análise do uso da energia elétrica em estádios de futebol - tiago marcante pinto
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ANÁLISE DO USO DA ENERGIA ELÉTRICA EM ESTÁDIOS DE FUTEBOL
Aluno: Tiago Marcante PintoProfessor: Odilon Francisco Pavón Duarte
Resumo
Tendo em vista a execução de construções e reformas dos estádios
brasileiros, que buscam atender as necessidades apresentadas pela Copa do
Mundo de Futebol, em 2014, este artigo executa uma análise no uso da eletricidade
nos estádios em dias de jogo, avaliando seu reflexo na fatura de energia elétrica.
Tratando de um tema com informações pouco acessíveis, o estudo propõe uma
metodologia de análise das características deste tipo de instalação. Além disso,
avalia-se o potencial de geração de energia elétrica através de fontes renováveis,
solar e eólica, indicando a viabilidade de estudos específicos do uso dessas nos
estádios.
Palavras-chave: Análise do Uso da Eletricidade, Estádios de Futebol, Fontes
Renováveis.
ANALISYS OF THE USE OF ELECTRICITY IN SOCCER STADIUMS
Student: Tiago Marcante PintoProfessor: Odilon Francisco Pavón Duarte
Abstract
Given the execution of construction and remodeling of stadiums Brazilians,
seeking to meet the needs presented by the World Cup Soccer in 2014, this paper
performs an analysis on the use of electricity in the stadiums on match days,
evaluating its reflection in the electricity bill. Treating a subject with little information
available, the study proposes a methodology for analyzing the characteristics of this
type of installation. Furthermore, we evaluate the potential of electricity generation
from renewable sources, solar and wind energy, indicating the feasibility of using
these specific studies in stadiums.
Key-words: Analisys of the Use of Electricty, Soccer Stadiums, Renewable Sources.
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1 INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, o uso eficiente da energia e a proposição de geração
através de fontes renováveis, têm ganhado espaço nos projetos de investimento de
governos em todo o mundo. A previsão de escassez de energia dependente de
combustíveis fósseis tem preocupado a sociedade, pois encarece a mesma e leva a
degradação do meio ambiente. Diante deste cenário, o mundo volta a sua atenção
para buscar uma maneira mais limpa e confiável de continuar usufruindo daquilo que
a energia que move o avanço tecnológico lhe oferece (HOLM, 2005). A expectativa é
de que em 2035 o consumo mundial de energia tenha um acréscimo de 53% em
relação ao ano de 2008. Contudo, as energias renováveis são a fonte mundial que
mais crescem, aumentando 2,8% ao ano (EIA 2011).
Com a iminência da Copa do Mundo no Brasil, a questão da sustentabilidade
dos novos estádios que estão sendo construídos ou reformados tem sido pauta
constante na mídia. Na Copa do Mundo na Alemanha, a FIFA (2006) estabeleceu o
Green Goal, documento com políticas de compensação de emissões de gases do
efeito estufa, e lançou um marco no que tange o uso consciente dos recursos
energéticos no futebol. Aproveitando a vitrine proporcionada por este evento, o
Brasil, que é conhecido como uma liderança na área do desenvolvimento
sustentável, conforme o ministro Laudemar Aguiar, pretende realizar uma copa
marcada pela sustentabilidade, focando na gestão energética destas novas arenas
(Portal da Copa, 2012).
Dentro deste contexto, o presente artigo se propõe a estudar o atual perfil de
consumo da eletricidade nos estádios de futebol, nos dias em que esses são
utilizados para jogos das equipes profissionais. Esta avaliação tem como principal
objetivo mensurar o reflexo na fatura de energia elétrica. Além disso, entendendo o
perfil de uso desse insumo, torna-se possível explorar métodos de gestão de energia
para essas instalações. Finalizando, o uso de fontes alternativas como forma de
mitigar o impacto energético dessas construções é esboçado, indicando a
viabilidade de análises mais aprofundadas sobre o tema.
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2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 CONTEXTO ENERGÉTICO
“Sem energia não há desenvolvimento (Luiz Inácio Lula da Silva, 2010)”. A
afirmação do então presidente, em 13 de agosto de 2010, em visita à obra de
construção da Usina Hidrelétrica de Jirau (RO), expressa uma verdade com a qual o
mundo convive mais intensamente desde a revolução industrial. O que antes era
produzido de modo artesanal passou a ser feito através de máquinas, e em grandes
quantidades. Nos últimos séculos, o desenvolvimento tecnológico e econômico da
humanidade deu um salto em relação à história antiga e, para que isto pudesse
acontecer, o consumo de energia acompanhou este ritmo. Na passagem do século
XIX para o XX o consumo mundial de energia era de 911 milhões de tep, em 2008
este número subiu para 12,7 bilhões de tep (EIA 2011).
A revolução industrial trouxe consigo crescente demanda da energia e matérias-primas que o mundo nunca tinha visto; e o fantástico ritmo de expansão continuou através do século XX. Foi estimado, por exemplo, que nas primeiras duas décadas do século XX a humanidade consumiu mais energia do que havia feito em todos os séculos anteriores da sua existência. Durante as duas décadas subsequentes nós de novo utilizamos mais energia do que na totalidade do passado. Além disso, uma constatação similar manteve-se para cada período subsequente de 20 anos (Baumol, 1989).
Em 1960 houve uma desaceleração no crescimento do consumo de energia,
contudo ele permanece crescendo, conforme visto na Tabela 1.
Tabela 1 - Consumo Mundial de Energia(em bilhões de toneladas equivalentes de petróleo - tep)
ANO 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
CONSUMO 3,4 4,41 5,63 6,49 7,45 8,08 9,09 9,55 10,2
Fonte: Leite (2007, p.36)
Destaca-se, portanto o aumento no consumo de eletricidade. Sendo que de
1973 a 2004 foi de 68% na média mundial. No Brasil, este crescimento foi
extremamente superior. Em 1973 a eletricidade participava com 6% do consumo
final, já em 2004 sua participação foi de 16%, apresentando um aumento de 166%
no período (EPE, 2007, p.95). Em 2011, o consumo de energia elétrica no país foi
de 415,3 TWh (EPE, 2011, p.65).
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Com o progressivo aumento na demanda por energia, as nações têm se
preocupado em como manter a oferta. Como a maior parte desse insumo vem de
fontes esgotáveis, dois pontos são essenciais para a segurança no fornecimento: a
eficiência energética e a geração a partir de fontes renováveis (FGV, 2011, p.3). A
projeção é de que, seguindo o que já vem acontecendo, os investimentos em fontes
de energia renováveis tenha um crescimento percentual maior que qualquer outra
até 2035 – cerca de 2,8% ao ano (EIA 2011, p.2). Isso pode ser visto no Gráfico 1.
Gráfico 1 - Geração Mundial de Eletricidade por fonte.Fonte: International Energy Outlook 2011 (2011).
O Brasil, apesar de ter sua matriz energética fundamentada em
hidroelétricas, segue a tendência mundial de investimentos na promoção de outros
vetores sustentáveis. Através de fomentos, como o Programa de Incentivo às Fontes
Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) e os Leilões para Energias Renováveis,
o país tem estimulado a expansão do uso destas fontes. Além disto, o BNDES
(Banco Nacional do Desenvolvimento) financia empreendimentos de geração de
energia a partir de fontes alternativas. Em um estudo desenvolvido pelo Instituto de
Estudos para o Desenvolvimento Industrial (IEDI), em conjunto com o Centro de
Estudos em Sustentabilidade (GVces), é feita uma análise dos desafios que podem
ser encontrados pelo Brasil para o desenvolvimento de fontes energéticas
alternativas e propostos meios que visam viabilizar a expansão do uso destes
sistemas.
De acordo com pesquisa elaborada pelo The Boston Consulting Group
(BCG) em parceria com o MIT Sloan Management Review, com mais de 4 mil
Histórico Projeções
Carvão
Gás Natural
Nuclear
HídricaOutras RenováveisLiquidos
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gerentes, em 113 países, evidenciou-se que a cada ano as empresas têm dado
maior atenção ao termo sustentabilidade. Em 2010, 55% dos entrevistados
responderam estar buscando a sustentabilidade como estratégia para serem
competitivos. No ano seguinte esse índice aumentou para 67%. Quando
questionados sobre quais os fatores que os levaram a mudar seu modelo de negócio
(se referindo à sustentabilidade), 41% citou a preferência dos clientes por
produtos/serviços sustentáveis e 28% que seus clientes estão dispostos a pagar
mais por ofertas sustentáveis.
