RESSALVA Atendendo solicitação do(a) autor(a), o texto completo desta dissertação será disponibilizado somente a partir de 16/12/2017. Guaratinguetá - SP 2016 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM INSTALAÇÕES RESIDENCIAIS CONSIDERANDO O NOVO AMBIENTE DE MEDIÇÃO DE CONSUMO. MARÍA FERNANDA TRUJILLO LEÓN L579e León, María Fernanda Trujillo Eficiência energética em instalações residenciais considerando o novo ambiente de medição de consumo / María Fernanda Trujillo León – Guaratinguetá, 2017. 96 f : il. Bibliografia: f. 92-96 Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2017. Orientador: Prof. Dr. Oscar Armando Maldonado Astorga 1. Iluminação Elétrica. 2. Energia Elétrica - Consumo. 3. Energia Elétrica – Fontes alternativas. I. Título CDU 628.9(043) MARÍA FERNANDA TRUJILLO LEÓN EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM INSTALAÇÕES RESIDENCIAIS CONSIDERANDO O NOVO AMBIENTE DE MEDIÇÃO DE CONSUMO. Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica na área de Energia. Orientador: Prof. Dr. Oscar Armando Maldonado Astorga. Guaratinguetá 2016 DADOS CURRICULARES MARÍA FERNANDA TRUJILLO LEÓN NASCIMENTO 04.09.1989 – QUITO –EQUADOR FILIAÇÃO Martha Cecilia León Álvarez. Fernando Ruperto Trujillo Verdesoto. 2009-2014 Curso de Graduação Engenharia Elétrica–Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP - Campus Guaratinguetá, SP-Brasil. 2015-2016 Curso de pós-graduação em Engenharia Mecânica, na área de Energia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP - Campus Guaratinguetá, SP-Brasil. Dedico este trabalho à minha família, pelo apoio incondicional e exemplo de dedicação, esforço e amor, sobretudo pela cumplicidade e incentivo para que todos e cada um dos meus objetivos de vida sejam realizados com o maior dos êxitos. AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus por me permitir viver esta experiência me cuidar e guiar neste caminhar da vida. ao meu orientador, Prof. Dr. Oscar Armando Astorga Maldonado, pela paciência, dedicação, conselhos e por todos os ensinamentos na área de pesquisa. aos meus colegas de estudo e trabalho no DEE e LESIP pelo companheirismo, ajuda e convivência diária. Em especial a Soninha pelas suas palavras constantes de ânimo e força. à minha família, pelo seu apoio incondicional e orações diárias para conseguir ir em frente neste trabalho, especialmente a minha mãe por ser esse exemplo de perseverança, dedicação e entrega e ao Matheus por sua ajuda, amor e apoio incondicional. a esta casa, a FEG, por ser meu segundo lar, por ter me acolhido em um dos períodos mais importantes da minha vida. Onde cheguei inundada de expectativas e emoções, onde chorei, caí e levantei, mas sobretudo onde me formei não só com títulos senão com experiências e tive a honra de servir e ser parte desta comunidade. “O cientista não é o homem que fornece as verdadeiras respostas; é quem faz as verdadeiras perguntas”. Claude Lévi-Strauss TRUJILLO, M. F. L. Eficiência energética em instalações residenciais considerando o novo ambiente de medição de consumo. 2016, 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2016. RESUMO O uso de novas tecnologias em equipamentos e dispositivos de consumo de energia elétrica, vem sendo uma ferramenta cada vez mais utilizada para aumentar a eficiência energética na geração, transporte e distribuição de energia. Mesmo com a crise econômica dos últimos anos, a demanda de energia elétrica tem apresentado um crescimento constante em alguns setores da distribuição, principalmente no consumo de instalações residenciais. Neste tipo de instalação, a introdução de tecnologia LED no sistema de iluminação vem crescendo de forma sistêmica resultando em economia para o consumidor que paga a energia consumida em kWh, sem preocupação com aspectos importantes que o consumidor industrial enfrenta como o baixo fator de potência e a distorção harmônica presente na instalação. Este quadro tende rapidamente a mudar com a instalação, nas residências, dos novos medidores digitais pelas distribuidoras, capazes de medir estes tipos de parâmetros. Atualmente, quando vista do lado do sistema de geração, a economia do consumidor em kWh pode não representar uma economia na geração de energia pois, por tratar-se de cargas não lineares, a relação entre o consumo na instalação e a energia necessária que precisa ser gerada nas Usinas para o seu atendimento, medido em kVA, pode não apresentar a mesma vantagem ou mesmo ser uma desvantagem para o sistema elétrico. Este trabalho tem por objetivo apresentar uma análise da utilização de tecnologia LED na iluminação em instalações residenciais, levando em consideração a não linearidade desta nova tecnologia e a consequente introdução