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FEUP

Livro de Gestão da

Energia Capítulo 14 – GE da Iluminação Pública

usando Reguladores de Fluxo

Miguel Lage – ee06134

Raphael Freire – ee04166

Vitor Teixeira – ee04198

11/18/2010

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GE da Iluminação pública – Reguladores de Fluxo

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GE da Iluminação Pública utilizando Reguladores de Fluxo

Miguel Lage, Raphael Freire & Vitor Teixeira

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Portugal

14.1. Introdução A iluminação pública assume um papel importante no dia-a-dia da sociedade actual. Para muitos é um dado adquirido e parte integrante do meio urbano, iluminando as ruas e espaços públicos todos os fins de tarde e noites. No entanto, para outros, nomeadamente em algumas zonas rurais, é um serviço que escasseia e onde a rede não chega a toda a parte. Assim, a existência de rede de iluminação pública é, ainda hoje, sinónimo de desenvolvimento e urbanização. A presença de iluminação pública tem diversas vantagens, nomeadamente,

• Ao nível das estradas, o aumento de iluminação permite ao condutor ter um maior conforto e segurança na sua condução, aumentando a sua percepção sobre os obstáculos que o vão rodeando e, por outro lado, torna o tráfico mais eficiente. Assim, este serviço é um importante meio para a redução da sinistralidade das nossas estradas.

• Nas zonas urbanas, a iluminação pública permite a iluminação de ruas, praças, monumentos e edifícios, contribuindo para a redução de criminalidade e para o aumento de segurança dos transeuntes. A utilização deste tipo de iluminação levou a um prolongamento dos horários de utilização dos espaços públicos por parte dos cidadãos e, consequentemente, à proliferação de espaços nocturnos e a um aumento do número de pessoas nas ruas durante a noite. Sair à noite torna-se um hábito mais frequente e uma nova forma de socializar, podendo realizar-se actividades variadas.

A iluminação pública veio assim revolucionar os hábitos e horários das pessoas, sendo considerada por todos um parâmetro essencial para uma boa qualidade de vida e segurança.

14.1.1. Candeeiros – Constituição Um candeeiro de iluminação pública convencional é constituído por:

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Lâmpadas Existem dois grandes grupos de lâmpadas eléctricas que são as incandescentes e as de descarga. Em iluminação pública, as fontes luminosas mais utilizadas são as lâmpadas de descarga. Têm como princípio de funcionamento a descarga eléctrica entre dois eléctrodos na presença de um gás que, ao entrar em condução, emite radiação electromagnética. Dentro deste grupo destacam-se os seguintes tipos de lâmpadas utilizados em iluminação pública: Lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão; Lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão; Lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão e Lâmpadas de iodetos metálicos. As lâmpadas incandescentes (standard e de halogéneo) utilizam o efeito de Joule para produzir o aquecimento dos filamentos e são pouco utilizadas em iluminação pública devido ao seu baixo rendimento. Luminárias ou armaduras de iluminação pública São constituídas por um conjunto mecânico, eléctrico e óptico, que contém uma ou mais lâmpadas, um sistema óptico, um corpo e a aparelhagem eléctrica nele eventualmente incorporada. Nas luminárias podemos encontrar os seguintes componentes: Reflector: Componente óptico que tem como objectivo modificar a distribuição do fluxo luminoso pelo princípio da reflexão regular ou mista; Refractor: Componente óptico que visa alterar a distribuição do fluxo luminoso pelo princípio dos corpos transparentes; Difusor: Tem como principal função diminuir a luminância das lâmpadas para se poder obter um melhor conforto visual; Suporte de lâmpadas: Órgão onde as lâmpadas estão instaladas. Deve assegurar o bom contacto eléctrico com a aparelhagem auxiliar e a manutenção da posição das lâmpadas, mesmo quando a luminária é sujeita a vibrações; Corpo da luminária: É o suporte mecânico de todos os outros componentes, podendo também desempenhar as funções do sistema óptico. Deve garantir as condições para a fixação e bom funcionamento da aparelhagem auxiliar, das lâmpadas e do sistema óptico (quando este é independente do corpo), pelo que deve apresentar uma boa resistência mecânica a choques e vibrações e deve assegurar a protecção contra a corrosão. Deve permitir o fácil acesso às lâmpadas e aparelhagem auxiliar para que possam ser substituídas; Órgão de fixação da luminária: É o elemento responsável pela fixação da luminária ao poste. Pode ser fixo ou permitir a regulação da posição da luminária; Dispositivo de regulação: Permite a adaptação das características da distribuição luminosa à superfície a iluminar ou a diferentes tipos de lâmpadas. Os seus mecanismos permitem ajustar a posição da lâmpada em relação ao sistema óptico ou vice-versa; Ambientador isostático: É utilizado em luminárias fechadas e a sua função é reter a humidade e o pó que nelas entram. É um equipamento muito eficaz. Concluindo, as luminárias têm diversas funções, todas elas de grande importância: - Dirigir o fluxo luminoso para obter a repartição luminosa desejada com o melhor rendimento possível; - Evitar o encadeamento; - Proteger as lâmpadas e os dispositivos eléctricos e ópticos das condições atmosféricas.