2.2 ENERGIA NOS ESTÁDIOS DE FUTEBOL
O setor da indústria de entretenimento e mídia prospecta um crescimento de
5% na média mundial, sendo que o Brasil é o segundo país em taxa de crescimento,
com 8,7%, ficando atrás apenas da China (BBC, 2010). Inseridos nesse cenário
estão os estádios de futebol, que há muito tempo deixaram de ser um simples
espaço onde torcedores se reúnem para acompanhar seu time e passaram a
grandes centros multiusos, abrigando as mais diversas atividades. Sendo assim, o
impacto gerado pelo seu consumo energético é algo que deve ser levado em
consideração. Na última Copa do Mundo, realizada na África, em 2010, foram
utilizados 253 geradores temporários, somando um total de 56 MW de potência
instalada (FIFA, 2011, p.9).
De acordo com o Cadastro Nacional de Estádios de Futebol (CNEF, 2009), o
Brasil possui 634 estádios de futebol cadastrados. Sendo que a grande maioria
possui iluminação, possibilitando receber jogos tanto durante o dia quanto à noite,
como pode ser visto no Gráfico 2.
Gráfico 2 - Quantidade de estádios cadastrados no Brasil (Divididos de acordo com a existência de iluminação).Fonte: CNEF (2009).
Sem Ilu-mi-nação 216
Com Ilu-mi-nação 418
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Este dado é importante, pois evidencia a quantidade de estádios que podem
ser atuantes durante qualquer horário. Dentre os estádios que possuem sistema de
iluminação, 50 deles são de capacidade igual ou superior a 20.000 pessoas (CNEF,
2009). Um número bastante considerável.
Visualizando este cenário, evidencia-se a necessidade de acompanhar o uso
da eletricidade neste tipo de edificação, para que haja um consumo eficiente. A dita
eficiência energética, refere-se à com um menor consumo chegar ao mesmo produto
final, seja através de novas tecnologias ou melhor gestão dos recursos disponíveis
(EPC, 2011, p.4). Para obter-se uma gestão eficiente dos insumos utilizados, é
necessário conhecer quais são seus os usos finais. Uma das formas de interpretar
como a energia elétrica está sendo consumida é através da análise da curva de
carga do consumidor (Cobenge 2011, p.7). O estádio de Wembley, em Londres,
utiliza um software de gestão de energia e, desde sua reinauguração, em 2007, a
cada ano sua economia em energia elétrica vem aumentando, atingindo 28,5% em
2011 (Going Green 2011, p.15). Outros estádios como o National Indoor Stadium,
em Pequim, o Cornellà-El Prat, na Espanha, e o Luz de Benfica, em Portugal,
também possuem soluções que ajudam a gerir a energia consumida, como
automação de ar-condicionado e gerenciamento de equipamentos por software
(Schneider Electric, 2012).
Na comparação dos estádios construídos nas décadas passadas com os
empreendimentos atuais, a diferença do uso final fica evidente. Estádios quase
cinquentenários do nosso país tinham o propósito de receber seu público apenas em
dias de jogo, enquanto no novo modelo, convencionalmente chamado de arena
multiuso, propõem-se o uso do estádio durante o ano inteiro. Em sua tese de
doutorado, fazendo menção ao estádio do Manchester United, clube da Inglaterra,
Marvio P. Leoncini diz:
Old Trafford gera receita 365 dias por ano, apesar de ser utilizado para o futebol apenas entre 20 e 30 dias. Camarotes “prestige”, alugados para empresas, restaurantes das mais variadas categorias que acomodam até 4.000 pessoas sentadas e uma loja de produtos excepcional são apenas alguns exemplos deste potencial de geração de recursos. Vale notar que o estádio, apesar de ter passado por várias reformas é antigo. Fica fácil imaginar o que pode acontecer com uma arena construída para ser multi-uso (Leoncini, p.83).
Inclusive a gestão da arena multiuso é citada por Leoncini como um dos
pilares da gestão do clube, relacionado à maximização de receitas (Leoncini, p.62).
Porém, para que possam ser viáveis, entre diversos outros fatores, as instalações
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das arenas necessitam incorporar novas tecnologias (BNDES, 1997, p.11). Em todo
o mundo, novos estádios tem feito uso de formas alternativas de geração de
energia, agregando valor ao empreendimento. Todavia, o principal atrativo continua
sendo o futebol. Sendo assim, seja em um estádio antigo ou em um novo, que
segue o conceito de arena esportiva, é relevante entender o consumo que ocorre
durante a realização do evento futebolístico.
Seguindo a ideia do emprego de tecnologias inovadoras, um dos modos de
geração a ser apresentado neste artigo é o solar fotovoltaico. Este sistema, ao
contrário do que muitos pensam, não necessita que a luz radiante incida diretamente
sobre os módulos, podendo gerar eletricidade também em dias nublados (FGV,
2011, p.12). Dentre os estádios que já fazem uso desta tecnologia, o maior exemplo
é o Stade de Suisse, em Berna, capital suíça. São 12.000 m² de painéis solares que
geram 1,13 GWh de energia por ano (Stade de Suisse). Outro exemplo é o
Nuremberg Soccer Stadium, na Alemanha. Com 758 módulos cobrindo 1.000 m², o
estádio tem uma alimentação com potência instalada de 140 kW (SANTOS, 2008,
p.46). No Brasil esta ideia vem dando seus primeiros passos, mas já é uma
realidade no Estádio Governador Roberto Santos, mais conhecido como Pituaçu, em
Salvador, o primeiro estádio da América Latina a gerar energia utilizando um sistema
fotovoltaico (Neoenergia, 2012). Com um investimento de R$ 5,5 milhões, divididos
entre o Governo do Estado da Bahia e a Coelba, a usina que ocupa cerca de 5.500
m² e utiliza dois tipos de módulos fotovoltaicos, tem capacidade de gerar 400kWp e
geração anual estimada em 630 MWh (Cogen, 2012). Cabe aqui salientar a
afirmação do governador Jaques Wagner, ao se referir ao tempo de retorno do
investimento - aproximadamente 45 anos e 10 meses, de que preservação
ambiental não se mensura apenas financeiramente. Motivados pela Copa do Mundo
2014, diversos estádios brasileiros estão desenvolvendo seus projetos de geração
de eletricidade a partir de painéis fotovoltaicos. A Arena Pernambuco, em Recife,
pretende com um investimento de R$ 13 milhões ter 1 MWp de potência instalada.
Em Curitiba, foi anunciado um projeto com capacidade de 2,2 MW para o Estádio
Joaquim Américo, mais conhecido como Arena da Baixada (Portal da Copa, 2012).
Em Belo Horizonte, o estádio Governador Magalhães Pinto, popularizado como
Mineirão, com um investimento de R$ 27 milhões da Cemig, terá entre 650 kWp e
1.400 kWp de potência instalada, dependendo da tecnologia utilizada (Jornal da
Energia, 2011).
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Outra fonte alternativa a ser analisada é a energia eólica, que vem obtendo
grande incentivo do governo brasileiro. Poucas referências a sua utilização nos
estádios são encontradas, contudo, em alguns locais do mundo seu uso já vem
sendo implantado. Na Filadélfia, Estados Unidos, o Lincoln Financial Field lança um
projeto pioneiro para ser o primeiro estádio esportivo do mundo autossustentável
através de energia renovável (Ideal, 2011). Com um investimento de US$ 30
milhões, o estádio contará com 2.500 painéis solares, 80 turbinas eólicas e uma
central de cogeração alimentada por gás natural e biodiesel. Os aerogeradores
somados aos painéis fotovoltaicos atenderão cerca de 25% do consumo do estádio
(New York Times, 2010). A parcela de energia gerada através deles pode ser
pequena, mas Jeffrey Lurie, proprietário do clube, considera a visibilidade que estes
investimentos trazem. Segundo o mesmo, atingem além daqueles que vão aos
jogos, milhões de pessoas que assistem pela televisão, ou passam pelo estádio,
seja pela estrada ou de avião (Investments and acquisitions, 2011). O Apogee
Stadium, com capacidade para 31.000 espectadores, na Universidade do Norte do
Texas, é outro exemplo do uso de energia eólica. Com 3 turbinas de 100 kW
instaladas o estádio consegue suprir 6% de sua demanda por eletricidade (Earth
Techling, 2011).