na instalação, do aumento das perdas elétricas que isto pode acarretar. Com esta finalidade foi realizada uma montagem experimental, utilizando alguns dos eletrodomésticos mais encontrados em instalações residenciais, operando em conjunto com o sistema de iluminação. Assim os resultado das diversas análises tem como consequência a apresentação de considerações para o consumidor e os órgãos de certificação, sobre os principais requisitos a serem observados na aquisição, instalação e operação desta nova tecnologia, colaborando desta forma para o aproveitamento correto desta em sistemas de iluminação residencial, no novo cenário de medição digital que está sendo implantado no país. PALAVRAS-CHAVE: Sistemas de Iluminação, Eficiência Energética, LED, Qualidade de Energia, harmônicas, consumo residencial. TRUJILLO, M. F. L. Eficiência energética em instalações residenciais considerando o novo ambiente de medição de consumo. 2016, 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2016. ABSTRACT The use of new technologies in equipments and power consumption devices, it has been a tool to increase energy efficiency in the generation, transmission, and distribution of energy. Even with the economic crisis of recent years, electricity demand has shown a steady growth in some distribution sectors, especially in the consumer residential. In this type of plant facilities, the use of LED technology in lighting grows systemically resulting in the economy for the residential consumer who pays per kWh, without regard to important aspects that industrial consumers face as a low power factor and harmonic distortion present in the installation. This frame quickly tends to change with home electrical circuits, new digital meters by distributors, capable of measuring such parameters. Currently, from the viewpoint of the power generation system, the consumer economy in kWh may not represent savings in energy production. This assumption is valid because, as it is in non-linear loads the ratio between consumption in the installation and the required power must be provided in plants for your service, measured in kVA, can not present the same advantage or even be a disadvantage to the electrical system. This study aims to present an analysis of the use of LED technology in lighting in residential systems, considering the non-linearity of this new technology and the subsequent introduction in the installation, the increase in electrical losses this may entail. For this purpose, an experimental setup was performed using some of the most common appliances in residential appliances. These devices operate in conjunction with the lighting system. Thus, the outcomes of the different analyses led to considerations for the consumer and the certification agency. The Brazilian utilities are deploying a new digital measurement scenario, and the service clients must observe requirements in the purchase, installation and operation of this new technology, contributing this way to the correct use of this technology in residential lighting systems. KEYWORDS: Lighting Systems, Energy Efficiency, LED, Energy Quality, harmonics, residential consumption. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Mapa conceitual do aumento de necessidades energéticas. ...................................... 17 Figura 2. Evolução da demanda de energia e da taxa de crescimento econômico ................... 21 Figura 3. Entrada em operação de novos empreendimentos de geração. ................................. 23 Figura 4. Evolução do crescimento populacional e da demanda de energia per capita. .......... 23 Figura 5. Consumo Final Energético por Setor (em milhares de tep) ...................................... 24 Figura 6. Evolução da Participação das Fontes no Consumo Final de Energia. ..................... 25 Figura 7. Matriz de produção de energia elétrica no Brasil...................................................... 26 Figura 8. Quantificação das Energias Renováveis ................................................................... 27 Figura 9. Consumo de energia elétrica no mês de março 2016 e acumulado em 12 meses. .... 28 Figura 10. Número de unidades consumidoras no Brasil: estratificação por classe................. 29 Figura 11. Uso final de eletricidade no Brasil ao longo do verão (a) e inverno (b). ................ 30 Figura 12. Demanda de Energia Residencial por Uso Final .................................................... 30 Figura 13. Regulamentação da Lei 10.295/2001 no Setor Residencial .................................... 33 Figura 14. Diversas tecnologias de lâmpadas de uso residencial ............................................. 