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Suportes para armaduras de iluminação pública Os suportes para armaduras de iluminação pública podem ser dos seguintes tipos: -Postes: São geralmente em aço, liga de alumínio ou betão. Devem ter boa resistência aos esforços provocados quer por condições atmosféricas adversas, quer pela acção do homem e permitir uma manutenção fácil e barata. É, também, importante que tenham espaço suficiente para a colocação e acesso fácil da aparelhagem de protecção. Têm como grande desvantagem o seu elevado preço. -Braços de iluminação em fachadas de edifícios: Esta solução de suporte é muito vantajosa, porque é mais económica que a utilização de poste e não perturba a circulação de peões. Para se utilizar este tipo de suporte devem cumprir-se certas condições como ausência de árvores de grande porte, presença ao longo das vias de edifícios suficientemente altos e de construção robusta e a largura a iluminar não ultrapassando os 20 metros. - Cabos de suspensão: Este suporte realiza uma disposição axial das armaduras. Tem a desvantagem de ser inestético, de manutenção difícil e de expor as armaduras à acção do vento. É utilizado em casos especiais, como vias muito estreitas. 14.1.2. Gestão de Energia A evolução tecnológica, social e económica está directamente relacionada com o uso de combustíveis fósseis. O seu uso excessivo leva a que hoje enfrentemos graves problemas, tanto a nível energético como ambiental. A escassez dos combustíveis fósseis e a degradação do ambiente provocada pela sua exploração e uso têm levado a uma maior consciencialização da sociedade por estes problemas e à necessidade de encontrar soluções que os permitam resolver. O aumento do preço do barril de petróleo e do preço dos outros tipos de combustíveis fósseis, ou por motivos ligados à sua escassez ou por motivos especulativos, é outra razão que nos leva à procura de alternativas. No caso de Portugal e de outros países que não possuem muitos recursos energéticos próprios, existe uma grande dependência das fontes energéticas de outros países. De facto, Portugal importa cerca de 85% da energia que consome, sendo este o factor que mais contribui para o desequilíbrio económico nacional. As soluções encontradas para resolver os problemas provocados pelo uso e abuso dos combustíveis fósseis passam por uma nova política energética, que visa fomentar a utilização de energias renováveis; diversificar origens de abastecimento; reduzir a Intensidade Energética da Economia e promover a Utilização Racional de Energia. Surgem novos conceitos como Gestão de Energia, Eficiência Energética, Utilização Racional de Energia, entre outros, que designam as estratégias que passam pela redução do consumo energético e maximização do aproveitamento da energia utilizada. Ao nível da eficiência energética tem havido uma maior aposta nos equipamentos eléctricos com menor consumo. Quanto à utilização racional de energia, procura-se eliminar os consumos energéticos quando os seus gastos são desnecessários (equipamentos a consumir energia em situações em que o seu uso não é necessário). As principais diferenças entre uma correcta e uma errada gestão de energia estão nos ganhos económicos e ambientais, pois com uma melhor gestão dos consumos energéticos obtém-se uma menor factura energética e uma menor pegada ecológica. Estudos feitos pela EDF (Électricité de France) em 1999 demonstravam que o custo de electricidade destinado à iluminação (pública e interior) representava 10 a 50% do consumo total. Valores como estes, tão significativos, colocam a iluminação na linha

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da frente dos sectores de consumo a precisar de intervenção urgente, com vista a uma melhor racionalização de energia. 14.1.3. Caracterização do consumo de energia em Por tugal Em 2008 foram consumidos cerca de 49187 GWh de energia eléctrica em Portugal. Este consumo distribui-se pelos diversos sectores de actividade da seguinte maneira:

Fig.1. Repartição dos consumos de energia eléctrica por sector em 2003 (DGGE,2008) A iluminação pública é responsável por 3,3% do consumo de electricidade em Portugal, ou seja 1642 GWh. Apesar de não ser dos sectores com maior peso no consumo, os seus números ganham outra dimensão quando verificamos que a sua factura energética é atribuída na sua totalidade ao estado (os municípios), ao invés dos sectores domésticos em que a factura é distribuída pelos diversos lares consoante o consumo efectuado. 14.1.4. Iluminação pública e sua gestão Em Portugal, tal como em outros países, a iluminação pública é da responsabilidade dos municípios. Os encargos energéticos associados à iluminação pública representam uma parcela bastante significativa dos consumos de energia dos municípios. Cabe assim encontrar um ponto de equilíbrio, que permita obter os níveis de iluminação necessários e o máximo de economia possível. Para resolver estes problemas foram criadas várias soluções, que permitem uma melhor gestão da iluminação pública, um controlo mais eficiente e uma redução do seu peso na factura do consumo eléctrico. Equipamentos como lâmpadas a vapor de sódio e controladores electrónicos de potência são soluções que promovem a eficiência energética das iluminações públicas.