Uma inovação cuja nenhuma referência quanto a sua existência em estádios
foi encontrada durante a realização deste artigo, é a geração através da
piezoeletricidade. A piezoeletricidade é a capacidade encontrada em alguns
materiais de converter energia mecânica em energia elétrica (Azevedo, 2010, p.41).
Ainda distante dos estádios, esta tecnologia já se encontra implementada, em fase
de testes, em outras construções. A Sakura Bridge, ponte localizada em Tóquio, tem
seu sistema de iluminação alimentado através de sensores piezoelétricos que
convertem as vibrações da ponte em energia elétrica (UFSCAR, 2010, p.2).
Instalado em 1 m² do chão, em uma das ruas que dá acesso a estação de trens
Shibuya, também em Tóquio, um sistema piezoelétrico, em 20 dias, gerou energia
suficiente para manter ligados 1.422 televisores por uma hora (Superinteressante,
2009). Em Roterdã, a boate Sustainable Dance Club possui instaladas no piso
placas de 65 x 65 cm que podem gerar entre 5 W e 10 W, de acordo com a pressão
aplicada (Planeta Sustentável, 2008). A instalação de sensores piezoelétricos nas
arquibancadas, assentos, corredores de passagem, portões de entrada, escadarias
e diversos outros locais aproveitaria a energia do torcedor para alimentar o estádio.
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Dois pesquisadores da escola de arquitetura do MIT, em Boston, EUA, estão desenvolvendo sistemas para tornar a energia piezoelétrica viável comercialmente: “Um simples passo humano pode manter acesas duas lâmpadas de 60 watts durante um segundo. Se pensarmos no movimento de 30 mil pessoas teríamos 3,6 milhões de watts por segundo”, explicam James Graham e Thaddeus Jusczyk, jovens estudantes do MIT que trabalham no projeto (Portal 2014, 2009).
O escritório de arquitetura Populous se encontra engajado em encontrar
uma maneira de aproveitar o uso deste sistema nos estádios de futebol (Portal 2014,
2009).
Pode-se entender, portanto, que para uma escolha consciente, tanto das
fontes de energia a serem empregadas quanto da maneira mais eficiente de utilizá-
las, é necessário primeiramente analisar a infraestrutura do estádio e compreender
seus usos finais.
3 METODOLOGIA
Para que se possa analisar o perfil de consumo de qualquer instalação, é
obrigatório tomar conhecimento de seu sistema energético, o que engloba suas
fontes de energia, sistema de tarifação, usos finais e hábitos de utilização. No que
se refere aos requisitos mínimos que o estádio deve atender, o padrão considerado
será o exigido pela FIFA para transmissão de jogos internacionais (FIFA, 2011).
Como primeira etapa, este artigo apresenta uma metodologia prática que orienta a
execução dos procedimentos de obtenção destas informações, através de uma
análise energética. Posteriormente, são explanados os métodos de cálculo para
projetos de sistemas fotovoltaicos e eólicos.
3.1 ANÁLISE ENERGÉTICA
A análise energética é realizada com o intuito de avaliar como a energia é
utilizada em uma determinada instalação. A mesma é efetuada tanto de maneira
global, referente a todas as fontes que fazem parte do sistema, quanto específica,
levantando dados relativos a cada uso final. Neste artigo, a análise se limitará ao
uso da eletricidade.
Conforme demonstrado na Figura 1, a análise é composta por quatro etapas
principais: a visita ao local da instalação, o planejamento, o levantamento de dados
e a análise e tratamento de dados.
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Figura 1 - Ilustração das etapas que compõem a análise energética.Fonte: Alvarez (2000).
3.1.1 Visita à Instalação
Nesta etapa ocorre o primeiro contato com a instalação. São conhecidos os
ambientes, os equipamentos utilizados e suas finalidades, as necessidades do local
e os responsáveis por fornecer documentos e informações necessárias para a
análise. Na visita inicial se tem uma visão geral de toda a instalação, permitindo um
planejamento para a realização das próximas etapas.
3.1.2 Planejamento
Após conhecer o local e suas peculiaridades, é feito um plano de ação que
inclui itens como o cronograma de execução, agrupamento de setores ou usos
finais, definição de tarefas e etapas e orçamento. Desta forma têm-se uma
perspectiva da maneira como será desenvolvida a análise.
3.1.3 Levantamento de Dados
Todos os dados à serem avaliados são obtidos nesta etapa, portanto deve-
se primar pela precisão, objetivando fidelidade na avaliação final. É importante fazer
uso de todos os recursos cabíveis e, quando necessário, confrontá-los.
Visita à Instalação
Faz-se o reconhecimento do local onde realizar-se-á a análise, dos seus equipamentos e dos seus ambientes;
Planejamento Execução do cronograma e agrupamentos;
Levantamento de Dados
Obtenção de informações como fatura de energia eletrica, memória de massa, medições e inspeções;
Análise e Tratamento de
Dados
Avaliação das informações através de indicadores, gráficos e planilhas.
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As principais fontes de informação são:
Fatura de energia elétrica: É emitida mensalmente pela concessionária.
Através dela obtém-se qual o consumo e demanda de energia elétrica
(ativa e reativa) da instalação nos horários de ponta e fora de ponta,
entre outros. Em posse das contas de um determinado período é
possível avaliar características como a evolução ou redução do consumo
e sua sazonalidade;
Memória de massa: O relatório da memória de massa deve ser solicitado
formalmente à concessionária. Nele encontram-se medições periódicas,
de 15 em 15 minutos, da demanda exigida pela instalação no período de
30 dias. Com os dados fornecidos neste documento, é possível traçar
curvas de carga que possibilitam visualizar a oscilação no consumo de
energia elétrica ao longo do dia;
Medição direta: Consiste em monitorar determinado ponto de interesse,
seja um setor, unidade ou equipamento específico, para conhecer suas
características de consumo. Como na conta de energia elétrica e no
relatório de memória de massa os dados são globais, este procedimento
é necessário para evidenciar particularidades da instalação. A medição
direta é realizada com o uso de um equipamento eletrônico que mede
continuamente as grandezas elétricas de interesse (tensão e corrente,
por exemplo) e fornece registros a cada intervalo de tempo, de acordo
com programação prévia do usuário (Alvarez, p.7). Assim como acontece
com o relatório de memória de massa, os registros gerados pela medição
direta proporcionam a confecção de curvas de carga para posterior
análise;
Inspeção: Corresponde à aquisição de informações sobre características
físicas dos ambientes, dados técnicos dos equipamentos e hábitos de
uso dos mesmos. Para análise de instalações não concluídas, em fase
de ampliação, processo de retrofit ou então operando há pouco tempo,
esta acaba sendo a única forma de adquirir as informações pretendidas.
Neste caso, elas são obtidas nos projetos ou por amostragem, caso parte
do sistema já esteja em uso, sendo necessário repetir os dados
levantados simulando o ambiente futuro. Servem como uma maneira de
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complementar os dados obtidos nos itens anteriores e de base para
possíveis propostas de eficientização do sistema utilizado.
3.1.4 Análise e Tratamento de Dados
Estudando os dados levantados na etapa anterior determina-se o potencial
de conservação de energia, avaliando a necessidade da troca de equipamentos ou
readequação no emprego dos mesmos. Outra possibilidade é a criação de
indicadores do uso da energia elétrica, os quais representam o perfil de consumo da
instalação, tornando possível realizar estimativas de uso futuro, projetando a
demanda da planta para os próximos anos. Desta forma, as características de
utilização em instalações que possuam sistema semelhante podem ser
representadas. Como é esperado que estádios de futebol, de modo geral, sigam
determinado padrão, é possível quantificar a parcela do consumo a ser abatida
gerando a própria energia (após dimensionar o sistema que será utilizado na
geração).
3.2 GERAÇÃO FOTOVOLTAICA
Um sistema fotovoltaico pode ser tanto autônomo, quanto interligado a rede
pública. No caso do primeiro, este tipo é comumente utilizados em regiões isoladas,
cuja rede elétrica não chega até o usuário. Por este motivo, são dependentes da
existência de um banco de baterias, que garantirá o fornecimento de eletricidade nos
momentos onde a geração dos painéis for inferior a necessidade da instalação ou
até mesmo nula. No caso dos sistemas interligados à rede pública, estes não fazem
uso de banco de baterias e entregam a rede a máxima potência que podem produzir
em cada instante (Carneiro, 2009).
