estudo da eficiência energética e gestão de energia em...

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Estudo da Eficiência Energética e Gestão de Energia em Edifícios Escolares

Rui Manuel Alves de Sousa

Dissertação realizada no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Major Energia

Orientador: Prof. José Eduardo Roque Neves dos Santos

Janeiro 2011

ii

© Rui Manuel Alves de Sousa, 2011

iii

Resumo

O presente trabalho faz uma apresentação profunda no que se refere à modelização das

soluções que, em termos de eficiência energética nos edifícios terciários (escolares),

deveriam ser adoptados, mais concretamente, com a qualidade da iluminação, o seu sistemas

de controlo e cuidados com a potência reactiva, numa instalação eléctrica.

O trabalho foi estruturado em duas etapas, com os seguintes objectivos:

- Estudo da evolução e das soluções tecnológicas que, em termos de correcção do

factor de potência, características de iluminação e seu controlo, são adoptadas

em aproveitamento para melhorar a eficiência energética num edifício terciário

(escolar).

- Desenvolvimento de um trabalho prático com vista à criação de uma metodologia

para um modelo adequada a um edifício escolar, apresentando algumas

experiências e leituras com diversas luminárias, resultados e soluções.

A realização da actividade experimental, permitiu um aprofundamento dos

conhecimentos do autor, sobre a metodologia empregue, baseado numa pesquisa e análise

exaustiva de material técnico e cientifico relevante para a criação do trabalho, seguida do

cumprimento de um plano de estudo realizado em três escolas. Concluindo com a realização

de testes em luminárias numa escola e aplicação de um estudo modela, utilizando sistemas

de controlo de iluminação automatizada e controlo de energia reactiva.

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Abstract

This work makes a thorough presentation regarding the modeling of solutions in terms of

energy efficiency in tertiary buildings (schools) should be adopted, specifically with the

quality of light, its control systems and care reactive power, an electrical installation.

The work was structured in two phases, with the following objectives:

- Study the evolution and technological solutions that, in terms of power

factor correction, lighting characteristics and control is adopted for use in

improving energy efficiency in a building tertiary (academic).

- Development of a practical work for the establishment of a methodology for

a model suitable to a school building, with some experiences and readings

with different fixtures, results and solutions.

The completion of the experimental activity, led to a deeper knowledge of the author,

about the methodology used, based on exhaustive research and analysis of technical and

scientific material relevant to the creation of the work followed the completion of a plan of

study in three schools. Concluding with the testing of lamps in a school and applying a

modeling study, using lighting control systems and automated control of reactive power.

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Agradecimentos

Ao meu orientador, Professor Neves dos Santos, pela proposta do tema, e, pelo apoio e

total disponibilidade manifestadas ao longo da realização desta dissertação.

Ao Dr. Carlos Santos e professor Rui Oliveira, ao professor Joaquim Peruxa e colega

Levindo Frota, pela pronta disponibilidade, quer na apresentação guiada, quer das

informações e elementos referentes aos três edifícios escolares (EB23, em Baltar, Secundária

António Sérgio, em V.N.Gaia e Secundária Gonçalo Zarco, no Porto), utilizado para o estudo.

Aos colegas da faculdade, que sempre estiveram dispostos para qualquer ajuda, pelo que

faço questão de mencioná-los: Manuel Clemente; Rui Oliveira; Levindo Frota.

À empresa e colegas onde trabalho, pelo tempo, informação e apoio disponibilizado para

a realização da minha dissertação.

Por fim, à minha família, principalmente esposa e filhos, que, em momentos difíceis, me

apoiaram e ajudaram a tornar este trabalho possível.

ix

Índice

Resumo ............................................................................................ iii

Abstract ............................................................................................. v

Agradecimentos .................................................................................. vii

Índice ............................................................................................... ix

Lista de figuras .................................................................................. xiii

Lista de tabelas ................................................................................. xix

Abreviaturas e Símbolos ....................................................................... xxi

Capítulo 1 .......................................................................................... 1

Introdução ......................................................................................................... 1 1.1 - Objectivos ............................................................................................... 2 1.2 - Breve apresentação do trabalho .................................................................... 2

Capítulo 2 .......................................................................................... 5

Considerações gerais sobre a eficiência energética ....................................................... 5 2.1 - Introdução ............................................................................................... 5 2.2 - Desafio energético e sustentabilidade ............................................................. 5 2.2.1 - Energia e sua dependência ........................................................................ 9 2.2.2 - O farol para atingir o desenvolvimento sustentável ........................................ 11 2.2.3 - Estratégia para a eficiência energética ....................................................... 12 2.2.4 - Edifícios sustentáveis ............................................................................. 13 2.3 - A implicação de uma instalação eléctrica eficiente ........................................... 14 2.4 - Conclusões ............................................................................................ 17

Capítulo 3 ......................................................................................... 19

Compensação do Factor de Potência ....................................................................... 19 3.1 - Introdução ............................................................................................. 19 3.2 - Causas e consequências de um baixo factor de potência .................................... 20 3.2.1 - Principais causas de um baixo factor de potência........................................... 21 3.2.2 - Principais consequências de um baixo factor de potência ................................. 23 3.2.2.1 - Perdas de energia na instalação ............................................................. 23 3.2.2.2 - Capacidade instalada .......................................................................... 23 3.2.2.3 - Quedas de tensão ............................................................................... 25 3.2.2.4 - Tipologia das instalações ...................................................................... 25

x

3.3 - Vantagens da correcção do factor de potência ................................................. 25 3.3.1 - Melhorias na tensão ............................................................................... 25 3.3.2 - Redução das perdas ............................................................................... 25 3.3.3 - Vantagens para os consumidores ................................................................ 26 3.3.4 - Vantagens para os fornecedores de energia .................................................. 26 3.4 - Compensação do factor de potência em Baixa Tensão ........................................ 27 3.4.1 - Tipos de equipamentos e modos para compensação do factor de potência ............ 27 3.4.1.1 - Localização das baterias de condensadores ................................................ 27 3.4.1.2 - Compensação fixa e compensação automática ............................................ 30 3.4.2 - Exemplo simples de compensação do factor de potência .................................. 32 3.4.3 - Estudo da correcção do factor de potência num projecto ................................. 33 3.4.3.1 - Instalações existentes e em funcionamento ................................................ 33 3.4.3.2 - Instalações em fase de Projecto .............................................................. 34 3.5 - Dimensionamento das baterias de condensadores pela factura da EDP .................... 34 3.6 - Conclusões ............................................................................................. 39