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14.1.5. Soluções para Gestão de Energia na Iluminaç ão Pública A economia de energia eléctrica é fundamental num projecto de instalação de iluminação pública. Satisfazer essa condição sem prejudicar as vantagens da iluminação pública traz não só ganhos económicos como também ambientais. Para conseguirmos melhorar a eficiência energética de um sistema de iluminação pública devemos cumprir as seguintes etapas: 1. Selecção de lâmpadas economizadoras; 2. Selecção de dispositivos de ligação (balastros) energeticamente eficientes; 3. Melhoria das luminárias; 4. Sistemas de controlo eficientes; 5. Introdução/melhoria dos procedimentos de manutenção; 6. Concepção do projecto de iluminação. Na escolha da lâmpada, por exemplo, deve ter-se em conta a sua eficiência luminosa. Esta eficiência dá-nos a relação entre o fluxo luminoso e a potência eléctrica consumida em cada tipo de fonte de iluminação, e a sua unidade é lúmen/Watt (lm/W). Uma lâmpada é tanto mais eficiente quanto maior o fluxo luminoso emitido para a mesma energia eléctrica absorvida.

Fig.2. Eficiência luminosa/Tipos de Lâmpadas (Catarina,2007) No quadro abaixo apresentam-se os valores da eficiência luminosa (lm/W), bem como a gama de potências e o tempo médio de vida, para os tipos mais comuns de lâmpadas:

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Fig. 3. Tipos de lâmpadas, potência, eficiência luminosa e tempo médio de vida. (Catarina, 2007) Na selecção da lâmpada devemos ter em atenção a potência consumida, eficiência luminosa e tempo médio de vida, de forma a fazermos a melhor opção. A escolha certa resultará numa poupança nos gastos energéticos e nos gastos de manutenção. As luminárias são um factor muito importante para atingir a eficiência energética. De facto, independentemente da eficiência da lâmpada utilizada, se o rendimento da luminária for baixo, vão ser necessárias mais luminárias para obter o nível de iluminação óptimo. Assim, a escolha da luminária reveste-se de extrema importância. O uso de luminárias com ópticas eficazes permite reduzir a potência das lâmpadas a empregar. Os balastros, necessários para o funcionamento de todos os tipos de lâmpadas de descarga (grupo principal de lâmpadas utilizado em iluminação pública), são responsáveis por 15 a 20% do consumo da energia recebida, devido às suas perdas. Actualmente existem no mercado várias soluções que minimizam estes valores de perdas energéticas, como os balastros de baixo consumo, os balastros de baixas perdas e os balastros electrónicos. No caso dos balastros electrónicos é possível obter reduções de consumo eléctrico na ordem dos 20 a 30% em relação aos balastros convencionais. O seu único senão é o elevado custo, tornando-se um investimento muito caro. Relativamente ao sistema de comando de iluminação é fundamental a sua boa regulação, devendo estar perfeitamente ajustado às condições das diversas estações do ano. Desperdício como um acendimento de 15 minutos mais cedo e extinção 15 minutos mais tarde provoca gastos de cerca de 5% da factura total de energia eléctrica e em duração da vida das lâmpadas, supondo uma duração anual de 4000 horas. Adaptar o nível de intensidade luminosa em função da densidade de tráfego automóvel e do movimento de peões, é, também, uma boa solução de poupança de energia eléctrica. Os níveis de luminância necessários nas horas de ponta não fazem sentido nas horas de vazio. Adequar a iluminação pública às reais necessidades dos utentes permite não só uma poupança eléctrica, como também aumenta a duração de vida das lâmpadas e da aparelhagem auxiliar, o que resulta numa diminuição do custo de manutenção. Isto pode ser feito de várias formas como a extinção de uma lâmpada em armaduras com duas lâmpadas ou

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através da extinção de uma parte das armaduras. Contudo, esta solução reduz a uniformidade da luminância, o que pode, em alguns casos, prejudicar a segurança do local. Nos candeeiros que não utilizam comutadores são sempre as mesmas lâmpadas que funcionam. Os riscos de extinção são mais elevados, sendo especialmente crítico no caso do regime de funcionamento de uma lâmpada em cada duas. Para resolver este problema devem-se utilizar balastros especiais, que permitem reduzir a potência de certas lâmpadas de descarga e manter a uniformidade de luminância. Desta forma consegue-se uma economia no consumo, obtida através da redução de potência nas horas de vazio e uma economia na manutenção, devido à redução do número de intervenções ao nível das lâmpadas. Uma outra maneira de poupar energia eléctrica passa pela utilização de sistemas que permitam a redução de potência. Existem várias formas de o fazer:

