo nesse estado. Foi observado que a importância deste equipamento no
cenário total do estabelecimento é menor que a que os funcionários do hotel estimavam,
ficando atrás da importância do aquecimento de água e do sistema de ar-condicionado,
por exemplo.
O hotel tem seu maior potencial de ganho em eficiência energética no sistema de
aquecimento de água, uma vez que o sistema atual utiliza somente boilers elétricos, o
que se sabe, é que é muito ineficiente devido à necessidade de constante injeção de
energia. A sugestão de incluir aquecedores solares parece ideal para o estabelecimento,
que possui área no telhado para adoção dessa tecnologia. O investimento inicial é
elevado, mas deve-se levar em conta o tempo razoável de retorno.
É importante ressaltar que, quando se trata de análise de investimentos não se
pode avaliar todas as situações possíveis. Assim, o mesmo perfil de consumo anual foi
mantido e não foram utilizadas as tarifas diferenciadas devido às bandeiras tarifárias.
72
O cenário com bandeiras tarifárias teria retornos melhores, uma vez que os
fluxos de caixa aumentariam devido incremento tarifário. A imprevisibilidade da
aplicação do incremento o torna inapropriado para estudo econômico. Dessa forma, na
análise, foi oferecida maior segurança de valores para o possível investidor não levando
em conta as bandeiras.
O estabelecimento estudado, que se orgulha por ser um espaço onde o design e a
cultura estão muito bem representados, com a inclusão das mudanças sugeridas, poderá
se orgulhar também de ser mais ambientalmente correto e obter uma redução no custo
mensal na conta de energia menor.
O potencial de aumento na eficiência energética quando se trata do uso final da
energia é imenso e muitas vezes mudanças simples e pequenos investimentos já fazem a
diferença. Espera-se que o material apresentado possa ser valioso para quem desejar
realizar sua própria avaliação energética e na mudança de seus hábitos de consumo.
Com este projeto foi possível agregar conhecimentos à formação como
engenheiro elétrico, além de aprofundar os conhecimentos específicos nas áreas de
estudo de eficiência e aplicação de tecnologias de iluminação e refrigeração. Destacam-
se conhecimentos sobre eficiência e uso de elevadores, além de melhor entendimento
dos setores de consumo e suas demandas.
Para trabalhos futuros indica-se: estudos da penetração da iluminação LED nos
setores consumidores do país, estudos de possíveis melhorias na tecnologia dos
elevadores, a inclusão de um sistema de administração energética do estabelecimento,
buscando melhor identificar os usos diários dos equipamentos e mitigar desperdícios.
73
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] EDITORA MELHORAMENTOS Ltda., Dicionário Brasileiro da Língua
Portuguesa. Disponivel em: https://michaelis.uol.com.br/moderno-
portugues/busca/portugues-brasileiro/efici%C3%AAncia/. Acesso em 17 de junho
de 2018.
[2] VIANA, A.N.C.; BORTONI, E.C.; et al., Eficiência Energética: Fundamentos
e Aplicações. Campinas, 2012.
[3] IEA - International Energy Agency, Energy Efficiency Indicators 2017:
Highlights. IEA, Paris, 2017.
[4] MME - Ministério de Minas e Energia, Plano nacional de eficiência energética -
Premissas e Diretrizes Básicas. Brasília, 2011.
[5] EPE - Empresa de Pesquisa Energética, Demanda de Energia 2050. Nota
Técnica DEA 13/15, Rio de Janeiro, 2016.
[6] P. F. BLOG, Psicrômetro com leituras de temperatura de ar seco e úmido.
[7] RURYK, Espectro completo da radiação eletromagnética com a porção
visível em destaque, 2010.
[8] PHILIPS - Serviço Philips de Orientação Técnica, Tabela de substituição -
lâmpadas LED, 2014. Disponivel em: http://www.peu.com.br/media/tabela-de-
substituicao-lampadas-led-philips.pdf. Acesso em 13 de novembro de 2017.
[9] EMPALUX, Catálogo EMPALUX 2017, 2017.
[10] AGE - Association of German Engineers, VDI-4707 Lifts - Energy Efficiency.
Düsseldorf, 2007.
[11] CLIMATE-DATA, Clima: Rio de Janeiro. Disponível em: https://pt.climate-
data.org/location/853/ Acesso em 13 de junho de 2018.
[12] PBE - Probrama Brasileiro de Etiquetagem, Sistemas e equipamentos para
aquecimento solar de água - coletores solares. Rio de Janeiro, 2016. Disponível
74
em: http://www.inmetro.gov.br/Consumidor/pbe/coletoresSolares-banho.pdf
Acesso em 13 de junho de 2018.
[13] LIGHT S.A., Composição da Tarifa. Rio de Janeiro, 2018. Disponível em:
http://www.light.com.br/para-residencias/Sua-Conta/composicao-da-tarifa.aspx
Acesso em 14 de junho de 2018.
[14] SILVA, J.C. da, Cálcuos – Sistema de Aquecimento Solar. IFRN, 2014.
Disponível em: https://www.passeidireto.com/arquivo/4957215/calculos_sistema-
de-aquecimento-solar. Acesso em 13 de junho de 2018.
[15] ANEEL, Resolução Normativa nº 242. Brasília, 2006.
[16] ______, Resolução Normativa nº 261. Brasília, 1999.
[17] PROCEL, Sistemas de Ar-condicionado. Rio de Janeiro, 2011.