36 Figura 15. Lâmpadas LED........................................................................................................ 37 Figura 16. Etiqueta INMETRO-lâmpadas LED. ...................................................................... 40 Figura 17. Requisitos técnicos de limite das correntes harmônicas ......................................... 41 Figura 18. Posse Média de Equipamentos Eletrodomésticos no Setor Residencial. ................ 42 Figura 19. Posse Média de Equipamentos Eletrodomésticos. .................................................. 42 Figura 20. Selo PROCEL equipamentos eletrodomésticos. ..................................................... 43 Figura 21. Onda distorcida e componentes harmônicas. .......................................................... 44 Figura 22. Forma de onda e o espectro harmônico de um sinal senoidal. ................................ 45 Figura 23. Forma de onda e o espectro harmônico de um sinal com perturbações. ................. 45 Figura 24. Limites individuais de harmônicos de corrente em % fundamental. ...................... 51 Figura 25. Dimensionamento do condutor neutro .................................................................... 51 Figura 26. FLUKE 435, analisador de qualidade de energia.................................................... 54 Figura 27. Medidor eletrônico digital ....................................................................................... 54 Figura 28. Fonte Pacific Smart Source ..................................................................................... 55 Figura 29. Esquema de montagem-bancada educacional. ........................................................ 56 Figura 30. Esquema de montagem-ambiente residencial ......................................................... 57 Figura 31. Formas de onda de tensão e corrente das lâmpadas incandescentes ....................... 58 Figura 32. Forma de onda de tensão e corrente das lâmpadas halógenas. ............................... 59 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232079 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232080 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232094 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232095 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232096 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232098 Figura 33. Formas de onda de tensão e corrente da lâmpada fluorescente L3. ........................ 60 Figura 34. DHTi da lâmpada fluorescente L3. ......................................................................... 60 Figura 35. Forma de onda de tensão e corrente da lâmpada LED, L6. .................................... 61 Figura 36. DHTi da lâmpada LED, L6. .................................................................................... 62 Figura 37. Formas de onda de tensão e corrente da lâmpadas LED, L8. ................................. 62 Figura 38. DHTi da lâmpadas LED, L8. .................................................................................. 62 Figura 39. Gráfico Potências - Análise individual por lâmpada REDE. .................................. 63 Figura 40. Gráfico Potência aparente - Análise individual por lâmpada REDE. ..................... 64 Figura 41. Gráfico DHTi - Análise individual por lâmpada REDE. ........................................ 65 Figura 42. Gráfico FP - Análise individual por lâmpada REDE. ............................................. 65 Figura 43. Formas de onda de tensão e corrente tecnologia fluorescente compacta. ............... 67 Figura 44. Formas de onda de tensão e corrente tecnologia LED ............................................ 67 Figura 45. Gráfico Potências - Análise por tecnologia de iluminação REDE. ......................... 68 Figura 46. Gráfico Potência aparente - Análise por tecnologia de iluminação REDE. ............ 68 Figura 47. Gráfico DHTi - Análise por tecnologia de iluminação REDE. ............................... 69 Figura 48. Gráfico FP - Análise por tecnologia de iluminação REDE..................................... 69 Figura 49. Formas de onda de tensão e corrente da TV. .......................................................... 70 Figura 50. DHTi daTV. ............................................................................................................ 71 Figura 51. Formas de onda de tensão e corrente do purificador de água. ................................ 72 Figura 52. DHTi do purificador de água .................................................................................. 72 Figura 53. Formas de onda de tensão e corrente do microondas .............................................. 73 Figura 54. DHTi do microondas. .............................................................................................. 