• Por variação de tensão, diminuindo a tensão diminui-se a potência. Para o fazer é necessário um transformador fundamental (o injector). Este sistema tem possibilidade de programação dos períodos de utilização, podendo adequar a iluminação às diversas situações. Permitem assim uma redução de 30% a 40% na factura energética, graças à diminuição da potência consumida e à atenuação das sobretensões, prolongando a duração de vida das lâmpadas;

• Utilizando reactâncias especiais com duas tomadas; • Colocando em paralelo duas reactâncias, retirando uma no momento de redução

de potência; • Colocando uma reactância em série com a lâmpada e a reactância normal.

Por fim, dado que a ausência de conservação e manutenção é o factor principal de desperdício energético nas instalações públicas, uma manutenção regular e sistemática pode permitir uma melhoria entre 30% a 90% dos níveis de iluminação para um consumo constante de energia. 14.1.6. Incentivos para a eficiência da Iluminação Pública em Portugal No Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Eléctrica (PPEC) para 2009-2010, são várias as medidas de apoio à modernização da iluminação pública. O objectivo do Estado é incentivar os municípios a apostarem em novas tecnologias que tornem a iluminação pública mais eficiente. As acções aprovadas do PPEC resultam de medidas específicas propostas, que foram sujeitas a um concurso de selecção segundo os critérios definidos nas Regras do Plano de Promoção da Eficiência no Consumo. O concurso permite seleccionar as melhores medidas de eficiência energética a implementar, tendo em conta o montante do orçamento anual do PPEC. Os incentivos são vários, vão desde palestras para sensibilização até co-financiamento ou até mesmo financiamento total de ferramentas e outras tecnologias que melhoram a iluminação pública. Das medidas candidatas ao PPEC em 2009-2010 estão atribuídos 2.750.891 euros para serem utilizados no domínio da Iluminação Pública. Das acções aprovadas no PPEC destacamos:

• Mapa Lumínico e Catálogo de Tecnologias: Esta medida, a implementar em 2009 e 2010, pretende dotar duas câmaras municipais, em Portugal Continental, de uma ferramenta informática com sistemas de informação geográfica, destinada à

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iluminação pública e que permita diagnosticar a situação luminosa municipal, propor medidas genéricas que aumentem a eficiência energética e auxiliar na gestão do meio ambiente;

• Eficiência Energética na Iluminação Pública: A medida pretende substituir 3 000 luminárias na iluminação pública essencialmente em meios suburbanos da Região Autónoma dos Açores (existentes há pelo menos 10 anos), com necessidades de manutenção. Os trabalhos incluem a substituição integral do corpo da luminária (reflectores, lâmpadas de vapor de mercúrio, condensadores, balastros e restante equipamento electrónico). As lâmpadas a serem substituídas são as lâmpadas de vapor de mercúrio por lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão;

• Relógios Astronómicos: Esta medida visa a promoção da instalação de relógios astronómicos na iluminação pública. Serão instalados 1 600 sistemas de regulação de fluxo para controlo dos circuitos convencionais de iluminação pública com lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (70%) para potências de 100 W, 150 W e 250 W e 1250 W, e com lâmpadas de vapor de mercúrio (30%), para potências de 250 W e 400 W;

• Regulação de Fluxo Luminoso: Esta medida visa a promoção da instalação de reguladores de fluxo na iluminação pública. Através da presente medida, a decorrer em 2008, a EDP Comercial estabelece acordos com os municípios das áreas metropolitanas, comunidades urbanas, comunidades intermunicipais, com mais de 100 000 habitantes, para proceder à instalação de 200 sistemas de regulação de fluxo, em armaduras com lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão, para potências de 27 kVA, 36 kVA e 45 kVA.

14.1.4. Regulação do Fluxo Luminoso, porquê? O consumo de energia no sector da iluminação, seja na iluminação pública ou de usuários particulares, representa um alto valor percentual do total da energia utilizada. A poupança de energia e a poluição luminosa são dois temas muito discutidos, envolvendo todos os intervenientes no campo da iluminação de tal forma que se tornam o objectodas directivas nacionais e internacionais. Existem normas que estabelecem indicações claras sobrea criação de unidades de iluminação com orientações particularespara reduzir os custos de manutenção, reduzindo o consumo de energia e limitar o fluxo da luz dispersada. Em conexão com isso, muitos governos tomaram medidas com a promoção campanhas e subsídios para incentivar uso de iluminação de alta eficiência, equipamento adequado para conter o consumo de energia. As disposições legais em vigor, tentam, incentivar o nascimento de novastecnologias que permitem alcançar estes objectivos, agindo na estabilização de tensãoe regulação. O regulador de fluxo luminoso, é uma resposta técnica, que, agindo sobre os parâmetros mencionados acima, permite que as exigências dos usuários sejam satisfeitas.