Como a intenção deste artigo não é dimensionar com precisão um sistema
de geração fotovoltaico, mas sim quantificar a possível geração de energia
(utilizando-se a área disponível da cobertura do estádio) e avaliar o impacto desta no
consumo final da instalação, a metodologia proposta pode ser utilizada para ambos
os tipos de sistema. Pelo mesmo motivo algumas etapas, como o dimensionamento
de inversores e cabos a serem utilizados na instalação, assim como as ligações do
sistema, serão suprimidas. As etapas deste processo são vistas na Figura 2.
Levantamento do Índice de
Radiação Solar
Dimensionamento da Área Útil
Escolha dos Painéis
Fotovoltaicos
Cálculo do Potencial de Geração de
Energia Elétrica
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Figura 2 - Etapas do cálculo de geração por energia fotovoltaica. Fonte: O autor (2012).
3.2.1 Levantamento do Índice de Radiação Solar
A aquisição do índice de radiação solar no local a serem instalados os
painéis fotovoltaicos é imprescindível para estimar a máxima potência gerada por
este sistema. Tal procedimento é realizado através de medições, utilizando um
piranômetro. Como há variação nesta grandeza ao longo de cada dia do ano, o
índice médio diário dos últimos anos pode ser extraído do banco de dados
solarimétricos de grupos de pesquisa que o disponibilizam. Um exemplo é o Atlas
Solarimétrico do Brasil (2000), que traz as médias mensais e anuas do índice de
radiação solar de cada região. Neste artigo, será utilizado o software RadiaSol 2,
desenvolvido e disponibilizado gratuitamente pelo Laboratório de Energia Solar da
UFRGS, o qual utiliza o banco de dados da SWERA (Solar and Wind Energy
Resource Assessment) e informa os valores em kWh/m²/dia.
3.2.2 Dimensionamento da Área Útil
A área total da cobertura pode ser obtida através da planta baixa, fornecida
pelos responsáveis por gerir o estádio. Para otimizar a precisão nos cálculos do
projeto, o ideal é que a área seja medida setorialmente, definindo o comprimento e a
largura de cada setor. Assim, detalhes como sua inclinação e as obstruções que
impeçam a instalação podem ser considerados. Como forma de simplificação do
cálculo, a cobertura do estádio será levada em conta como plana e horizontal e 80%
da área total considerada como área útil. Esta metodologia é utilizada no Relatório
Estádios Solares - Opção Sustentável para a Copa 2014 no Brasil (GTZ, 2010).
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3.2.3 Escolha dos Painéis Fotovoltaicos
Os painéis fotovoltaicos são constituídos por células, normalmente
fabricadas utilizando silício. Estas podem ser constituídas de cristais
monocristalinos, cristais policristalinos ou silício amorfo. Células de cristais
monocristalinos são a primeira geração. São as mais utilizadas e comercializadas e
se caracterizam por um alto rendimento (cerca de 18%). Contudo sua produção
exige alto controle e pureza do material, o que a torna mais cara. As células
policristalinas, em relação a sua antecessora, possuem um custo inferior, bem como
seu rendimento (aproximadamente 16%). Ambas passam por processos de
fabricação similares. Por fim, as células de silício amorfo são as que apresentam
custo mais reduzido, mas novamente o índice de rendimento acompanha essa
redução (em torno de 8%). Porém seu processo de fabricação é mais simples e
consome menos energia (CRESESB, 2008). A Tabela 2 indica esses dados,
enquanto a Figura 3 evidencia módulos com materiais citados.
Tabela 2 – Eficiência e custo dos módulos fotovoltaicos de acordo com o material da célula.
Material Eficiência Custo
Silício Monocristalino ≈ 18% Superior
Silício Policristalino ≈ 16% Médio
Silício Amorfo ≈ 8% Inferior
Fonte: CRESESB (2008).
Figura 3 – Células fotovoltaicos de silício monocristalino, policristalino e amorfo, respectivamente (a partir da esquerda).Fonte: CRESESB (2008).
Além do material constituinte, que influencia no rendimento e preço do
equipamento, outras características devem ser levadas em consideração. É
fundamental conhecer a potência do painel, pois é ela quem limita a quantidade de
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energia a ser gerada. Vale salientar que a grande maioria dos fabricantes informa
essa potência como sendo o valor máximo de geração, quando recebida incidência
solar de 1.000 W/m² (sol pleno), que equivale a um dia de sol forte sem nuvens
(Serrão, 2010). Um painel de 135 Wp, por exemplo, caso receba 4 horas de
insolação nestas condições, desconsiderando perdas do sistema, poderia manter
ligada por 9 horas uma lâmpada incandescente de 60 W. Também deve-se dar
atenção à variação desta potência de acordo com a temperatura. Normalmente os
valores dados pelos fabricantes consideram a temperatura da célula à 25ºC. Estima-
se que em um dia com temperatura ambiente de 20ºC a temperatura das células
seja em torno de 42°C (Prestenergia, 2000).
Não obstante, com o intuito maximizar a ocupação da área de instalação, as
dimensões do painel também precisam ser conhecidas. É importante que a
documentação técnica do equipamento a ser escolhido seja consultada, para
verificar as condições de teste (como temperatura e insolação) em que foi
determinado o desempenho do painel.
3.2.4 Cálculo do Potencial de Geração de Energia Elétrica
Executados os passos anteriores, para quantificar a energia possível de ser
gerada pelo sistema fotovoltaico do estádio, o primeiro cálculo a ser feito é o do
número de painéis a serem instalados. Este cálculo é demonstrado na Equação 1.
Np =AuAp
Sendo,
Np: Número de painéis fotovoltaicos;Au: Área útil;Ap: Área de 1 painel.
(Equação 1)
Com o número de painéis, calcula-se a potência de pico do sistema, que é a
potência nominal total da instalação, conforme Equação 2.
Pft = Np x Pp
Sendo,
Pft: Potência nominal total do sistema fotovoltaico;Pp:Potência nominal de 1 painel.
(Equação 2)
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Para calcular a energia máxima que o sistema pode produzir aplica-se a
Equação 3.
Em = Pft x NSP
Sendo,
Em: Energia máxima;NSP: Número de horas de sol pleno.
(Equação 3)
Como toda instalação é passível de perdas, existem diversos fatores que
ocasionam redução no rendimento do sistema. O Manual de Engenharia para
Sistemas Fotovoltaicos (CEPEL - CRESESB, 2004) indica os seguintes valores de
fatores de correção:
Inversor de frequência CC-CA: 0,80;
Fiação: 0,98;
Módulo (cristalino): 0,9
A multiplicação destes índices resulta em um fator de rendimento do sistema
de 70,6%. No entanto, hoje é comum inversores com um rendimento superior, por
isso, adotar-se-á um índice de 0,95 para tais equipamentos (CARNEIRO, 2009).
Assim, o fator de rendimento passa a ser de 84%. Vale salientar que o fator
de redução do módulo se refere a perdas que ocorrem por acúmulo de poeira, perda
entre módulos mal conectados e degradação com o tempo (CEPEL - CRESESB,
2004). Devido a isto, em uma instalação nova e verificada, com manutenção
constante, ele tende a ser reduzido nos primeiros anos. Aplicando o fator de
rendimento na Equação 4, chega-se ao valor esperado de geração de energia
elétrica.
Et = Em x 0,84
Sendo,
Et: Energia total.
(Equação 4)
3.3 GERAÇÃO EÓLICA
A utilização da energia eólica como fonte para geração de energia elétrica,
em escala comercial, iniciou há pouco mais de 30 anos (NASCIMENTO). Seu
princípio de funcionamento é através do uso de um aerogerador, que absorve
Estimar a Energia Gerada no Parque Eólico
Definir o "Lay-Out" dos Aerogeradores
Escolha dos Aerogeradores
Estudar os Dados de Vento Obtidos
Medir o Vento no Local
17
parcialmente a energia cinética do vento através de um rotor aerodinâmico,
transformando-a em potência mecânica, que é convertida em eletricidade.
A Figura 4 descreve os principais passos da metodologia de implementação
de um parque eólico no estádio.
Figura 4 - Etapas do cálculo de geração de energia eólica.Fonte: Custódio (2009).