[18] CBCS - Conselho Brasileiro de Construção Sustentável, Guia de Diagnósticos
Energéticos em Edificações. São Paulo, 2016
[19] ASHRAE, Procedures for Commercial Building Energy Audits. Second
Edition, Atlanta, 2011.
[20] EPE - Empresa de Pesquisa Energética, Nota Técnica DEA 16/12 -Avaliação da
Eficiência Energética para os próximos 10 anos (2012-2021). Rio de Janeiro,
2012.
[21] ANEEL, Resolução Normativa nº 271. Brasília, 2000.
[22] PROCEL, Regulamento específico para uso da ENCE - Lâmpadas
fluorescentes compactas, circulares ou similares. Rio de Janeiro, 2004
[23] EPE - Empresa de Pesquisa Energética, Nota Técnica DEA 14/10 Eficiência
energética na indústria e nas residências. Rio de Janeiro, 2010.
[24] PORTAL SÃO FRANCISCO, Composição do ar. Disponível em:
https://www.portalsaofrancisco.com.br/meio-ambiente/composicao-do-ar. Acesso
em 13 de junho de 2018.
75
[25] MATOS, R.S., Apostila de Climatização. - Disciplina TM182. UFPR,
Departamento de Engenharia Mecânica, 2010.
[26] HANDS DOWN SOFTWARE, HDPsyChart Standard Edition Psychrometric
Analysis - Version 7.9.8. Disponível em: https://www.handsdownsoftware.com.
Acesso em 20 de julho de 2018.
[27] WEB AR-CONDICIONADO, Cálculo de BTU. Disponível em:
http://www.webarcondicionado.com.br/calculo-de-btu. Acesso em 14 de agosto
de 2018.
[28] FERREIRA, J.H.I; NETO, L.M.C.; et al. ,Eficiência Energética: otimização do
consumo e combate ao desperdíciode energia elétrica no IFTM Campus
Ituiutaba. Uberaba, 2017. Disponível em:
http://editora.iftm.edu.br/index.php/boletimiftm
[29] REXPERTS, TIR: Taxa Interna de Retorno. Disponível em:
http://rexperts.com.br/tir-taxa-interna-de-retorno/ Acesso em 14 de agosto de
2018.
[30] ______, Conceitos Básicos de Finanças para Análise de Investimentos
Imobiliários. Disponível em: http://rexperts.com.br/conceitos-basicos-de-
financas/ Acesso em 14 de agosto de 2018.
[31] SOLETROL, Manual Técnico – Utilização, instalação, dados técnicos. São
Manuel, 2012, Disponível em:
http://www.soletrol.com.br/extras/manuais/pdfs/manual-tecnico.pdf. Acesso em
13 de junho de 2018.
[32] MMA, Secretaria de Articulação Institucional e Cidadania Ambiental, O que o
brasileiro pensa do meio ambiente e do consumo sustentável: pesquisa
nacional de opinião pública, principais resultados. Rio de Janeiro, 2012.
[33] PROCEL, Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso – Ano base
2005 – Classe residencial, relatório Brasil. Rio de Janeiro, 2007
[34] RODRIGUES, J. R. F., Avaliação da utilização do modo standby em
76
eletrodomésticos e de propostas mitigatórias para redução do seu consumo
energético. UFPR, Curitiba, 2009
[35] PROCEL, Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso – Ano base
2005 – Classe comercial, relatório Brasil. Rio de Janeiro, 2008
[36] ______, Pesquisa de posse de equipamentos e hábitos de uso – Ano base 2005
– Classe industrial, relatório Brasil. Rio de Janeiro, 2008
[37] IEA - International Energy Agency, World Energy Outlook. Paris, 2013. p. 259-
260.
[38] PROCEL, Selo PROCEL Edificações – exemplo de etiqueta PBE edifica.
Disponível em: http://www.procelinfo.com.br/main.asp?TeamID={334C4CBF-
08EC-4292-BD69-11BF09D67C57} . Acesso em 14 de agosto de 2018.
[39] PROCEL, Selo PROCEL de Economia de Energia – exemplo de etiqueta.
Disponível em:
http://scienceblogs.com.br/xisxis/2010/09/fique_de_olho_na_eficiencia_en/ .
Acesso em 14 de agosto de 2018.
[40] IAEA – International Atomic Energy Agency, Energy Indicators for Sustainable
Development: Guidelines and Methodology. Vienna, 2005.
[41] PROCEL, Selo PROCEL de Economia de Energia - Condicionador de ar de
janela. 2017. Disponível em:
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/condicionadores_ar_janela_indice-
novo.pdf . Acesso em 14 de agosto de 2018.
[42] PROCEL, Selo PROCEL de Economia de Energia - Condicionadores de ar
split hi-wall. 2018. Disponível em:
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/condicionadores_ar_split_hiwall_indi
cenovo.pdf . Acesso em 14 de agosto de 2018.
[43] PROCEL INFO, Critérios de eficiência para equipamentos eletrodomésticos.
2018. Disponível em:
http://www.procelinfo.com.br/main.asp?View={B70B5A3C-19EF-499D-B7BC-
D6FF3BABE5FA} . Acesso em 14 de agosto de 2018.
77
[44] ANEEL, Resolução Normativa nº 153. Brasília, 2001.
[45] ______, Resolução Normativa nº 186. Brasília, 2001.
[46] ABNT, NBR-5413 Iluminância de interiores. Rio de Janeiro, 1992.