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14.2. Reguladores de fluxo Está comprovado que a percepção do olho humano em relação à luz não varia linearmente. De facto, apenas para uma variação superior a 10 % do fluxo luminoso é que a diferença é notada. Contudo, uma redução de 10 % do fluxo luminoso corresponde a uma mesma percentagem na economia de energia eléctrica. Assim, uma redução no fluxo luminoso não afecta a qualidade do serviço mas traduz-se numa eficiência significativa. A regulação do fluxo luminoso pode ser conseguida através de balastros electrónicos (Reguláveis) ou através de Reguladores de tensão. Uma vantagem da regulação da tensão está relacionada com o comportamento do sistema eléctrico nas horas de pouco consumo. De facto, à noite, devido à saída de uma parte significativa da carga verificada durante o dia, a tensão eléctrica tende a aumentar provocando um envelhecimento precoce das lâmpadas, e isto tudo acontece nas horas da noite onde não é preciso grande luminosidade, ou da luminosidade normal, devido ao facto da actividade nocturna ser fortemente reduzida – é o chamado paradoxo da noite. Assim, o nível de iluminação deve ser maior durante as horas de grande utilização e diminuir gradualmente à medida que o uso diminui. O regulador de fluxo luminoso é, assim, um mecanismo que automaticamente diminui o fluxo luminoso da iluminação pública, a partir de determinada hora, o que origina a diminuição do consumo de energia durante esse período. Este equipamento aplica-se em todos os circuitos de iluminação equipados com lâmpadas de descarga como fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio e iodetos metálicos. De uma forma geral, estes equipamentos permitem:

• Diminuir os custos associados à iluminação até70%; • Aumentar a vida útil das lâmpadas (duas vezes mais duração); • Período de “payback” reduzido; • Não produz flutuações na rede; • Não produz harmónicos e diminui a amplitude dos harmónicos já existentes na Rede; • Fácil instalação;

Como desvantagens podemos apontar as seguintes:

• Obriga a circuitos com a mesma tecnologia de Lâmpadas; • Dificuldades acrescidas com as quedas de tensão na parte final do circuito.

Estão disponíveis numa gama de potências entre os 9kVA e os100kVA e podem ser colocados em postos de transformação ou em armários de distribuição. Nas zonas urbanas, em que existem grandes cargas eléctricas, devem ser colocados ao lado dos PT’s. Nas zonas rurais, a utilização destes equipamentos não é aconselhável, devido aos ramais serem longos e as quedas de tensão muito grandes. A utilização de reguladores de fluxo permite, se desejar, um controlo mais sofisticado da iluminação pública. Tal é conseguido com recurso a um computador, dotado de software adequado e um modem com acesso à linha telefónica, que permite fazer o telecontrolo para gestão centralizada de um conjunto de controladores a qualquer distância.

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14.2.1. Reguladores de Fluxo – Electromagnético A abordagem electromagnética refere-se ao uso de autotransformadores com tomadas variáveis para ajustar a tensão que alimenta o circuito de iluminação pública. Este método tem características como:

• Não é necessário grandes mudanças na infra-estrutura de alimentação da rede IP; • A variação da tensão é limitada pela limitação térmica do autotransformador; • O autotransformador é relativamente espaçoso e apresenta perdas para baixos

níveis de tensão; • Uma transição contínua de um nível de tensão para o outro é não fácil; • Apresenta uma boa tolerância a condições meteorológicas extremas.

O sistema de iluminação pública pode ser considerado como um sistema trifásico formado por três sistemas monofásicos independentes, no que resulta num controlo de tensão para cada fase. Na figura 4 é apresentado um esquema unifilar do sistema e na figura 5 um regulador de fluxo de 45 KVA baseado em autotransformadores.

Fig. 4. Regulação da Tensão para um sistema de iluminação público (Manuel, 2010)

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14.2.1.1. Regulador de fluxo – Exemplo Comercial O regulador de fluxo luminoso (STABILUX) inicia-se por executar automaticamenteo ciclo de acendimento das luzes num tempo programado pelo usuário, dependendodo tipo de fonte de iluminação alimentado.Depois disso, o regulador gradualmente atinge o valor da tensão pré-classificada.Quando, por razões diversas, o nível de iluminação de pico não é mais necessário, oregulador reduz a tensão de alimentação das lâmpadas, obtendo assim uma significativapoupança de energia. As transições entre as diferentes condições de trabalho são lentas pelo que a mudança na iluminação não é perceptível aos usuários.Quaisquer que sejam as condições de funcionamento, a tensão de saída émantida dentro de ± 1% do valor pré-determinado, mesmo comvariações de tensão consideráveis na entrada. Depois de um black-out, quando a rede for restabelecida, o regulador realiza um ciclo de ignição, antes de levar a tensão de saída de volta para ovalor pré-determinado.