73 Figura 55. Formas de onda de tesão e corrente do liquidificador............................................. 74 Figura 56. DHTi do liquidificador ............................................................................................ 74 Figura 57. Gráfico DHTi - Análise individual por eletrodoméstico REDE ............................. 75 Figura 58. Gráfico Potências - Análise individual por eletrodoméstico REDE. ...................... 76 Figura 59. Gráfico Potências - Análise individual por eletrodoméstico REDE. ...................... 76 Figura 60. Formas de onda de tensão e corrente do S1. ........................................................... 77 Figura 61. THDi do S1. ............................................................................................................ 78 Figura 62. Formas de onda de tensão e corrente do S2 THDi_S2. .......................................... 78 Figura 63. THDi do S2. ............................................................................................................ 78 Figura 64. Formas de onda de tensão e corrente do S3. ........................................................... 79 Figura 65. DHTi do S3. ............................................................................................................ 79 Figura 66. Formas de onda de tensão e corrente do S4. ........................................................... 79 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232104 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232106 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232111 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232115 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232117 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232118 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232124 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232126 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232129 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232130 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232131 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232133 Figura 67. DHTi do S4. ............................................................................................................ 80 Figura 68. Gráfico Potências – Análise sistema completo_REDE. .......................................... 80 Figura 69. Gráfico DHTi – Análise sistema completo_REDE ................................................. 81 Figura 70. Gráfico FP – Análise sistema completo_REDE. .................................................... 81 Figura 71. Gráfico FP – Comparação DHT’s Fonte e Rede ..................................................... 82 Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada. file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467232135 LISTA DE TABELAS Tabela 1. Requisitos técnicos para FP ...................................................................................... 40 Tabela 2. Análise individual por lâmpada incandescente......................................................... 58 Tabela 3. Análise individual por lâmpada halógena................................................................. 59 Tabela 4. Análise individual por lâmpada fluorescente. .......................................................... 59 Tabela 5. Análise individual por lâmpada LED. ...................................................................... 61 Tabela 6.Comparação de resultados nos estudos Dias e Filippo; Trujillo................................ 63 Tabela 7. Análise por tecnologias: incandescente e halógeno.................................................. 66 Tabela 8. Análise por tecnologias: fluorescente compacta....................................................... 66 Tabela 9. Análise por tecnologia: LED .................................................................................... 67 Tabela 10. Análise individual por eletrodoméstico Eletrônicos. .............................................. 70 Tabela 11. Análise individual por eletrodoméstico Refrigeradores. ........................................ 71 Tabela 12. Análise individual por eletrodoméstico Aquecimento. .......................................... 72 Tabela 13. Análise individual por eletrodoméstico Refrigeradores. ........................................ 73 Tabela 14.Comparação de resultados nos estudos Pires; Trujillo. ........................................... 74 Tabela 15. Análise sistema complete tecnologias de iluminação+eletrodomésticos. .............. 77 Tabela 16. Análise individual por lâmpada incandescente....................................................... 