3.3.1 Medir o Vento no Local
A mensuração da velocidade do vento é realizada através de anemômetros,
com período mínimo de medições é de um ano. Nota-se a importância que os
equipamentos utilizados sejam precisos, não haja obstáculos que interfiram nas
medições e exista um acompanhamento com inspeções e manutenção (se
necessária), em prol da confiabilidade dos dados. Pelo caráter deste artigo, não
serão realizadas medições. A informação será extraída do Atlas Eólico: Rio Grande
do Sul (2002).
3.3.2 Estudar os Dados de Vento
Os dados obtidos na etapa anterior devem ser tratados estatisticamente e
analisados, visando identificar a distribuição da velocidade do vento local. Esta
distribuição pode ser representada através de uma função de densidade de
probabilidade, comumente Rayleigh ou Weibull. Este estudo é incrementado
consultando o registro de bancos de dados com medições em regiões próximas.
18
3.3.3 Escolha dos Aerogeradores
A escolha dos aerogeradores a serem instalados no estádio deve levar em
consideração a arquitetura do local. Como a análise da instalação será feita no
próprio estádio e não em seus arredores, há maior limitação nos modelos a
serem avaliados. Os dados técnicos referentes ao seu desempenho em relação
aos ventos locais devem ser avaliados nesta etapa.
3.3.4 Definir o “Lay-Out” dos Aerogeradores
Como a proposta deste artigo é que a instalação seja realizada sobre o
estádio, esta definição baseia-se em seu formato. Sendo necessário então,
conhecer o perímetro da área da instalação, pois o único ponto que deve ser levado
em conta é a distância entre os aerogeradores. Considerar-se-á esta distância como
sendo de quatro vezes o diâmetro do rotor da turbina (DABIRI, 2012).
3.3.5 Estimar a Energia Gerada no Parque Eólico
Baseado na curva de potência do aerogerador escolhido estima-se qual o
seu potencial de geração, levando em conta os dados tratados no item 3.3.2. Para
obter tal resultado, deve-se realizar o cálculo dado na Equação 5.
Pea = ∑n
Frn x Pn
Sendo,
Pea: Potência de geração de 1 aerogerador;Frn: Frequência relativa do vento em n;
Pn : Potência de 1 aerogerador em n;n : velocidade do vento.
(Equação 5)
A Tabela 3 mostra um exemplo desta etapa com valores hipotéticos, para a
determinação da etapa 3.3.5.
19
Tabela 3 - Cálculo do potencial de geração de energia elétrica de uma turbina em uma hora.
Fonte: O autor (2012).
Seguindo-se a Equação 6, tem-se o potencial de geração do parque eólico
instalado no Estádio.
Pet = Pea x N
Sendo,
Pet : Potencial total do parque eólico;N : Número de turbinas.
(Equação 6 )
Por fim, seguindo-se a Equação 7 tem-se a capacidade de geração mensal
do parque eólico.
G = Pe t x 720
Sendo,
720: Quantidade de horas mensais. Considerando um mês de 30 dias.
(Equação 7 )
Dados da Análise Dados do Aerogerador
Velocidade do vento [m/s]
Frequência Potência Energia
[%] Relativa [W]
1 1,5 0,015 0
2 2,5 0,025 50
3 7 0,07 120
4 15 0,15 250
5 17 0,17 400
6 16 0,16 600
7 15 0,15 880
8 12 0,12 1000
9 8 0,08 1100
10 6 0,06 1220
Potencial de 1 aerogerador
624,35
20
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Com o objetivo de validar a metodologia proposta, foi tomado como amostra
um estádio na cidade de Porto Alegre, Rio Grande do Sul. Para incremento do
estudo, levantaram-se também dados de outro estádio da mesma cidade. Estes
dados extras foram utilizados com o objetivo de comparação do perfil de consumo.
O estádio sob estudo, doravante será denominado Estádio Principal, enquanto o
segundo será chamado de Estádio Extra. De maneira geral, os itens referentes à
analise energética foram realizados em ambos os estádios, e devem ser entendidos
dessa forma, exceto quando houver menção que indique o contrário. Infelizmente,
alguns dados não puderam ser obtidos. O fato de o ano corrente ser de eleição para
a presidência dos clubes donos dos estádios, tornou ainda mais difícil o acesso a
documentos que necessitam de autorização do presidente do clube. O caso mais
relevante se refere ao relatório de memória de massa, o qual não foi fornecido por
falta de tempo viável. Assim sendo, executaram-se as etapas propostas na
metodologia dentro das condições possíveis.
4.1 ANÁLISE ENERGÉTICA
Seguindo os passos indicados, a análise se iniciou com visitas às
instalações dos estádios considerados. Nesta fase, depois de conversar com alguns
funcionários recebeu-se a informação de que os dados necessários poderiam ser
obtidos contatando o setor de patrimônio do clube, que ficou definido como principal
contato. Durante esta etapa foram levantadas informações como os tipos de
equipamentos utilizados, forma de acesso aos documentos, existência de
dependências que são utilizadas apenas em dias em que há a realização de partidas
de futebol e definidos os contatos que auxiliaram na obtenção dos dados. É
importante salientar que ambos os estádios recebem visitação durante os dias em
que não há jogos, o que faz com que parte de suas instalações faça uso dos
sistemas de iluminação e climatização. Da mesma forma, possuem espaços
específicos que atendem aos torcedores, como museus e setor de ouvidoria. As
áreas administrativas funcionam, na sua maioria, em horário comercial, entre 8h e
18h. Porém, é comum que diversos setores estendam suas atividades após este
horário, permanecendo atuantes inclusive durante os jogos que ocorrem à noite.
21
Após inserir-se no contexto de utilização dos estádios, partiu-se para o
planejamento da análise em questão. Primou-se por realizar um agrupamento dos
principais usos finais, visando facilitar o levantamento de dados, bem como a análise
dos mesmos. Este agrupamento é indicado na Tabela 4.
Tabela 4 - Agrupamento de Equipamentos Verificados.
Usos finais
Iluminação Ar-condicionado Força motriz Outros
Lâmpadas de uso geral e refletores do campo.
Equipamentos dos mais diversos tipos.
Bombas e elevadores.Televisões, geladeiras, roletas eletrônicas, etc.
Fonte: O autor (2012).
Foram planejadas 4 visitas para levantamento de todos equipamentos em
cada instalação. No Estádio Principal, dois dias antes da realização de jogos não há
disponibilidade de representante da equipe de manutenção elétrica para
acompanhar o levantamento, sendo que sem acompanhamento não há acesso
liberado à determinada parte das dependências. Isto restringiu o número de datas
possíveis para este processo, contudo não o impediu. O Estádio Extra passa por
reformas significativas, tendo muitos de seus ambientes extintos e outros
temporariamente descaracterizados. Nestes casos, os dados foram obtidos através
de levantamentos existentes, realizados pelo próprio clube.
É importante citar alguns fatores que influem diretamente no
levantamento de dados. Como já mencionado, houve indisponibilidade no relatório
de memória de massa. Porém, conforme contato com os setores de patrimônio dos
clubes, foi identificado que o comportamento no uso da energia é extremamente
similar. Partindo desta informação, trabalhos já publicados, que disponibilizam as
curvas de carga dos estádios Mário Filho (Maracanã), indicado no Gráfico 3
(SANTOS, 2008), e Governador Roberto Santos (Pituaçu), indicado no Gráfico 4
(GTZ, 2010), foram considerados para estudo. Analisando estas curvas, a mesma
similaridade é encontrada, respeitando os quantitativos de consumo devido às
proporções das instalações. Isto leva a entender que há um padrão no uso da
energia elétrica nos estádios de futebol, que será considerado neste artigo. Apesar
de ambos os estádios serem de tamanho maior que o Pituaçu e menor que o
Maracanã, a semelhança com o segundo é ainda maior. Isto explica-se por estes 3
22
estádios possuírem grande volume de setores administrativos, os quais impactam
diretamente no consumo de energia.
Gráfico 3 - Curvas de carga típica do Maracanã para dias de evento e dias normais.Fonte: SANTOS (2008, p.69).
Gráfico 4 - Curvas de carga do Pituaçu para dias de evento e dias normais.Fonte: GTZ (2010, p.47).