Fig. 5.Regulador de tensão baseado em autotransformadores de tomadas variáveis de 45 kVA (Manuel 2010)

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Fig.6 . Diagrama de funcionamento e economia de energia (Stabilux Luminous Flux Regulator) O sistema de regulação do transformador de reforço é caracterizado por: Alta eficiência. Graças à tecnologia de energia de passagem directa, asperdas típicas são baixas,o que garante uma eficiência média superior a 98%.Extensa compensação da flutuação da rede. A estabilização permite a compensação das variações de tensão mantendo uma precisão de saída de + / -1%.Alta velocidade de compensação de variação de alimentação. Não há distorções harmônicas. A distorção harmônica introduzida, ao contrário dos sistemas usando tecnologias totalmente eletrônicas, é insignificante, menos de 0,2% em quaisquer condições de carga. Sinusoidal absorção da rede. Como magnetizante do transformador potência é insignificante em relação à carga, a forma de onda da corrente absorvida pela rede é sinusoidal. Insensibilidade às variações de carga. O regulador pode operar corretamenteindependentemente das condições de carga (0-100%), mantendo suas características inalteradas. Insensibilidade com fator de carga de energia. Desde que a corrente nominalnão exceda o valor nominal, o regulador funciona corretamente independentemente do fator de potência da linha. Compatibilidade com qualquer tipo de lâmpada. Pode alimentar qualquer tipo de lâmpada usada em plantas de iluminação pública e privada. Sem efeito sobre a impedância da linha. A impedância típica doregulador é desprezível. Como resultado, a instalação do regulador STABILUX num sistema já existente não afecta a eficiência das protecções. 14.2.2. Reguladores de fluxo – electrónico A abordagem electrónica refere-se ao uso de balastros electrónicos. Este método tem algumas características como:

• O uso de balastros electrónicos (Reguláveis) permite um maior grau de controlo da iluminação;

• Uma central de controlo é necessária para um controlo uniformizado; • Apresenta um elevado custo de instalação devido à necessidade de substituir os

balastros magnéticos por balastros electrónicos; • Os balastros electrónicos são mais caros e com menor fiabilidade do que os

balastros magnéticos; • A tolerância a condições meteorológicas adversas é muito baixa;

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• Após um curto período de vida, custos de eliminação de resíduos electrónicos podem ser envolvidos. Os resíduos electrónicos têm um grande impacto ambiental devido ao uso de matérias não biodegradáveis.

14.2.2.1. Balastros electrónicos Os balastros são dispositivos que se ligam entre a fonte de alimentação de um circuito eléctrico e uma ou mais lâmpadas de descarga e têm como principais funções permitir o arranque e limitar a corrente das lâmpadas ao seu valor normal durante o funcionamento. Também podem incorporar um transformador da tensão de alimentação (elementos para optimizar o factor de potência, ou seja, condensador). Os balastros podem ser magnéticos ou electrónicos. Os balastros electrónicos estão disponíveis desde o inicio da década de 80 e, em substituição dos electromagnéticos, permite:

• Obter poupanças de energia acima dos 15%; • Aumento do rendimento luminoso; • Eliminar o efeito de trepidação; • Eliminar o resíduo audível; • Aumentar a duração de vida da lâmpada; • Diminuir o peso e tamanho do equipamento; • Regular automaticamente o fluxo luminoso; • Reduzir a componente da energia reactiva.

Os balastros electrónicos melhoram o rendimento das lâmpadas convertendo a frequência standard de 50 Hz em alta frequência, geralmente em 25 KHz e 40 KHz.

Na utilização de balastros electrónicos o fluxo luminoso pode ser controlado através do controlo do dutycycle das Chaves comutadoras S1 e S2 da figura 9,do controlo da frequência ou da tensão. Em relação ao dutycycle, este método não é usado em balastros electrónicos comercialmente devido às desvantagens do método, nomeadamente a presença de interferências electromagnéticas. Em relação à frequência e à tensão, estudos comprovam que o controlo de tensão é mais favorável que o controlo da frequência uma vez que com o controlo da tensão obtém-se uma maior eficiência e maior lúmen por Watt. É de referir que aos balastros electrónicos está associado um sistema central de controlo dos balastros, sendo

Fig.7. Circuito simplificado de um balastro electrónico (Tam, 2006)

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estes munidos de uma entrada específica para o sinal de regulação (que pode ser analógico ou digital). Apesar do forte investimento inicial envolvido, esta solução apresenta valores de redução de custos de iluminação elevados, podendo chegar aos 70% se associados a outros dispositivos de poupança de energia (como sensor de luz e detector de movimento).