Capítulo 4 ......................................................................................... 41

Uso eficiente da iluminação .................................................................................. 41 4.1 - Introdução ............................................................................................. 41 4.2 - Tipos de lâmpadas e suas características ........................................................ 42 4.2.1 - As lâmpadas de Incandescência e de Halogéneo ............................................. 42 4.2.2 - As lâmpadas de descarga ......................................................................... 43 4.2.3 - As lâmpadas de Mercúrio de Alta Pressão e de Luz Mista ................................... 44 4.2.4 - As lâmpadas de alta pressão de sódio .......................................................... 44 4.2.5 - As lâmpadas de Iodetos Metálicos .............................................................. 45 4.2.6 - As lâmpadas de Baixa Pressão de Sódio ........................................................ 45 4.2.7 - As lâmpadas fluorescentes Compactas (economizadoras) .................................. 46 4.2.8 - As lâmpadas fluorescentes (PL/TL/T5) ........................................................ 46 4.2.9 - As lâmpadas a Leds ................................................................................ 48 4.2.10 - A iluminação por Fibras Ópticas ............................................................... 49 4.2.11 - A eficiência luminosa e vida útil das lâmpadas ............................................. 50 4.2.12 - Cuidados com o impacto ambiental e reciclagem das luminárias ....................... 51 4.2.13 - Comparação entre diferentes lâmpadas...................................................... 52 4.3 - Classes de eficiência energética das lâmpadas ................................................. 54 4.4 - Poupança de energia com lâmpadas fluorescentes ............................................ 56 4.5 - Importância dos balastros electrónicos........................................................... 57 4.5.1 - Tipo de balastros electrónicos ................................................................... 58 4.6 - Conceitos básicos das luminárias .................................................................. 60 4.7 - Índices e normas para eficiência energética .................................................... 62 4.8 - Escolha de um sistema de gestão de iluminação ............................................... 63 4.8.1 - Gestão por sistema horário ...................................................................... 63 4.8.2 - Gestão por detecção automática ............................................................... 65 4.9 - Conclusões ............................................................................................. 68

Capítulo 5 ......................................................................................... 69

Casos de estudo ................................................................................................. 69 5.1 - Introdução ............................................................................................. 69 5.2 - Interpretação da norma europeia EN15193 ...................................................... 70 5.2.1 - Interpretação dos cálculos baseados na norma EN15193 ................................... 73 5.2.2 - Interpretação dos cálculos para o consumo de iluminação ................................. 74 5.2.3 - Exemplo de cálculos de custo/investimento para uma sala de ensino ................... 78 5.3 - Descrição de um equipamento teste desenvolvido para ensaios de luminárias ........... 82 5.4 - Casos de estudo em edifícios escolares .......................................................... 84 5.4.1 - Escola de ensino S/3º ciclo antiga (por remodelar) .......................................... 84 5.4.1.1 - Identificação dos aspectos negativos ........................................................ 85 5.4.1.2 - Medidas para remodelação do local .......................................................... 86 5.4.1.3 - Ensaios realizados com luminárias existentes no edifício escolar ...................... 88 5.4.2 - Escolas de ensino secundário remodeladas ................................................... 95 5.4.2.1 - Identificação dos aspectos negativos ........................................................ 96

xi

5.4.2.2 - Medidas e classificação dos espaços para melhorias do local ........................... 97 5.4.2.2.1 - Espaços de ocupação temporária .......................................................... 97 5.4.2.2.2 - Espaços de ocupação permanente......................................................... 99 5.4.2.2.3 - Espaços de ocupação breve ................................................................ 100 5.4.2.2.4 - Espaços de circulação (corredores e escadarias) ...................................... 100 5.4.2.2.5 - Espaço Polivalente / Sala de Exposições / Área Desportiva ......................... 102 5.4.2.2.6 - Espaços exteriores para fins de fachada e circulação ................................ 103 5.4.2.2.7 - Espaços exteriores para fins de estacionamento ...................................... 105 5.4.2.2.8 - Espaços de actividades desportivas exterior com e sem cobertura ................ 105 5.4.2.2.9 - Iluminação de segurança (Emergência) ................................................. 105 5.4.3 - Apresentação de cálculos para escola modelo .............................................. 107 5.5 - Conclusões ........................................................................................... 110

Capítulo 6 ....................................................................................... 113

Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro .......................................................... 113 6.1 - Sugestões para trabalho futuro ................................................................... 114

Referências ..................................................................................... 115

Anexo 1 .......................................................................................... 117

Correcção do Factor de Potência .......................................................................... 117 1.1 - Solução e orçamento para a Correcção do Factor de Potência para a Escola S/3 B.

de Baltara. ........................................................................................... 117 1.2 - Solução e orçamento para a Correcção do Factor de Potência para a Escola

Secundária António Sérgio em V.N.Gaia. ....................................................... 119 1.3 - Entidade Reguladora dos serviços energéticos Despacho nº 12605/2010 ................. 120

Anexo 2 .......................................................................................... 121

Estudo Luminotécnico ........................................................................................ 121 2.1 - Cálculos luminotécnicos para Escritório Administrativo (300mts) ......................... 121 2.2 - Cálculos luminotécnicos para Biblioteca/Sala de Conferência (35mts) ................... 122 2.3 - Cálculos luminotécnicos para Sala de Aulas (63mts) ......................................... 124 2.4 - Cálculos luminotécnicos para Corredor (73mts) ............................................... 125 2.5 - Cálculos luminotécnicos para Pavilhão com iluminação combinada ....................... 126 2.6 - Cálculos luminotécnicos para Patamar de Escadas ........................................... 129 2.7 - Cálculos luminotécnicos para WC ................................................................ 130 2.8 - Cálculos luminotécnicos para Pátio de Entrada ............................................... 131 2.9 - Níveis de iluminação ............................................................................... 132 2.10 - Normas Europeias ................................................................................. 134 2.11 - NORME EN 15193................................................................................... 135 2.12 - Cálculos da escola modelo ....................................................................... 135 2.13 - Orçamento para casos de estudo (sistemas de controlo automatizado de

iluminação). ......................................................................................... 139

xiii

Lista de figuras

Figura 2.1 - Utilização dos recursos naturais [6] [7] ................................................... 6

Figura 2.2 - Dimensão ambiental, económica e social do desenvolvimento sustentável [6] [7] ......................................................................................................... 7

Figura 2.3 – Dimensão ambiental, económica e social da eficiência energética [6] [7] ......... 8