Do mesmo modo, nenhum dado foi obtido através do processo de medição
direta. Isto se deve ao fato de que dentro do escopo deste artigo o uso desta
ferramenta seria inviável. Para obterem-se dados confiáveis através deste processo
k W
Hora
23
seriam necessários alguns meses de medições, tempo este indisponível. Muitos
equipamentos de uso comum, como refrigeradores e televisões, tiveram seu valor de
potência extraídos dos sites do PROCEL e ELETROBRÁS e, quando não
encontrados nestes, em consulta ao fabricante. Visto que o consumo de aparelhos
deste tipo pode variar de acordo com características do usuário, estes valores se
tornam mais confiáveis até mesmo do que os que poderiam ser obtidos durante uma
medição. Quanto às contas de energia das instalações, ambos os clubes
forneceram-nas referente ao período de 12 meses, para que assim fosse possível
avaliar o comportamento ao longo de um ano. O Gráfico 5 apresenta o consumo
mensal dos dois estádios Porto Alegrenses, onde fica claro a semelhança no perfil
de uso ao longo do ano.
Gráfico 5 - Consumo mensal dos estádios.Fonte: Faturas de energia elétrica (2011 e 2012).
Durante a inspeção, algumas informações obtidas já na visita inicial foram
corroboradas, como a existência de ambientes utilizados apenas em dias de jogos.
Contudo, foram testemunhados alguns equipamentos destes ambientes ligados
mesmo fora do horário de uso esperado, como roletas eletrônicas, lâmpadas em
locais vazios e os frigobares dos camarotes.
A apuração do uso de eletricidade para força motriz resumiu-se aos
elevadores que atendem os camarotes e a tribuna de honra do estádio. As bombas,
que fazem parte deste grupo, tem seu uso estritamente ligado a fatores não
previsíveis em longo prazo. Como a drenagem do campo, que só ocorre quando há
precipitação considerável de chuva ou então bombas de recalque que só entram em
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
PrincipalExtra
kWh
24
atividade caso as bombas que operam fora do horário de jogo não sejam suficientes
para atender a demanda, o que normalmente ocorre apenas em dias de intenso
calor. Devido à isto, durante a análise e tratamento, os dados do grupo Força Motriz
foram estudados juntamente com o grupo Outros.
A potência instalada dos equipamentos de ar-condicionado foi levantada
através da inspeção em campo, e seu fator de uso considerado como 70%. Este
valor foi obtido através da tabela de eficiência energética do PROCEL, disponível no
site do INMETRO. É um valor de uso médio, sendo que de acordo com a
temperatura e umidade do dia em questão, pode ser muito maior ou menor. Para
precisar a diferença no impacto deste uso de acordo com a sazonalidade em
questão, deve-se recorrer ao processo de medição direta que, como já dito, não foi
possível aplicar no desenvolvimento deste artigo.
Outra informação necessária para esta análise é a que se refere às datas de
realização de jogos em cada estádio, para que assim possa ser avaliada a influência
das partidas no consumo e fatura da energia elétrica. Estas informações seguem
indicadas na Tabela 5, e foram extraídas do site Futebol na Rede, que disponibiliza
os calendários das principais competições nacionais e internacionais, com
participação dos clubes brasileiros.
Tabela 5 – Quantidade de jogos de acordo com mês da fatura de energia elétrica.
Mês Quantidade de Jogos
Principal Extra
Janeiro 0 0
Fevereiro 3 4
Março 3 3
Abril 1 4
Maio 4 5
Junho 3 2
Julho 4 2
Agosto 3 3
Setembro 4 4
Outubro 4 3
Novembro 1 3
Dezembro 3 2
Fonte: Futebol na Rede (2012).
25
Confrontando-se o Gráfico 5 com a Tabela 5, pode-se perceber que
isoladamente a quantidade de jogos em um mês não é fator determinante para o
consumo mensal de eletricidade. Pois, no Estádio Principal, apesar do mês com
menos jogos (novembro) coincidir com o menor consumo, esta tendência não se
repete nos demais meses, sendo que Abril, outro mês com apenas um jogo, tem seu
consumo acima da média. Para uma análise mais precisa, a Tabela 6 indica o
horário de início dos jogos em cada mês, de acordo com o seguinte agrupamento:
grupo A - Jogos que iniciam às 16h ou 17h, grupo B – jogos que iniciam entre 18h e
19h30min e grupo C – jogos que iniciam das 20h em diante.
Tabela 6 - Quantidade de jogos de acordo com o horário de início do jogo e mês da fatura de energia elétrica.
A B C
Mês/Estádio Principal Extra Principal Extra Principal Extra
Janeiro 0 0 0 0 0 0
Fevereiro 0 2 2 1 1 1
Março 2 1 0 2 1 0
Abril 0 3 0 0 0 1
Maio 0 2 1 2 1 1
Junho 1 1 1 1 2 0
Julho 1 0 1 2 1 0
Agosto 1 2 1 1 2 0
Setembro 2 2 2 0 0 2
Outubro 1 2 1 1 2 0
Novembro 1 2 0 1 0 0
Dezembro 2 1 1 0 0 1
Fonte: Futebol na Rede (2012).
Como pode-se perceber no Gráfico 6, o custo da fatura de energia elétrica
não é um simples reflexo do consumo mensal, ocorrendo de meses com maior
consumo terem uma fatura mais baixa. Cruzando as informações da Tabela 6 com
as do Gráfico 6, vê-se que os meses em que há maior quantidade de jogos nos
grupos B e C tendem a encarecer a conta. A explicação é o uso prolongado da
instalação, que tem sua iluminação das áreas de circulação ligada ainda no início da
noite, para receber os torcedores e imprensa. Além do mais, isto se dá durante o
26
horário de ponta (das 18h às 21 ou das 19h às 22h durante o horário de verão),
onde o preço do kWh é maior que no restante do dia (cerca de 7,5 vezes maior).
Entretanto, outros fatores como variação no custo do kWh de acordo com os
impostos, multa por atraso no pagamento e multa por ultrapassagem da demanda
contratada impactam diretamente na fatura. Demanda esta que é influenciada pela
importância da partida para o clube e torcida. Jogos mais importantes tendem a
aumentar a ocupação do estádio, fazendo com que haja maior demanda por
eletricidade, resultante de maior fluxo nos elevadores, aumento na frequência aos
bares e uso contínuo dos banheiros, baixando o nível de armazenamento das caixas
d’água e consequentemente acionando bombas de recalque, entre outros.
Gráfico 6 - Consumo mensal e valor da fatura do Estádio Principal.
Fonte: Faturas de energia elétrica (2011 e 2012).
É importante citar que as faturas do Estádio Principal não são todas do
mesmo ano corrente, sendo a mais antiga referente ao mês de setembro. Portanto,
os meses de setembro a novembro possuíam valor de tarifação mais baixo que os
demais. Não obstante, ambas as instalações fazem parte da classificação tarifária
Horo-Sazonal Verde, subgrupo A4. Partindo disto e para melhor entendimento, os
Gráficos 7, 8 e 9 representam a curva de carga dos grupos A, B e C,
respectivamente.
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
140,000
160,000
180,000
kWhR$
27
Gráfico 7 - Curva de carga representativa dos jogos do grupo A.Fonte: O autor (2012).
Gráfico 8 - Curva de carga representativa dos jogos do grupo B.Fonte: O autor (2012).
Gráfico 9 - Curva de carga representativa dos jogos do grupo C.Fonte: O autor (2012).
0
100
200
300
400
500
600
OutrosAr-CondicionadoIluminação
Hora
De
ma
nd
a [k
W]
0
100
200
300
400
500
600
OutrosAr-CondicionadoIluminação
Hora
De
ma
nd
a [k
W]
0
100
200
300
400
500
600
OutrosAr-CondicionadoIluminação
Hora
De
ma
nd
a [k
W]
28
Integrando a área dos gráficos, pode-se obter o consumo do Estádio Principal
durante o horário de jogo e analisar qual a porcentagem do consumo mensal é
devido ao dia do evento esportivo. Este consumo é indicado na Tabela 7, juntamente
com a demanda máxima de cada grupo.
Tabela 7 - Demanda máxima e consumo por jogo, de acordo com o grupo de horário.
Fonte: O autor (2012).
Percebe-se que o consumo realizado no dia do evento futebolístico pelo
estádio e suas dependências é um pequeno percentual em frente ao consumo
mensal de toda a instalação. Contudo, em qualquer horário convencional de jogo,
parte da eletricidade é consumida durante o horário de ponta, principalmente quando
as partidas ocorrem durante a noite, e isto é refletido no valor da fatura. Além disto,
através de consulta as faturas, sabe-se que nos meses em que há partidas no
estádio, a demanda máxima foi de 837 kW contra 457 kW no único mês que não
recebeu nenhuma partida de futebol, um acréscimo de aproximadamente 83% na
demanda lida. Isto evidencia um custo alto para uma atividade que ocorre poucos
dias no mês.