A Schréder apresenta na figura seguinte um diagrama que expõe os passos necessários para a tomada de decisão em relação ao sistema de regulação de fluxo luminoso a adoptar.

Fig. 8 – Diagrama de Decisão para a escolha do sistema de Regulação do Fluxo Luminoso (Schréder, 2010)

14.2.3. Aspectos a considerar na escolha de um regu lador A escolha do regulador mais adequado baseia-se na corrente absorvidapela carga. No caso das instalações existentes, tanto de uma ou três fases, ovalor da corrente absorvida pela carga pode ser obtida usandoo amperímetro. Para cargas monofásicas, basta multiplicar o valor dacorrente medida pela tensão nominal e escolhero modelo do regulador capaz de fornecer a potência e correnteobtidos. Recomenda-se uma margem de segurança de 20 ÷ 25% parafuturas expansões do sistema. Para determinar o poder do regulador para ser usado numa rede trifásica, precisa-se saber a corrente máxima de cada uma das três fases. A partir de uma tabela de modelos disponíveis, escolhe-seo regulador capaz de entregar para cada fase de uma correnteigual ou superior ao valor medido.Ainda nestecaso é aconselhável permitir que um superdimensionamento de 20 ÷ 25%. Para as novas instalações, é possível identificar o regulador durante o projeto, tomandoem consideração os parâmetros de carga, a saber:

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• a soma da potência ativa das luzes; • o CosΦ do sistema (geralmente 0,9 para fator de potência); • possíveis expansões com futurasperdas na linha (2 ÷ 5%). 14.3. Caso Estudo (AREAL)

A AREAL (Agência Regional de Energia e Ambiente do Algarve) realizou um estudo de viabilidade técnico-económica para a instalação de Reguladores de fluxo luminoso na rede de iluminação pública num determinado zona de Albufeira, Algarve. As redes de iluminação pública onde se pretendem instalar os reguladores de fluxo têm de potência instalada 7,2 /15 / 12,9 /17,6 KVA, conforme se mostra no quadro 1:

���� � ������ � (1)

SPTD = Potência aparente de cada Posto de Transformação de Distribuição [KVA]; Cos φ = Factor de potência [adimensional]; Nr = nº de iluminarias instaladas no local; Ppl = Potência instalada por lâmpada [W].

Tabela 1. Cálculo das potências consumidas pelas redes sem Reguladores de Fluxo

13.3.1.Poupança de Energia Com a instalação do equipamento de regulação de fluxo luminoso obteve-se uma poupança anual no consumo de energia de 2.125,87 €, valores obtidos pela expressão seguinte e apresentados no quadro 2.

��� � � � ���� � � � �� � ���2� Onde: FTP = Facturação total poupada [€];

SPTD = Potência aparente [KVA]; Cos φ = Factor de potência [adimensional]; r = poupança de energia ao alimentar com tensão reduzida [adimensional];

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hr = Horas de operação a tensão reduzida - consideradas 8 horas por dia [horas/ano]; Ce = Custo do KWh [€].

Tabela 2. Cálculo da Energia Poupada

14.3.2. Poupança na Manutenção Além da Poupança no consumo haverá também uma maior Poupança devido ao prolongamento da vida útil das lâmpadas como pode ser observado no quadro 3. O prolongamento da vida útil das lâmpadas depende dos valores da tensão durante as horas de vazio. A prática tem demonstrado que o prolongamento da vida útil das lâmpadas pode variar entre 50 e 300%, dependendo da alimentação de rede e do tipo de lâmpada utilizado. A poupança alcançada graças ao prolongamento da vida útil das lâmpadas pode ser determinada através da seguinte fórmula:

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Onde: RI = Poupança devido ao prolongamento da vida útil das lâmpadas [€]; Nr = N.º de luminárias instaladas no local; Pi = Custo por lâmpada [€]; Hf = N.º de horas de funcionamento da IP por ano [h/ano]; Cs = Custo horário para substituição das lâmpadas [€]; Ds = Vida útil sem regulador [h]; Dc = Vida útil com regulador [h]; Ts = Tempo de substituição de lâmpadas [h].

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GE da Iluminação pública – Reguladores de Fluxo

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Tabela 3. Cálculo da Energia Poupada devido ao prolongamento da vida útil das lâmpadas

A poupança anual é obtida através da soma das duas poupanças anteriores:

Rt = FTP + RI = 5.920,04 € (4) 14.4.3. Investimento Considerando que os sistemas são praticamente equilibrados, ou seja, as cargas estão igualmente distribuídas pelas 3 fases, os reguladores a utilizar serão os que se descrevem no quadro 4.