Figura 2.4 - Expansão da energia primária, utilizada em Portugal, fonte [8] [9]. ............... 9

Figura 2.5 - Fragmentação do consumo de energia em Portugal por sector em 2004 [13] .... 10

Figura 2.6 - Rácio entre importação de petróleo e PIB para Portugal e a EU [13] .............. 10

Figura 2.7 - Intensidade energética em Portugal e média Europeia, energia fina PIB [13] .... 11

Figura 2.8 - Estratégias para o desenvolvimento sustentável [13]. ................................ 12

Figura 2.9 – Aspectos essenciais para um edifício sustentável com a fachada principal virada a sul [14]. ...................................................................................... 14

Figura 2.10 - Fragmentação dos consumos de electricidade pelas principais cargas no sector indústria e terciário [15] .................................................................... 15

Figura 3.1 - Representação vectorial das potências .................................................. 20

Figura 3.2 - Fragmentação dos consumos de electricidade pelas principais cargas no sector indústria e terciário [15]. ................................................................... 21

Figura 3.3 - Fragmentação dos consumos de electricidade tipos de equipamentos de força motriz [15]. ............................................................................................ 21

Figura 3.4 - Redução percentual das perdas em função do factor de potência [16] ............ 26

Figura 3.5 - Instalação de compensação global. ....................................................... 28

Figura 3.6 - Instalação de compensação sectorial. ................................................... 28

Figura 3.7 - Instalação de compensação individual. .................................................. 29

Figura 3.8 - Instalação de compensação mista. ....................................................... 29

Figura 3.9 - Hábitos de instalações, aplicado no mercado terciário (medido em %) [16]. ..... 30

xiv

Figura 3.10 - Esquema unifilar de fixo e automático. ............................................... 31

Figura 3.11 - Banco de baterias automático com 5 escalões numa instalação global. ......... 31

Figura 3.12 - Representação vectorial .................................................................. 33

Figura 3.13 - Tarifa BTE Inverno/Semanal da [ERSE]. ............................................... 35

Figura 3.14 - Quadro resumo de alguns tarifários da [ERSE] ........................................ 35

Figura 3.15 - Tarifário em vigor desde Janeiro de 2010, Despacho nº27 650/2009 da [ERSE] ................................................................................................... 36

Figura 3.16 - Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com base nas facturas da EDP. .................................................. 37

Figura 3.17 - Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com base numa factura da. ...................................................... 38

Figura 3.18 - Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com base em quatro facturas da Iberdrola, União Fenosa ou EDP. ....... 38

Figura 3.19 - Retorno do investimento na compensação do factor de potência, para vários níveis de potência instalada. ............................................................... 38

Figura 4.1 - Exemplo de lâmpadas de Halogéneo e Incandescentes e sua composição espectral [20] .......................................................................................... 43

Figura 4.2 - Exemplo de lâmpadas de mercúrio de alta pressão e sua composição espectral [20] .......................................................................................... 44

Figura 4.3 - Exemplo de lâmpadas de sódio de alta pressão e sua composição espectral [20] ...................................................................................................... 45

Figura 4.4 - Lâmpadas cerâmicas de iodetos metálicos e sua composição espectral, com e sem cerâmico [20]. ................................................................................... 45

Figura 4.5 - Exemplo de lâmpadas de sódio de baixa pressão e sua composição espectral [20] ...................................................................................................... 46

Figura 4.6 - Exemplo de lâmpadas fluorescentes compactas e sua composição espectral [20] ...................................................................................................... 46

Figura 4.7 - Exemplo de lâmpadas fluorescentes e sua composição espectral [20] ............ 47

Figura 4.8 - Comparação de diâmetro entre lâmpada T8 (Ø 26) e T5 (Ø 16) [20] .............. 48

Figura 4.9 - Gráficos comparativos entre lâmpada T8 e T5 [19] ................................... 48

Figura 4.10 - Exemplo de fontes de luz no estado sólido (Led´s) e sua composição espectral [20] .......................................................................................... 49

Figura 4.11 - Iluminação decorativa por fibra óptica [22] .......................................... 50

Figura 4.12 - Quadro comparativo par lâmpadas (potência, luminosidade e tempo de vida) [19] ............................................................................................... 50

Figura 4.13 - Diagrama duma lâmpada de vapor de sódio (composição, perigos e consequências). ....................................................................................... 51

xv

Figura 4.14 - Diagrama duma lâmpada fluorescente (composição, perigos e consequências) ........................................................................................ 51

Figura 4.15 - Diagrama duma lâmpada de Halogéneo (composição, perigos e consequências) ........................................................................................ 52

Figura 4.16 - Etiqueta de eficiência energética da lâmpada [5] ................................... 55

Figura 4.17 - Balastro electrónico [19] .................................................................. 58

Figura 4.18 - Balastro electrónico com regulação digital Dali, comando regulação por botão [20] .............................................................................................. 59

Figura 4.19 - Balastros electrónicos com regulação, Dali ou DSI ligados em bus [20] .......... 60

Figura 4.20 - Evolução da nova geração de lâmpadas fluorescentes com menor diâmetro [21]. ..................................................................................................... 62

Figura 4.21 - Exemplos de um automático de escada, Interruptor horário analógico, digital e astronómico [17] ........................................................................... 64

Figura 4.22 - Esquema em bus e imagem de uma central (GTC) e relé de 4 senários [24] .... 64

Figura 4.23 - Imagem de um regulador de luz com comando por interruptor e botão [17] ... 65

Figura 4.24 - Alguns detectores de presença de encastrar em tecto, parede e sua simbologia [17] [18] ................................................................................... 67

Figura 4.25 - Zona de detecção de um detector de presença [18]. ............................... 67

Figura 4.26 - Esquema de controlo automático de 3 circuitos de iluminação, por inerrruptor [18] ........................................................................................ 68

Figura 5.1 - Representa o impacto do consumo de iluminação num edifício público. Valores obtidos [26]................................................................................... 71

Figura 5.2 – Símbolos de marcas de certificação energética [17]. ................................. 72

Figura 5.3 - Representa os quatro pontos-chave para gestão de energia [17]. .................. 72

Figura 5.4 - Exemplo duma etiqueta eco eficiente, aplicado a um escritório de 300m2 [18]. ..................................................................................................... 73

Figura 5.5 - Relação entre e a luminosidade natural interior. .................................. 77

Figura 5.6 - Etiqueta eco eficiência, indicando poupança em € e CO2. .......................... 80