Tomando como exemplo o mês de julho, onde há um evento de cada grupo
realizado no mês, podemos estimar que o impacto destes no consumo é de menos
de 9%. Porém, seu custo na fatura do Estádio Principal é de aproximadamente 29%
do total.
4.2 GERAÇÃO FOTOVOLTAICA
Visando estimar o potencial de geração de energia elétrica através de
painéis fotovoltaicos, iniciou-se levantando o índice de radiação solar média de Porto
Alegre. O Gráfico 10 mostra a informação adquirida através do software Radiasol 2.
A B C
Demanda Máxima [kWh] 419,58 497,27 497,27
Consumo por jogo [MWh] 2,6 3,08 3,54
29
Gráfico 10 - Índice mensal de irradiação média global em Porto Alegre.
Fonte: Radiasol 2 (2010).
A maior irradiação média ocorre no mês de dezembro (6,49 kWh/m²/dia),
enquanto a menor se dá no mês de julho (2,41 kWh/m²/dia). A média anual é de
4,44 kWh/m²/dia. Como os dois estádios sob análise se localizam na mesma cidade,
estes valores serão considerados para ambos.
Utilizando o software Google Maps Area Calculator Tool (Daft Logic, 2012),
que efetua o cálculo de áreas através de imagens por satélite, estimou-se uma
cobertura fictícia de acordo com a área real ocupado pelo estádio de futebol
analisado. A área total, bem como a área útil são descritas na Tabela 8.
Tabela 8 - Área total do estádio e de sua cobertura.
Área total do estádio Área total da cobertura Área útil da cobertura
39.957 m² 13.423 m² 10.738 m²
Fonte: O autor (2012).
O painel fotovoltaico utilizado neste artigo é o KD210GX-LPU da Kyocera,
cuja ficha técnica disponibilizada pelo fabricante encontra-se em anexo. Este painel
possui potência máxima de 210 W, dimensões de 1,5 m de comprimento por 0,99 m
de largura. Seu índice de variação de tensão é de 0,12 V a cada grau Celsius,
enquanto a corrente varia na casa dos mA. Portanto, para se calcular a variação de
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Irra
diaç
ão
méd
ia g
loba
l (kW
/m²/
dia)
30
potência será considerada apenas a variação de tensão. Como a média histórica da
temperatura em Porto Alegre é muito próxima a 20°C, sendo de 19,4°C entre 1990 e
1999 e de 19,6°C entre 2000 e 2009 (PMPA), considerar-se-á a temperatura do
módulo fotovoltaico em 42°C, como descrito na metodologia. Este valor equivale a
um acréscimo de 17°C na temperatura padrão do módulo. Sendo assim, sua
potência máxima cai de 210 W para 194 W.
Em posse destes dados, pode-se calcular o potencial de geração de energia
elétrica para os estádios propostos conforme descrito em 3.2.4.
Na Tabela 9 são indicados os valores gerais obtidos para o estádio em
questão, a partir das Equações 1 e 2. Utilizando-se as Equações 3 e 4, chega-se
aos resultados mensais demonstrados no Gráfico 11.
Tabela 9 - Dados da usina solar do estádio.
Área de 1 Painel 1,485 m²
Potência de pico de 1 painel 194 W
Área útil da Cobertura 10.738 m²
Número de painéis 7231 unidades
Potência de pico total 1.402.814 Wp
Fonte: O autor (2012).
Gráfico 11 - Capacidade de geração fotovoltaica mensal.Fonte: O autor (2012).
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
MWh/mês
217.7144882976
181.1380771872
170.2264287696
136.1010142
8
106.3001947896
85.19569984
8
103.0125598992
121.2771981792
143.878215096
191.4134091744
212.812495056
237.0750048744
25
75
125
175
225
31
Através do somatório mensal, tem-se a geração média de aproximadamente
1,9 GWh/ano, cerca de 68% superior ao Stade de Suisse. Deve-se salientar o fato
de que a cobertura do estádio sob estudo não cobre totalmente a área dos assentos
dos torcedores. Na grande maioria das arenas que hoje estão em construção no
Brasil a área útil da cobertura é muito superior, proporcionando maior capacidade de
geração por meio deste sistema.
4.3 GERAÇÃO EÓLICA
Conforme o Atlas Eólico: Rio Grande do Sul (2002), o vento médio anual na
região onde se encontra o estádio sob análise tem a velocidade de
aproximadamente 5 m/s 50 metros de altura. Salientando que para haver precisão
no estudo de viabilidade do uso de geradores eólicos é necessário que uma
medição constante no local onde se pretende realizar a instalação seja executada e
os dados obtidos sejam tratados e analisados com as devidas ferramentas. Contudo,
como já explicado na metodologia deste artigo, as etapas 3.3.1 e 3.3.2 serão
suprimidas, fazendo-se uso apenas dos valores mencionados na literatura citada.
Na escolha dos aerogeradores, optou-se por realizar a escolha de um
modelo de turbina eólica de eixo vertical (TEEV). Comumente, as literaturas sobre
geração eólica apresentam as turbinas de eixo horizontal (TEEH) como possuidoras
de maior eficiência. Contudo, alguns fatores importantes levaram a ser feita opção
pelas TEEV. Por tratar-se de um local que atrai atenção de milhões de pessoas
sejam aquelas que frequentam aos jogos ou acompanham pela televisão ou mesmo
as que simplesmente passam pelo local ou tomam conhecimento do mesmo através
da mídia, o sistema eólico deve estar em harmonia estética com o contexto da
construção. Além das questões visuais, as TEEVs não dependem de um sistema
que as oriente na direção do vento, pois o movimento que rotaciona o rotor
independe dessa orientação, podem ser instaladas com maior proximidade entre as
turbinas, são muito mais silenciosas e possuem maior facilidade na manutenção do
gerador, pois o mesmo fica na base do aerogerador (Carmo, 2012). O modelo
escolhido foi o qr5, da quietrevolution, o mesmo instalado no Parque Olímpico de
Londres nas olimpíadas de 2012. As informações técnicas fornecidas pelo
fabricante se encontram em anexo a este artigo.
32
Através da mesma ferramenta utilizada para cálculo da área de cobertura do
estádio, estimou-se o perímetro da região de instalação dos aerogeradores,
obtendo-se o valor de 698 m.
As turbinas podem ser instaladas em qualquer região viável na área em
torno do estádio, mas visando aproveitar a altura das estruturas e não ocupar um
espaço que pode ser utilizado para outros propósitos, será considerado que as
mesmas serão instaladas sobre os estádios, nos moldes do projeto existente do
Lincoln Financial Field. Sendo o diâmetro do rotor das turbinas selecionadas 3,1 m,
a distância entre uma turbina e outra, deve ser de 12,4 m. Dividindo o perímetro do
estádio pela distância necessária entre os equipamentos, é obtida a quantidade de
aerogeradores possíveis de serem instalados, 56.
Para aplicação da Equação 5 deve-se utilizar Frn=1, pois os dados aqui
trabalhados se referem apenas ao vento médio anual. Considera-se assim, que
ocorrem durante 100% do tempo. Consultando-se as especificações técnicas do
aerogerador, para descobrir qual sua potência quando trabalha nestas condições de
vento, encontra-se apenas que sua produção anual de energia, com ventos à 5 m/s,
é de 4.197 kWh. Contudo, ao se realizar uma divisão simples deste valor pela
quantidade de dias em um ano obtém-se sua capacidade de geração de energia
elétrica diária, 11,5 kWh. Dividindo-se este montante pelo número de horas de um
dia conclui-se que ele gera em torno de 419 Wh. Sendo assim, sua potência nesta
situação é de 419 W. Através da Equação 6, é determinado a potência total do
parque eólico instalado no estádio, enquanto a Equação 7 informa a capacidade de
geração mensal. Ambos os dados são indicados na Tabela 10.
Tabela 10 - Dados do parque eólico do estádio.
Potência de 1 aerogerador 0,419 kW
Número de aerogeradores 56
Potência do parque eólico 23,464 kW
Capacidade de geração mensal 16,834 MWh
Fonte: O autor (2012).
33
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pode-se concluir que, apesar das partidas de futebol serem o principal
motivo da existência dos estádios, atualmente o consumo de eletricidade realizado
durante o evento representa uma parcela relativamente pequena no montante final.