Tabela 4. Custo total dos reguladores de fluxo

O investimento total para a execução das instalações é de 26.812 € + IVA. 14.3.4.Payback O payback do investimento será de aproximadamente 4,5 anos como se pode observar através da seguinte expressão:

Payback = �*ç+$�*,-./+�*$�+-.0ç.1+1. � 23.5627.829,9; � 4,5>?�� (5)

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Gestão da Energia

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14.4. Conclusão A utilização/gestão de energia tem sido crucial para o desenvolvimento da sociedade humana ao ajudá-la a controlar e a adaptar-se ao meio ambiente. A Iluminação Pública tornou-se um importante foco de preocupação e de gestão do mundo actual, como consequência de um desenvolvimento sustentável e de uma eficiência energética eficaz. Só há pouco tempo é que se começou a pensar na ideia da gestão da Iluminação Pública e tornar o sector mais eficiente (note-se que em 2003 a lâmpada incandescente foi a mais vendida em todo o Mundo).Hoje em dia há cada vez mais soluções ligadas ao projecto de sistemas de iluminação. Normalmente essas soluções fazem parte de sistemas de gestão integrada, capazes de controlar muito mais que a iluminação. Estes sistemas de gestão integrada permitem economias de energia substanciais, principalmente quando combinam a iluminação natural com a artificial. Em novos projectos de iluminação pública os balastros electrónicos, que são mais eficientes que os convencionais e quepermitem integrar sistemas de regulação de fluxos luminosos, têm tido aplicaçãocrescente nos últimos anos. Contudo, para sistemas de iluminação já existentes, soluções que à partida resultam numa menor poupança de energia, apresentam valores de investimento mais atractivos e que, mesmo assim, apresentam poupanças justificáveis para a sua implementação. Não se pode esquecer que aliadas a estas soluções existem também outros equipamentos e soluções que implementados em conjunto, dependendo de um estudo técnico-económico, trazem poupanças de energia que podem chegar à ordem dos 75 %. 14.5. Referências Boletim técnico nº 67, AREAL, www.areal-energia.pt Casa, G. &Veroni, F. (1999).A new way to manage public lighting, IET Conferences, 0-85296- 7144, Birmingham Ceclan, A. (2007). Public lighting systems an energy saving technique and product, IEEE Conferences, 1-4244-0632-3, Capri Chung H.S.H. et al. (2006). Case Study of A Highly-Reliable Dimmable Road Lighting System with Intelligent Remote Control, IEEE Conferences, 90-75815-09-3,Dresden Concepção e Certificação de Nova Geração de Candeeiros de Iluminação Pública consultado a 16/11/2010. http://paginas.fe.up.pt/~ee03096/index_ficheiros/Page704.htm Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (2009). Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Eléctrica para 2009-2010, Portugal Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos consultado a 15/11/2010. http://www.erse.pt/pt/Paginas/home.aspx Roma ́n-Lumbreras, M etal (2010).Matrix converter applied to energy saving for street lighting systems, , IEEE Conferences, 978-1-4244-5793-9, Valletta Shamsuddin ,P&Chaisawadi, A. Lighting Energy Management: In the case of road lightings in Negara Brunei Darussalam. Asian Journal on Energy and Environment, vol. 6, No. 2, pp.103-115, 1513-4121 Silva, C. (2007). Estudo da Eficiência Luminosa e Energética do Sistema de Iluminação Pública da cidade do Porto, Tese de Mestrado apresentado na Universidade do Porto Tam, P.W. et al (2003). Practical evaluation of dimming control methods for electronic

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GE da Iluminação pública – Reguladores de Fluxo

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unidade curricular “Técnicas de Iluminação”, Porto Teixeira, A. (2002). Iluminação Pública – Armaduras de iluminação pública, Apontamentos

da unidade curricular “Luminotecnia e Instalações Industriais”, Porto Teixeira, A. (2002). Iluminação Pública – Disposição das Armaduras, Apontamentos da unidade curricular “Luminotecnia e Instalações Industriais”, Porto Teixeira, A. (2002). Iluminação Pública – Suportes para Armaduras, Apontamentos da unidade curricular “Luminotecnia e Instalações Industriais”, Porto Teixeira, A. (2002). Iluminação Pública – Cálculo da Luminância, Apontamentos da unidade curricular “Luminotecnia e Instalações Industriais”, Porto Teixeira, A. (2009). Eficiência Energética das Instalações de Iluminação, Apontamentos da unidade curricular “Luminotecnia e Instalações Industriais”, Porto


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