Figura 5.7 - Etiqueta eco eficiência, indicando poupança em € e CO2. .......................... 81

Figura 5.8 - Esquema de ligações para realização de das medições ............................... 83

Figura 5.9 - Imagem da montagem dos equipamentos que compõem a central de medida ... 83

Figura 5.10 - Imagens do interior da escola S/B3 ..................................................... 84

Figura 5.11 - Imagens do interior e exterior da escola S/B3 ........................................ 84

Figura 5.12 - Imagem comercial de um kit conversor T8-T5 sem e com reflector [28] ........ 86

xvi

Figura 5.13 – Tipo de baterias e orçamento baseado num fabricante especialista ―Alpes Tecnologie‖[16]. ...................................................................................... 87

Figura 5.14 - Algumas imagens de ensaios e medidas de diversas lâmpadas: a) fluo-compacta; b) T5; c)Led´s; d) T8. .................................................................. 88

Figura 5.15 - Comparativo de consumos (W) entre vários tipos lâmpadas fluorescentes. .... 91

Figura 5.16 - Comparativo de consumos (I) entre vários tipos lâmpadas fluorescentes. ...... 91

Figura 5.17 - Comparativo de consumos (%), entre potência indicativa nas lâmpadas e potência real na instalação. ........................................................................ 92

Figura 5.18 - Comparativo de consumos de Potência, entre lâmpadas envelhecidas e novas, do tipo T8 36W / balastro electrónico. .................................................. 93

Figura 5.19 - Comparativo de consumos de Potência, entre lâmpadas envelhecidas e novas, do tipo T8 36W / balastro electromagnético. .......................................... 94

Figura 5.20 - Imagens do interior da escola Secundária ............................................. 95



Figura 5.23 - Esquema unifilar do controlo de iluminação por a) detectores de presença e b) actuador 2 saídas [17]. ........................................................................... 98

Figura 5.24 - Controlo de luminosidade combinado (luz natural/artificial) [17]. .............. 99

Figura 5.25 - Controlo de iluminação por ultra sons (US) e infravermelhos (IV), a) Wc e b) balneários (imagem do autocad) e c) Wc em 3D [17]. ........................................ 100

Figura 5.26 - Exemplo para lâmpada a) T8 sem reflector, b) T5 com reflector incorporado [21] e c) exemplo duma armadura T5 / 41W, sem reflector, da (foto do local [Expolux]). ............................................................................................ 101

Figura 5.27 - Exemplo (imagem do autocad) de um corredor comandado por GTC com sensores crepusculares de 3 circuitos de iluminação fraccionados em 3 níveis. ......... 101

Figura 5.28 - Esquema unifilar simplificado da gestão técnica centralizada [24] ............. 102

Figura 5.29 - Controlo de iluminação com telecomando (fluorescente/alta pressão de sódio), para o pavilhão multiusos (imagem do autocad). .................................... 103

Figura 5.30 - a), b) e c), projector para fachada e circulação com e sem coluna, interruptor astronómico, detector por hiper-frequência [20] [17]. ........................ 104

Figura 5.31 - a) Projector 4 lâmpadas 150W 10metros de altura, b) 150W 4 metros de altura e c) 100W suspenso [20]. ................................................................... 105

Figura 5.32 - Esquema de colocação em repouso automático das luminárias de segurança com corte de iluminação normal (contactor), por dispositivo de controlo (interruptor horário) ou interruptor chave [17]. ............................................................... 106

Figura 5.33 – Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com base numa factura da EDP. ............................................... 109

xvii

Figura 5.34 – Tipo de baterias e orçamento baseado num fabricante especialista ―Alpes Tecnologie‖[16]. .................................................................................... 109

Figura 5.35 - Imagem esquerda, de um armário para compensação do factor de potência e á direita, uma bateria de condensadores em corte (fotos realizadas numa obra do fabricante [Alpes Tecnologie]). ................................................................... 110

xix

Lista de tabelas

Tabela 3.1 — Diferentes cargas e diversidade dos factores de potência .......................... 22

Tabela 3.2 — Variação da secção de um condutor e seu diâmetro, com o factor de

potência Cos . ...................................................................................... 24

Tabela 3.3 — Variação da potência aparente em relação ao factor de potência ................ 24

Tabela 3.4 — Resumo dos resultados dos cálculos. .................................................... 32

Tabela 4.1 — Quadro resumo comparativo entre lâmpadas apresentando vantagens e desvantagens. .......................................................................................... 53

Tabela 4.2 — Tabela da classe de eficiência energética [19] ........................................ 56

Tabela 5.1 — Valores retirados da tabela F1 da norma EN15193 [12]. ............................. 75

Tabela 5.2 — Valores (Fa), retirados da tabela D2 da norma EN15193 [12]. ...................... 75

Tabela 5.3 — Valores (Fo em função de Fa), retirados da tabela D3 da norma EN15193 [12]. ..................................................................................................... 76

Tabela 5.4 — Factor da luz do dia (Fds), valores retirados da tabela C2b da norma EN15193 [12]. .......................................................................................... 76

Tabela 5.5 — , é a penetração da luz do dia, valores retirados da tabela C9 da norma EN15193 [12]. .......................................................................................... 76

Tabela 5.6 — Valores obtidos dos ensaios com as diversas luminárias novas. .................... 90

Tabela 5.7 — Valores obtidos dos ensaios com as diversas luminárias Antigas (dois anos de vida). ................................................................................................ 93

Tabela 5.8 — Cálculos dos consumos e poupança energética para a escola modelo. ......... 108

Tabela 5.9 — Continuação da tabela anterior. ....................................................... 108

xxi

Abreviaturas e Símbolos

Lista de abreviaturas

AT Alta tensão

BBC Bâtiments basse consommation

BTN/BTE Baixa tensão normal e baixa tensão especial

CEN European Committee for Standardization

DALI Digital Addressable lighting interface

DSI Digital serie interface

EB23 Escola Básica 2º e 3º ciclo

EN15193 Energy Requerements for lighting

FP Factor de potência

FEUP Faculdade de Engenharia de Porto

FFL Factor de fluxo luminoso

GEEE Gases efeito de estufa

GTL Gestão técnica

IV Infravermelhos

Led Lighting emitted diodes

LENI Lighting energy numeric indicator

MAT Muito alta tensão

MT Media tensão

NE Norma europeia

THD Distorção harmónica total

PC Potência contratada

PIR Passive Infrared

PT Potência total

US Ultra-som

URE Utilização racional de energia

EDP Energias de Portugal

xxii

Lista de símbolos:

C Capacidade

f Frequência

S Potência aparente

P Potencia activa

Q Potência reactiva

U Tensão

I Corrente

Correcção do factor de potência

W Watte

Qc Potência reactiva do condensador

Energia activa

Energia reactiva

Fluxo luminoso

Factor eficiência

Fluxo luminoso da lâmpada

L Luminância

Sa Superfície reflectora

Fm Factor de manutenção

Capítulo 1

Introdução

A energia eléctrica é hoje um elemento essencial e vital para qualquer nação, sendo o

alicerce do desenvolvimento económico e dos altos níveis de vida que actualmente se

verificam. Face ao contínuo crescimento da população mundial, é essencial que se

diversifiquem as fontes de energia primária e se ampliem, num curto prazo de tempo, a

eficiência dos sistemas de conversão de energia, de modo a atender, de forma sustentada e

equilibrada, ao previsível aumento de consumo de energia eléctrica no futuro.