82 Tabela 17. Preço médio de lâmpadas LED e FC. ..................................................................... 84 Tabela 18. Payback ................................................................................................................... 85 Tabela 19. Dados de sistema com FP dentro da norma ............................................................ 85 Tabela 20. Dados de sistema com FP fora da norma................................................................ 86 Tabela 21. Penalização por número de residências. ................................................................. 88 LISTA DE EQUAÇÕES Equação 1. DHT de tensão ....................................................................................................... 46 Equação 2. DHT da corrente .................................................................................................... 47 Equação 3. Cálculo do fator de Potência. ................................................................................. 48 Equação 4. Cálculo da corrente de neutro ................................................................................ 52 Equação 5. Cálculo de consumo. .............................................................................................. 83 Equação 6. Cálculo cosumo de iluminação. ............................................................................ 83 Equação 7. Cálculo consumo de LED ...................................................................................... 84 Equação 8. Cálculo de penalização .......................................................................................... 87 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467231576 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467231577 file:///C:/Users/Maria%20Fernanda/Desktop/versões%20dissertação/V%20final/Dissertação%20Defesa%20_V9.docx%23_Toc467231578 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 17 1.1 Objetivos da dissertação ..................................................................................................... 19 1.2 Estrutura da dissertação ...................................................................................................... 19 2 A ENERGIA ELÉTRICA ................................................................................................... 20 2.1 Conceitos Fundamentais ..................................................................................................... 20 2.2 Matriz energética brasileira-evolução. ............................................................................... 20 2.2.1 Inserção de novas fontes geradoras de energia ........................................................... 22 2.2.2 Prospectiva - visão 2030 ................................................................................................ 23 2.3 Produção ............................................................................................................................. 26 2.4 Mercado consumidor .......................................................................................................... 27 2.4.1 Consumo de energia elétrica ......................................................................................... 27 2.4.1.1 Consumo de energia elétrica por setor ......................................................................... 27 3 INSTALAÇÕES RESIDENCIAIS e EFICIENCIA ENERGÉTICA, CONSIDERANDO A QUALIDADE DE ENERGIA .......................................................... 34 3.1 Iluminação .......................................................................................................................... 34 3.1.1 Retrospectiva das diversas tecnologias de lâmpadas de uso residencial .................. 34 3.1.2 Tecnologia LED ............................................................................................................. 37 3.1.3 Regulamentos e Normas para o uso das lâmpadas LED ........................................... 39 3.2 Aparelhos eletrodomésticos ................................................................................................ 41 3.3 Qualidade de energia .......................................................................................................... 43 3.3.1 Conceitos fundamentais ................................................................................................ 44 3.3.1.1 Distorções harmônicas .................................................................................................. 44 3.3.1.2 Espectro harmônico ...................................................................................................... 