Entretanto, o fato de grande parte deste consumo ocorrer durante o horário de ponta
impacta consideravelmente no custo da fatura de energia elétrica. Tendo em vista
que, com o advento das novas arenas multiuso, a tendência é de que haja um
aumento no consumo de eletricidade nos dias de jogos, principalmente fora do
horário de realização do evento, é de suma importância atentar-se para que estas
instalações sejam eficientes energeticamente em sua totalidade. Quanto ao uso das
fontes de energia alternativa abordadas, tem-se que a geração solar fotovoltaica
encontra plenas condições de atender tanto a demanda quanto o consumo da atual
instalação. Porém, como seu funcionamento ocorre apenas durante o dia, para um
estudo de viabilidade desta fonte interligada à rede depende-se ainda de regulação
normativa ou acordo com a concessionária local para definição de como tratar a
energia excedente, que não é consumida pelo estádio. Já a geração por energia
eólica tem um potencial reduzido, podendo atender entre 10% e 15% do consumo
mensal e ficando muito distante de atingir a demanda da instalação. Entretanto,
dado o momento, o qual grande atenção têm sido dada à sustentabilidade, um
estudo aprofundado do uso destes sistemas não deve se restringir a uma análise de
retorno direto do investimento pela economia na fatura de eletricidade, mas levar em
conta fatores sociais e de marketing.
6 AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, autor da vida, pelas condições dadas para
chegar até aqui. Deixo também meus agradecimentos à minha família e amigos por
todo auxílio e compreensão e ao Prof. Odilon Duarte pela orientação dedicada, não
apenas a este artigo.
7 REFERÊNCIAS
ALVAREZ, André Luiz Montero. Metodologia de Diagnóstico Energético: Fundamentos Básicos. Escola Politécnica da USP, São Paulo, [ca. 2000].
34
BBC - British Broadcasting Corporation. China e Brasil vão liderar expansão em entretenimento, diz pesquisa. 15 jun. 2010. Disponível em: <http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2010/06/100615_pricerelatorioentretenimento_ba.shtml >. Acesso em: 04.set.2012.
BNDES - Banco Nacional do Desenvolvimento. Arenas Multiuso. Mai. 2007.
BELSON, Ken. For Eagles, a Winning Mix of Wind, Biodiesel and Solar. New York Times. Nova Iorque 17.nov.2010. Disponível em: <http://www.nytimes.com/2010/11/18/sports/football/18stadium.html?_r=2&pagewanted=all>. Acesso em: 07.set.2012.
CARMO, Diogo Manuel F. G. Molarinho. Projeto de Uma Turbina Eólica de Eixo Vertical para Aplicação em Meio Urbano. Disertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, Lisboa, 2012.
CARNEIRO, Joaquim. Dimensionamento de Sistemas Fotovoltaicos (Sistemas Ligados à Rede e Sistemas Autônomos). Projeto Interdisciplinar 2 (Mestrado Integrado em Engenharia Têxtil) – Escola de Ciências, Departamento de Física, Universidade do Minho, Guimarães, Portugal, 2009.
COGEN - Associação da Indústria de Cogeração de Energia. Coelba inaugura usina solar do estádio Pituaçu, 2012. Disponível em: <http://www.cogen.com.br/noticia.asp?id_noticia=10069>. Acesso em: 06.set.2012.
CRESESB, Visita Virtual à Casa Solar. Atualizado em 11.jun.2008. Disponível em: <http://CRESESB.cepel.br/content.php?catid=91>. Acesso em. 29.set.2012.
EARTH Techling. Wind Power A New Texas Stadium Feature. 14.abr.2012. Disponível em: <http://www.earthtechling.com/2011/04/wind-power-a-new-texas-stadium-feature/>. Acesso em: 07.set.2012.
EIA – Energy Information Administration. IEO 2011 – International Energy Outlook 2011, Washington, DC, 19 set. 2011.
EPE – Empresa de Pesquisa Energética. PNE 2030 – Plano Nacional de Energia 2030, Brasília, 2007.
EPE – Empresa de Pesquisa Energética. Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2011, Rio de Janeiro, 2011.
FGV – Fundação Getúlio Vargas. Fontes de energia e Eficiência Energética: Oficina de trabalho da Plataforma Empresas pelo Clima. São Paulo: Fundação Getúlio Vargas, 2011.
FIFA - Fédération Internationale de Football Association. Football Stadiums: Techinical recommendations and requirements. 5ª Edição. Zurique, 2011.
35
GOOGLE Maps Area Calculator Tool. Version 5 [S.l.]. Daft Logic, 2012.Disponível em:< http://www.daftlogic.com/projects-google-maps-area-calculator-tool.htm>. Acesso em 14.nov.2012.
GTZ - Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit. Relatório Estádios
Solares – Opção Sustentável para a Copa 2014 no Brasil. Maio, 2010.
HOLM, Prof. Dr. Dieter & ISES – International Solar Energy Society. O Futuro das Fontes Renováveis de Energia para os Países em Desenvolvimento. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2005.
IDEAL – Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina. Estádio nos Estados Unidos será abastecido totalmente com energia renovável. Disponível em: <http://www.institutoideal.org/conteudo.php?&sys=noticias&arquivo=1¬icia=790&ano=2011>. Acesso em:07.set.2012.
INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. Condicionadores de Ar, 2012. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp>. Acesso em: 13.nov.2012.
INVESTMENTS and Acquisitions. Lincoln Financial Field Fired Up For Green Renovation. Disponível em: <http://investments-and-acquisitions.com/lincoln-financial-field-fired-up-for-green-renovation/>. Acesso em: 06.set.2012.
JORNAL da Energia. Após levar Megawatt Solar, portugueses trabalham para vencer licitação do Mineirão. São Paulo, 12.jul.2012. Disponível em: <http://www.jornaldaenergia.com.br/ler_noticia.php?id_noticia=10545&id_tipo=3&id_secao=8>. Acesso em: 05.set.2012.
KYOCERA Solar. Datasheet. Kyocera Solar, Inc, 2012.Disponível em: <http://www.kyocerasolar.com/commercial-solutions/solar-panels/current-products.htm>. Acesso em 03.nov.2012.
LEITE, Antônio Dias. A Energia do Brasil. Rio de Janeiro, Nova Fronteira, 2007.
LEONCINI, Marvio P. Entendendo o negócio futebol: um estudo sobre a transformação do modelo de gestão estratégica nos clubes de futebol. Tese (Doutorado em Engenharia) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.
NASCIMENTO, Lucyéllen Vieira do. Energia Eólica do Ceará: Uma Alternativa Para o Desenvolvimento Sustentável. Monografia (Bacharelado em Economia) – Universidade Federal do Ceará. Fortaleza (2011).
NEOENERGIA – Neoenergia S/A. O Grupo Neoenergia Marca Presença na RIO+20, 2012. Disponível em: <http://www.neoenergia.com/section/noticias_interna.asp?news=10522>. Acesso em: 06.set.2012.
36
PORTAL da Copa. Disponível em: <http://www.copa2014.gov.br/pt-br>. Acesso em: 06.set.2012.
PRESTENERGIA. O que é Necessário Ter em Atenção na Escolha dos Painéis Fotovoltaicos. [ca.2000]. Disponível em: <http://www.prestenergia.com/ficheiros/conteudos/files/Dados%20a%20ter%20em%20conta%20numa%20instala%C3%A7%C3%A3o%20FV.pdf> Acesso em 03.nov.2012.
PMPA – Prefeitura Municipal de Porto Alegre. Disponível em: <http://www2.portoalegre.rs.gov.br/metroclima/default.php?reg=27&p_secao=8>. Acesso em 03.nov.2012.
QUIETREVOLUTION. QR5 – Turbine Details. Quierevolution, 2012. Disponível em: <http://www.quietrevolution.com/qr5/qr5-turbine.htm>. Acesso em: 03.nov.2012.
SANTOS, Leonardo Dantas dos. Proposta de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede no Estádio do Maracanã. Dissertação (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2008)
SERRÃO, Marco Antônio dos Santos. Dimensionamento de um Sistema Fotovoltaico para uma Casa de Veraneio em Pouso da Cajaíba-Paraty. Dissertação (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
37
38
ANEXO A – CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DO MÓDULO FOTOVOLTAICO
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ANEXO B – ESPECIFICAÇÕES DO AEROGERADOR