A luz é um elemento importante e indispensável nas nossas vidas. Por isso, é encarada de

forma familiar e natural, fazendo com que ignoremos a real necessidade de conhecê-la e

compreendê-la.

A iluminação consome cerca de 20% de toda a electricidade a nível mundial e por isso,

contribui em grande medida para o aquecimento global. É importante saber que 75% da

iluminação dos escritórios na Europa (edifícios terciários) baseia-se em sistemas antiquados e

ineficientes em termos energéticos [3].

Um edifício de escritório standard (2000m2), utilizando tecnologia de iluminação

antiquada e menos eficiente em termos energéticos, empregando 100 colaboradores poderá

poupar 15000kg de e 3000€ em custos de operação todos os anos se actualizar o seu

sistema de iluminação segundo os últimos avanços tecnológicos [3].

Através do protocolo de Quioto, os países Industrializados acordaram em reduzir as suas

emissões de gases com efeito de estufa em 5,2% até 2012, tendo por base o nível de emissões

em 1990.

Portugal, age também no sentido da preservação do ambiente e do cumprimento dos

compromissos que assumiram enquanto membro da UE, no âmbito do protocolo de Quioto.

A subida dos preços da energia e a pressão para reduzir as emissões de , são temas de

especial relevância para muitas organizações, para não mencionar o impacto que a utilização

da energia tem sobre as alterações climáticas. A iluminação fluorescente é a tecnologia mais

utilizada no mercado e, por isso, apresenta grandes possibilidades de poupanças energéticas.

2 Introdução

Porém, há um grande número de organizações que desconhece a grande diferença que as suas

instalações de iluminação podem fazer [6] [7] [5].

O tema para esta dissertação (estudo da eficiência energética e gestão de energia para

um edifício escolar), foi pensado no âmbito da necessidade crescente em reduzir os custos

com a energia. Para esse efeito, o estudo está direccionado para duas áreas de elevado

consumo de energia; a energia reactiva (provocada por diversos equipamentos eléctricos) e a

má gestão com a iluminação nos edifícios.

1.1 - Objectivos

O trabalho apresentado possui dois objectivos essenciais, em torno dos quais se compôs

também a preparação desta dissertação:

- Fazer um ponto de situação actualizado relativamente à tipificação das soluções

tecnológicas que, em termos de correcção do factor de potência, características

de iluminação e seu controlo, são adoptadas em aproveitamento para melhorar a

eficiência energética num edifício terciário.

- Desenvolver um trabalho prático com vista à criação de uma metodologia, para

um modelo adequada a um edifício escolar, apresentando algumas experiências e

leituras com diversas luminárias, resultados e soluções.

A metodologia empregue consiste numa pesquisa e análise (documentação e pesquisa em

campo) exaustiva de material técnico e cientifico relevante para a elaboração do trabalho,

seguida do cumprimento de um plano de estudo realizado em três escolas, concluindo com a

realização de testes em luminárias numa escola secundária (S/3 básica) e aplicação de um

estudo modelo num edifício escolar, utilizando sistemas de controlo de iluminação

automatizada e controlo de energia reactiva.

1.2 - Breve apresentação do trabalho

Em termos de estrutura, esta dissertação é composta por seis capítulos. No primeiro, é

identificado o contexto do trabalho, caracterizando-se genericamente os objectivos

essenciais, no que diz respeito a pesquisa e desenvolvimento prático.

No segundo capítulo, são tecidas considerações acerca da evolução energética,

sustentabilidade e a eficiência energética.

São mencionados, os cuidados e a metodologia a sugerir para dispor de uma instalação

eléctrica eficiente, abordando as diversas tecnologias que permitem solucionar o desperdício

energético nomeadamente, a iluminação e correcção do factor de potência.

O terceiro capítulo, é dedicado á apresentação dos conceitos, relacionados com a

compensação do factor de potência.

Breve apresentação do trabalho 3

São apresentados os problemas com: o excesso de energia reactiva numa instalação; as

suas causas; as soluções e os tipos de instalações para compensação do factor de potência; a

escolha das baterias, tendo em atenção aos eventuais harmónicos existentes na instalação; a

correcção do factor de potência, pela factura do fornecedor de energia, aplicando uma folha

de calculo.

O quarto capítulo, é dedicado à apresentação do uso eficiente, sobre o domínio da luz, da

sua iluminação e de sistemas de controlo.

São apresentados os conceitos e cuidados a ter em consideração, aquando a realização de

um projecto luminotécncio e uma descrição técnica dos tipos de lâmpadas (vantagens e

desvantagens) existentes no mercado profissional, mencionando o seu impacto ambiental.

O capítulo cinco é dedicado à descrição e apresentação de resultados de uma

metodologia aplicada à actividade experimental, no domínio do controlo e gestão de

iluminação e correcção do factor de potência. Elementos, criados com base na norma 15193,

para aplicação como modelo numa escola secundária.

Utilizou-se algumas ferramentas de apoio como: programa de autocad; programa de

luminotécnica (Indalwin 6), folha de cálculo para escolha automática das baterias de

condensadores; folha de cálculo para comparação de consumos (kWh), versus (CO2), baseado

na norma 15193.

Por fim, o capitulo seis, apresenta as principais conclusões deste trabalho de pesquisa e

menciona algumas perspectivas para a sua continuidade futura.

Capítulo 2

Considerações gerais sobre a eficiência energética

2.1 - Introdução

A gestão dos recursos de energia é hoje um dos principais desafios que, a nível mundial, a

sociedade moderna enfrenta.