45 3.3.1.3 Taxa de distorção harmônica total ................................................................................ 46 3.3.1.4 Fator de Potência .......................................................................................................... 47 3.3.1.5 Cargas geradoras de harmônicas .................................................................................. 48 3.3.2 Efeitos e consequências das harmônicas ...................................................................... 49 3.3.3 Normas e regulamentação de harmônicas .................................................................. 50 3.3.3.1 Normas de compatibilidade entre redes elétricas e produtos. ...................................... 50 3.3.3.2 Normas de emissão aplicáveis aos produtos geradores de harmônicas. ....................... 50 3.3.4 Soluções para atenuar as harmônicas .......................................................................... 51 4 ENSAIOS, ANÁLISES E RESULTADOS ........................................................................ 53 4.1 Instrumentos de medição .................................................................................................... 53 4.2 Metodologia utilizada ......................................................................................................... 55 4.3 Montagem experimental ..................................................................................................... 56 4.4 Medições e aquisição de dados ........................................................................................... 57 4.4.1 Análises com alimentação da rede: .............................................................................. 58 4.4.1.1 Análise individual por lâmpada: ................................................................................... 58 4.4.1.2 Análise por tecnologia de iluminação: ......................................................................... 66 4.4.1.3 Análise individual por eletrodoméstico: ....................................................................... 70 5.4.1.4 Análise sistema completo (por sistemas de iluminação+eletrodomésticos): ............... 77 4.4.2 Análises com alimentação de uma fonte externa: ....................................................... 82 4.4.2.1 Análise individual por lâmpada: ................................................................................... 82 4.5 Análise de viabilidade econômica ...................................................................................... 83 4.6 Resultados Finais ................................................................................................................ 85 5 CONCLUSÕES .................................................................................................................... 89 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 92 17 1 INTRODUÇÃO O crescimento acelerado da população, a escassez de recursos naturais, e a necessidade pelo cuidado ao nosso planeta, determina uma preocupação do uso indiscriminado dos meios que a natureza oferece, levando ao mundo todo a sua reflexão, surgindo assim novos conceitos como o da Eficiência Energética, o qual está ligado à redução das perdas na conversão de energia primária em energia útil. As perdas ocorrem para qualquer tipo de energia, seja térmica, mecânica ou elétrica (SOLA et al., 2007). Colocando-as, nos dias de hoje, como uma das principais ferramentas para a redução dos custos e, consequente obtenção do desenvolvimento sustentável do setor produtivo ou de serviço (VIANA et al., 2012). Segundo uma análise da United Nations Environment Programme-UNEP, sobre os grandes problemas mundiais da atualidade em relação ao ambiente, aponta-se o aumento progressivo das necessidades energéticas e suas consequências ambientais como uns dos doze maiores problemas que preocupam os pesquisadores. Soluções como o aumento da capacidade da matriz energética com a inserção de novas fontes geradoras de energia não poluentes, como as usinas de energia solar, eólica, maremotriz, cogeração e biomassa, e as ações de eficiência energética através dos programas de conscientização, de gestão energética e adoção de novos métodos e tecnologias energeticamente eficientes vem sendo implantados, a seguir a Figura 1 apresenta um mapa conceitual que ilustra o esquema sobre o aumento das necessidades de energia e as soluções que tem sido adotadas. Figura 1. Mapa conceitual do aumento de necessidades energéticas. Fonte: Autoria própria. Aumento de Necessidades ENERGÉTICAS Novas Fontes de Geração de Energia Hidroelétricas Usinas de Energia Solar Usinas de Energia Eólica Usinas de Energia Biomassa Ações de eficiência energética Conscientização Gestão energética Novos métodos e tecnologias