O desafio é enorme e a solução a longo prazo está longe de ser conhecida. A curto e

médio prazo, a acção tem de passar pela procura de fontes alternativas de energia, com

ênfase especial para as renováveis, e pelo aumento da eficiência da utilização das energias

disponíveis.

Neste contexto, a preocupação com a eficiência energética e gestão de energia nos

edifícios públicos, tem vindo a aumentar, por ser dos sectores que mais energia consome.

Neste capítulo, são tecidas considerações acerca da importância da eficiência energética,

descrevendo os cuidados e manuseamento a ter com os equipamentos instalados numa

instalação eléctrica, com objectivo em transformar um edifício (novo/antigo), numa solução

eco – eficiente.

2.2 - Desafio energético e sustentabilidade

A expansão económica prevalecente nas últimas décadas, caracterizou-se pela utilização

muito intensa de energia produzida a partir de recursos de origem fóssil. A natureza finita

desses recursos naturais, e o impacto ambiental da sua produção e consumo, alertaram o

mundo para a necessidade de mudança dessas premissas de suporte ao modelo de

desenvolvimento. Aliada a esta realidade surgiram ainda as evidências da globalização que

hoje nos demonstram a interdependência de factores até há pouco vistos como

independentes, tais como o acesso e a utilização de energia e o desenvolvimento económico,

o combate à pobreza e as preocupações ambientais e climáticas, entre outros.

6 Considerações gerais sobre a eficiência energética

Novas vias têm que ser encontradas para viabilizar a manutenção dos padrões de vida das

sociedades desenvolvidas e as justas aspirações dos países em desenvolvimento, sem contudo

comprometer o futuro das gerações vindouras.

O desafio que se coloca aos governos, às instituições e às empresas, não se pode limitar à

identificação de uma necessidade de mudança de rumo no paradigma energético. Ele tem

necessariamente de passar pela definição do modo como essa mudança pode e deve ser

realizada, garantindo o progresso social, o equilíbrio ambiental e o sucesso económico.

A maneira como utilizamos a energia de que dispomos, é uma questão chave neste

processo e, por isso, o aumento da eficiência energética das operações nas empresas é

imprescindível para se atingirem os objectivos do novo modelo de desenvolvimento, tanto

pela diminuição da intensidade energética global, como pelo aumento dos correspondentes

resultados económicos.

A eficiência energética e a gestão de energia, constituem como uma valiosa oportunidade

para as empresas, se afirmarem como parte da solução, com a criação de valor real para o

negócio e simultaneamente para a sociedade e para o ambiente.

O conceito de desenvolvimento sustentável surgiu no final do século XX, pela constatação

de que o desenvolvimento económico também tem que levar em conta o equilíbrio ecológico

e a preservação da qualidade de vida das populações humanas a nível global. A ideia de

desenvolvimento sustentável, tem por base o princípio de que o Homem deve gastar os

recursos naturais de acordo com a capacidade de renovação desses recursos, de modo a

evitar o seu esgotamento (figura 2.1). Assim, entende-se por desenvolvimento sustentável,

aquele que atende às necessidades do presente sem comprometer a possibilidade de as

gerações futuras fazerem o mesmo [6] [7].

Figura 2.1 - Utilização dos recursos naturais [6] [7].

Desafio energético e sustentabilidade 7

A sustentabilidade assenta nos seguintes princípios de gestão de recursos:

As emissões de resíduos poluentes devem ser reduzidas ao mínimo e não devem

exceder a capacidade de absorção e de regeneração dos ecossistemas;

Os recursos não renováveis devem ser explorados de um modo quase sustentável

limitando o seu ritmo de esgotamento ao ritmo de criação de substitutos renováveis;

A exploração dos recursos renováveis não deve exceder ritmos de regeneração.

O meio ambiente, a actividade económica e o bem-estar global da sociedade formam três

pilares no qual se apoia a ideia de desenvolvimento sustentável.

A expansão sustentável só pode ser alcançada se estes três eixos evoluírem de forma

harmoniosa (figura 2.2).

Os três círculos representam as dimensões ambientais, económica e sociais associadas,

sendo de salientar os seguintes aspectos:

O desenvolvimento sustentável vai para além da conservação ambiental;

As actividades desenvolvidas no presente e no médio prazo devem garantir a

satisfação global das necessidades das gerações futuras;

Os processos económicos, sociais e ambientais estão fortemente interligados;

O desenvolvimento sustentável apela a mudanças estruturais a longo prazo na

economia e no sistema social, com o objectivo de reduzir o consumo dos recursos

naturais mantendo o potencial económico e a coesão social.

Figura 2.2 - Dimensão ambiental, económica e social do desenvolvimento sustentável [6] [7].

É de destacar, que o principal entrave ao equilíbrio deste triple, é o elevado consumo

energético ao qual a economia é muito dependente nos dias de hoje.

A nível nacional, os primeiros passos foram dados em 1998, com o Plano Nacional para o

Desenvolvimento Económico e Social (2000-2006). Neste documento, o Governo definia os

vários objectivos ambientais a serem alcançados para o período em questão. No seguimento


dos compromissos internacionais assumidos por Portugal no âmbito da Agenda 21, Portugal

apresentou um documento intitulado "Estratégia Nacional de Desenvolvimento Sustentável"

(ENDS 2002), na preparação da Cimeira Mundial de Joanesburgo. Com base nas

recomendações feitas durante o período de discussão pública, foi apresentada uma nova

proposta da Estratégia Nacional de Desenvolvimento Sustentável (ENDS 2005-2015), em Julho

de 2004, completando a versão da ENDS de 2002.

O problema energético aqui tratado, é sem dúvida um obstáculo ao desenvolvimento

sustentável. De forma similar, o problema da eficiência energética é também algo que

depende da nossa sociedade que gera a economia em plena dependência do meio ambiente

que a rodeia (figura 2.3).

Figura 2.3 – Dimensão ambiental, económica e social da eficiência energética [6] [7].

Com estes factos, não deverão ser esquecidos os principais objectivos, em diminuir os

consumos energéticos derivados das fontes poluentes [10], tais como:

O aumento da eficiência energética: um dos principais objectivos do RSECE, é os

recursos não renováveis, que devem ser explorados de um modo quase

sustentável limitando o seu ritmo de esgotamento ao ritmo da criação de

substitutos renováveis;

O aumento das energias renováveis: exploração dos recursos renováveis não deve

exceder o ritmo de regeneração;

O aumento da co-geração: sempre que possível, deverá ser feita a reutilização e a

reciclagem dos resíduos resultantes da utilização de recursos não renováveis;

A fixação das emissões de CO2: as emissões de resíduos poluentes devem ser

reduzidas ao mínimo e não devem exceder a capacidade de absorção e de

regeneração dos ecossistemas.


2.2.1 - Energia e sua dependência

Ao longo da história, as necessidades das sociedades em energia têm vindo a aumentar,

particularmente após a Revolução Industrial. O consumo crescente de energia tem sido

satisfeito pela utilização do carvão, do petróleo e, mais recentemente, do gás natural. Estes

combustíveis fósseis são recursos naturais não renováveis, devido à sua taxa de formação ser

muito lenta em relação à escala temporal do homem.

O gráfico da figura 2.4, mostra bem a dependência energética de Portugal, com cerca de

85% do consumo total, uma vez que os combustíveis fósseis são totalmente importados.

Figura 2.4 - Expansão da energia primária, utilizada em Portugal, fonte [8] [9].

De acordo com o actual ritmo de exploração, estima-se que as reservas petrolíferas

conhecidas estejam na sua maioria esgotadas até ao ano de 2050. O horizonte temporal do

gás natural é um pouco mais dilatado e a utilização em larga escala do carvão, cujas reservas

são de alguns séculos, é a mais gravosa em termos ambientais. Os combustíveis fósseis, ao

serem queimados, produzem grandes quantidades de poluentes, tais como dióxido de

carbono, óxidos de azoto e poeiras, com impactos negativos sobre a qualidade do ar, o efeito

de estufa e a saúde humana [8].

Observando o gráfico da figura 2.5, pode ver-se a desagregação dos consumos finais da

energia em Portugal por sectores. Como se depreende, o aumento da dependência eléctrica é

acentuado. É de referir um elevado valor por parte dos edifícios e serviços, responsáveis por

31% do consumo de energia eléctrica nacional.


Figura 2.5 - Fragmentação do consumo de energia em Portugal por sector em 2004 [13].

A segurança de abastecimento visa não só maximizar a autonomia energética, mas

também reduzir os riscos que lhe estejam associados, o que implica designadamente o

equilíbrio e a diversificação das várias fontes de abastecimento. A dependência actual de

Portugal e da maioria dos países ocidentais, relativa a uma pequena quantidade de fontes de

abastecimento que estão maioritariamente ligadas ao petróleo, conduz a um incremento da

insegurança de abastecimento. Este facto é agravado quando existe uma grande dependência

do exterior e pelas constantes subidas do preço do petróleo.

A evolução do sistema energético nacional caracteriza-se nomeadamente, por uma forte

dependência externa e consequente crescimento da factura energética e por uma elevada

intensidade energética do produto interno bruto (PIB). Na fig. 2.6 encontra-se representado o

rácio entre as importações de petróleo e o PIB, tanto de Portugal como da EU [13].

Figura 2.6 - Rácio entre importação de petróleo e PIB para Portugal e a EU [13].

O gráfico da figura 2.7, mostra que Portugal tem feito fortes investimentos desde 2005,

no entanto, a intensidade energética nacional continua significativamente acima da média

europeia.


Figura 2.7 - Intensidade energética em Portugal e média Europeia, energia final PIB [13].

Esta situação está essencialmente associada a três motivos:

Portugal ocupa a 15ª posição em relação à intensidade energética na União Europeia

dos vinte e sete, ou seja, é um país que incorpora um elevado consumo de energia

final para produzir uma unidade de produto interno;

Maior dependência energética do petróleo. O petróleo satisfaz cerca de 64% do

consumo de energia primária em Portugal.

Ausência de capacidade interna de produção de petróleo e gás natural. Portugal

produz apenas cerca de 15% da energia de que necessita;

A segurança de abastecimento está também estreitamente ligada à evolução da procura

energética, pois o constante crescimento da procura implica um risco acrescido para a

segurança energética. Urge assim diversificar as fontes de energia, nomeadamente através da

aposta nas energias renováveis e atenuar a intensidade energética através da promoção de

medidas de eficiência energética.

2.2.2 - O farol para atingir o desenvolvimento sustentável

Para alcançar o desenvolvimento sustentável a nível energético, existem três estratégias

complementares (gráfico da figura 2.8):

Intensificação da eficiência energética e da coogeração;

Aumento das energias renováveis;

Fixação de CO2.


Figura 2.8 - Estratégias para o desenvolvimento sustentável [13].

Enquanto a primeira estratégia procura atenuar o crescimento da procura de energia, a

segunda tem como objectivo dar resposta à satisfação da procura, utilizando de forma

crescente recursos renováveis. As duas estratégias anteriores têm como objectivo principal

minimizar os impactos ambientais da produção de energia. Durante o século XXI os

combustíveis fósseis ainda terão um papel relevante para viabilizar uma transição suave para

as energias renováveis. Como estratégia complementar às anteriores, a fixação de CO2

permitirá a utilização de combustíveis fósseis sem os impactos negativos associados às

emissões de CO2 [13].

2.2.3 - Estratégia para a eficiência energética

A utilização racional de energia (URE) visa proporcionar o mesmo nível de produção de

bens, serviços e de conforto através de tecnologias que reduzem os consumos face a soluções

convencionais. A URE pode conduzir a reduções substanciais do consumo de energia e das

emissões de poluentes associadas à sua conversão.

Em muitas situações a URE pode também conduzir a uma elevada economia nos custos do

ciclo de vida dos equipamentos utilizadores de energia (custo inicial mais custo de

funcionamento ao longo da vida útil). Embora geralmente sejam mais dispendiosos, em

termos de custo inicial, os equipamentos mais eficientes consomem menos energia,

conduzindo a custos de funcionamento mais reduzidos e apresentando outras vantagens

adicionais.

Um dos impactos mais significativos da utilização de energia primária através da URE,

para além da redução dos custos associados à factura energética, é contribuir para a

mitigação das emissões de poluentes associadas à conversão de energia.

Os principais impactos das acções de URE, são apresentados a seguir:

Reforço da competitividade das empresas;

Redução da factura energética do País;


Redução da intensidade energética da economia;

Redução da dependência energética;

Redução das emissões de poluentes, incluindo os gases de efeito de estufa.

As tecnologias de eficiência energética oferecem frequentemente outros benefícios não

energéticos, que não são oferecidos pelas alternativas do lado da oferta. Na perspectiva de

muitos consumidores, são os benefícios não energéticos que estão maioritariamente na

origem da decisão da utilização de tecnologias mais eficientes.