Lâmpadas LED 18 Por esta razão a demanda por equipamentos de alta eficiência elétrica tem crescido exponencialmente nas últimas décadas. Esta demanda acontece nos campos residencial, comercial e industrial (BRAVO; ABED, 2013). Sendo objetivo deste trabalho a área residencial, destaca-se o constante aumento da demanda neste setor a nível nacional e mundial, em função da utilização cada vez maior de equipamentos elétricos; seja para a realização das atividades domésticas cansativas, para as atividades de comunicação, de conforto ou lazer. Pode-se constatar que no mês de junho de 2016 na Resenha Mensal de Consumo de Energia Elétrica da Empresa de Pesquisa Energética- EPE (2016), órgão público Brasileiro, a qual informa em relação ao consumo nacional de energia elétrica o seguinte: “A classe industrial retraiu 3,3% e a comercial 2,9%, enquanto a demanda nas residências cresceu 4,6%, sendo a quarta alta seguida no consumo de eletricidade no segmento residencial, puxada principalmente pelas baixas temperaturas e pelo afrouxamento nas medidas de redução de consumo após o choque tarifário do ano 2015”. Assim, cada vez mais pesquisadores são atraídos para a tarefa de desenvolver tecnologias, equipamentos ou metodologias que, sem comprometer os benefícios sociais destes novos equipamentos, permitam uma redução do consumo de energia elétrica. Uma dessas novas tecnologias inseridas no mercado, as quais tem crescido nos últimos anos com o intuito de economia de energia e alta eficiência são as denominadas Lâmpadas LED “Light Emitting Diode”, oferecendo inúmeras vantagens em comparação às tecnologias de iluminação residencial convencionais (incandescentes, halógenas, fluorescentes, fluorescentes compactas). As lâmpadas de LED proporcionam tanto eficiência quanto durabilidade superior à de lâmpadas comuns e consomem muito menos energia elétrica em iluminação. Ainda sua maior vantagem é a alta eficiência, pois não provoca muita quantidade de energia térmica dissipada, sendo a maior porcentagem da energia elétrica consumida é usada para a produção de luz, consequentemente poupando energia (MARTINEZ; TOMIOKA, 2009), entretanto algumas desvantagens se apresentam por serem cargas não lineares, trazendo efeitos nocivos como as distorções harmônicas e, consequente, baixo fator de potência além de seu alto custo inicial atualmente porém vem caindo com o aumento da produção. Diante desse cenário, regulamentar o mercado e exigir a certificação das lâmpadas LED foi uma opção desejada por associações da iluminação e por empresários que há décadas trabalham neste segmento (GROSSO, 2015). Expõe-se então as normas vigentes e organismos responsáveis pela sua regulamentação no Brasil, como a regulamentação do INMETRO e PROCEL. 19 Por fim com o advento da substituição das lâmpadas convencionais por esta tecnologia nova, não se pode deixar de lado o estudo em conjunto da mesma com os aparelhos eletrodomésticos presentes nas residências com objetivo de analisar seus comportamentos no sistema elétrico. 89 5 CONCLUSÕES Neste trabalho foram realizados ensaios laboratorias com o intuito de quantificar os distúrbios pela consequente introdução de cargas não lineares nas instalações residencias como lâmpadas LED, causadoras de efeitos nocivos para o sistema elétrico como baixo fator de potência, perdas ôhmicas ou aquecimento nos condutores dos circuitos elétricos. Para verificar a eficiência da tecnologia das lâmpadas a LED foi criado um ambiente residencial e os ensaios foram realizados em conjunto com os aparelhos eletrodomésticos mais usados numa residência, resultando numa eficiência de 33,33% de potência ativa e na ordem de 50% para a potência aparente, comparadas às de uso atual. Assim como também se quantificaram os índices de distorções harmônicas no âmbito da iluminação e se evidenciou que as lâmpadas fluorescentes compactas foram as pioneiras, seguidas das lâmpadas LED, assim como no âmbito eletrodomésticos foram os eletrônicos os quais ficaram com maior índice de distúrbios, seguidos do microondas, dos motores e finalmente dos refrigeradores. Segundo a norma INMETRO 389RTQ LED, se estabelece 0,7 como valor mínimo de FP para as lâmpadas LED entre cinco e vinte e cinco watts, o qual foi atendido somente em 50% das amostras testadas, o resto está fora da norma, assim também para lâmpadas maiores a vinte e cinco watts se estabelece como mínimo de FP 0,92, o que não foi cumprido pelos fabricantes das amostras deste estudo. Pelos resultados obtidos verifica-se que para o consumidor pode resultar benéfico usar sistemas de iluminação com baixo fator de potencia, pois ele paga só o equivalente à potência ativa em um determinado período de tempo em [kWh]. Mas com a inserção dos medidores inteligentes, pela potência reativa e harmônicos, também haverá multas como já acontece nas indústrias com o fator de potência não atingido. Constata-se também que, se usados esses sistemas com baixo FP, sem atender a fatores de potência mínimos exigidos, o sistema gerador terá prejuízos implicando na necessidade de normas mais rigorosas que visem economia tanto para o consumidor quanto para o sistema elétrico. Obteve-se também a comparação de usinas virtuais a serem utilizadas fazendo ênfase de quanto o sistema gerador pode economizar diminuindo a necessidade da expansão da geração ou retardando os efeitos prejudiciais ao não atendimento da demanda futura. Finalmente se recomenda ao INMETRO que possa ser inserida a distorção harmônica total (DHT) de cada aparelho elétrico na sua etiquetagem para informação dos consumidores, 90 assim como o estabelecimento de uma escala quantitativa e/ou qualitativa dos aparelhos com mais ou menos harmônicas. Dando continuidade a esta dissertação se propõe reproduzir este trabalho em maior escala com amostras de diversas residências, assim como a coleta de dados em domicílios com os atuais medidores de energia e em outros com os medidores de energia digitais que quantificam energia reativa e fator de potência. As lâmpadas LED são mais eficientes, quase toda a energia fornecida é transformada em luz. Em comparação com outras tecnologias elas produzem muito mais luz por unidade de energia fornecida (lumen / Watt), conduzindo a poupanças de até 90% da energia utilizada para a iluminação, diretamente resultando numa baixa emissão de CO2. Além disso não é utilizado enxofre, vapores de mercúrio nem outros metais perigosos para o meio ambiente durante a sua produção. Têm uma longa vida útil em comparação com outros tipos de lâmpadas. Em relação a média de vida de uma lâmpada halógena de 3.000 horas com o tempo de vida de LEDs que vão desde 50.000 até 100.000 horas. Quando usado 8 horas por dia, a lâmpada de halogéneo dura cerca de um ano, ao passo que as LEDs tem uma duração de pelo menos 17 anos. No entanto, isso não significa que estas sempre vão durar todo esse tempo na vida real, como os LEDs são controlados pela eletrônica de potência, esta deve ter qualidade suficiente, a fim de coincidir com a expectativa de vida do LED. As lâmpadas LED emitem muito pouco calor em comparação às fontes de luz anteriores, por isto também da sua maior durabilidade. Tornando-as mais seguras para tocá-las enquanto estão em funcionamento. Os LEDs não são sensíveis à vibração e frio, podendo ser também dispositivos a prova de água tornando-as ideais para uso externo e condições mais rigorosas de temperatura. Os fabricantes fazem todo o possível para manter a temperatura de funcionamento tão baixa quanto possível para seus acessórios. Uma outra vantagem deste tipo de lâmpadas é o aproveitamento total do fluxo luminoso diferente das fluorescentes, onde parte deste fluxo é perdido no rebatimento nas luminárias. Na atualidade a introdução desta tecnologia é cada vez maior, e as políticas de uso estão aumentando. No Brasil, a comercialização de lâmpadas de LED tem aumentado de acordo com a Associação Brasileira da Indústria de Iluminação (Abilux), atualmente, as lâmpadas de LED representam 10% do mercado total (MOREIRA, 2015). Nos EUA por exemplo a General Electric está acelerando o tempo de mudança para tecnologias mais eficientes, fazendo desaparecer as lâmpadas fluorescentes compactas das prateleiras norte-americanas até 2017. A General Electric anunciou que até o fim deste ano 91 encerrará a produção das fluorescentes no país para se focar apenas na Tecnologia LED como modelo de lâmpada eco-consciente (KASTRENAKES, 2016). O único ponto desfavorável é o alto custo de aquisição destes equipamentos, porém com os incentivos de produção tendem a melhorar. A sua longa vida útil e maior eficiência energética evidencia superioridade quando comparadas com as lâmpadas incandescentes, no entanto o uso destas novas tecnologias traz comprometimento ao que se refere qualidade de energia ofertada e consequentemente injetada na rede do sistema onde elas são empregadas devido ao surgimento de distorções indesejadas e ao baixo fator de potência (BRAGA et al., 2014). 92 REFERÊNCIAS ACHÃO, C.; SCHAEFFER, R. (2009). Decomposition analysis of the variations in residential electricity consumption in Brazil for the 1980-2007 period: Measuring the activity, intensity and structure effects. Energy Policy, 37(12), 5208–5220. Disponível em: Acessado em: 24 Maio. 2016. AEDENAT; CODA, C.S DE CCOO; UGT. Ante el cambio climático, menos CO2, 1998. ALMEIDA, M.A.; SCHAEFFER, R.; LA ROVERE, E.L. 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