Exemplos de benefícios não energéticos:

Aumento do emprego associado ao fabrico, instalação, funcionamento e manutenção

de equipamentos eficientes.

Redução do ruído;

Aumento do conforto e da segurança;

Aumento da produtividade do trabalho;

Melhoria do controlo dos processos;

Poupança de água;

Redução dos resíduos;

2.2.4 - Edifícios sustentáveis

Na concepção de um edifício, a adopção de algumas medidas bem dimensionadas, poderá

influenciar significativamente o seu desempenho em termos do conforto térmico no seu

interior e, consequentemente, dos seus ocupantes. Como o consumo energético depende das

condições de conforto que os ocupantes querem atingir, se o edifício estiver pouco adaptado

ao clima local será necessário maior consumo de energia para atingir as condições de

conforto térmico pretendido. Contudo, se na concepção de um edifício são utilizadas as

estratégias bioclimáticas correctas, o edifício fica mais próximo de atingir as condições de

conforto térmico e de diminuir os respectivos consumos energéticos para atingir esses fins.

As estratégias a adoptar para a criação de edifícios sustentáveis, são um conjunto de

regras ou medidas de carácter geral, destinadas a influenciar a forma do edifício, bem como

os seus processos, sistemas e componentes construtivos. As estratégias a adoptar num

determinado edifício ou projecto, deverão ser seleccionadas tendo em atenção a

especificidade climática do local, a função do edifício e, consequentemente, o modo de

ocupação e operação do mesmo, com o objectivo de promover um bom desempenho em

termos de adaptação ao clima.

Deve-se fazer o aproveitamento da massa térmica, através da utilização de sistemas

solares passivos, tirando partido da capacidade do betão em termos de armazenagem de

calor/energia (figura 2.9).


Figura 2.9 – Aspectos essenciais para um edifício sustentável com a fachada principal virada a sul

[14].

2.3 - A implicação de uma instalação eléctrica eficiente

A energia eléctrica é a principal fonte de energia na maior parte das empresas e em

muitos casos a única fonte de energia utilizada. Este tipo de energia apresenta um custo

elevado, pelo que, o correcto dimensionamento em projecto e a optimização de contratos e

tarifas adequados aos padrões de utilização, podem representar benéficos em termos da

utilização racional da energia [2] [14].

Deve haver a preocupação, em melhorar a forma de utilização da energia eléctrica,

apresentando as seguintes medidas:

Escolher o contrato de fornecimento energia eléctrica que mais se adequar ao perfil

de consumos da empresa. Para tal será necessário analisar a facturação energética de

pelo menos um ano. Os factores mais importantes a ter em conta são, a potência

contratada e facturada e o regime de utilização relacionado com o perfil diário dos

consumos energéticos.

A potência contratada (PC) pode representar entre 10 a 20% do valor facturado. Ao

analisar na facturação anual os valores mensais da potência tomada (PT), é visível

constatar a possibilidade de redução da PC. Se a PT for sempre inferior ao longo dos

12 meses a, será recomendável a redução da PC, isto desde que não estejam

previstas novas máquinas e que a PT não seja inferior a 50% da potência nominal

instalada (transformadores).

Os equipamentos e máquinas industriais necessitam da Energia Reactiva, a qual não

produz trabalho, mas é necessária para o seu funcionamento. Nos contratos de média

e alta tensão esta energia é paga fora das horas de vazio, e quando o parâmetro

factor de potência ( ) é inferior a 0,95. Com a instalação de condensadores é

possível compensar o factor de potência mantendo-o a um nível elevado, eliminando

da factura estes custos. Este tipo de energia (reactiva) inflaciona em muito o gráfico

da figura 2.10, no sector industrial (força motriz).

A implicação de uma instalação eléctrica eficiente 15

Reduzir ao máximo, os consumos durante as horas de ponta, programando as acções

de manutenção dos equipamentos e as mudanças de turno para esses períodos.

Enquadrar o mais possível as horas de refeições, paragens, e formação nas horas de

ponta.

Evitar o funcionamento dos transformadores perto da carga nominal e em regimes de

cargas excessivas. Nestes pontos o transformador tem uma eficiência menor. O valor

máximo da eficiência é atingido aos 50% da carga.

O dimensionamento das secções dos cabos deverá ser feito de acordo com as normas

legais, e eventualmente sobredimensionados, de forma a reduzir as perdas

energéticas nos mesmos.

Ao alimentar equipamentos monofásicos a partir de uma rede trifásica deverá ser

procurada uma distribuição uniforme pelas três fases, evitando desequilíbrios de

corrente e sobrecargas nos circuitos, resultado assim menores perdas globais.

Deve ser evitada a utilização da electricidade como fonte térmica. Esta fonte de

energia é das mais caras e a fonte de energia final com maior custo energético, uma

vez que grande parte da sua produção tem origem nas centrais termoeléctricas, com

rendimentos inferiores a 40%.

Os motores eléctricos são os equipamentos de maior preocupação em todos os

sectores industriais, sendo responsáveis por mais de 60% do consumo de electricidade

na indústria, e por cerca de 30%, do consumo eléctrico global do País. A

racionalização dos motores eléctricos é possível, evitando consumos supérfluos,

gerindo o arranque dos motores, utilizando sistemas de transmissão eficientes,

utilizando motores correctamente dimensionados, e de "Alto Rendimento".

As precauções acima apresentadas, tornam-se importantes no sentido de reduzir o

consumido pela força motriz, tanto no sector industrial como no sector terciário, como

podemos constatar pela figura 2.10.

Figura 2.10 - Fragmentação dos consumos de electricidade pelas principais cargas no sector indústria e

terciário [15].


A imagem da figura 2.10, representa uma comparação fragmentada de consumo, entre

dois sectores muito importantes. Constatamos que a iluminação aparece como a carga mais

importante no sector terciário, sendo logo seguido pela força motriz.

O consumo em energia para iluminação pode representar até 35% do total da facturação

em energia eléctrica num edifício público ou terciário. Assim sendo, devemos dar uma

especial atenção neste sector.

Seguem-se aqui alguns conselhos sobre medidas a implementar, com o objectivo de

reduzir os consumos na iluminação artificial:

Desligar a iluminação nos períodos de paragem, incutindo esta prática nos

utilizadores, ou através de sistemas automáticos, como sensores de intensidade

luminosa, de presença humana ou relógios programáveis.

Manter os sistemas de iluminação limpos (lâmpadas, iluminarias, reflectores e

difusores).

Aproveitar ao máximo a iluminação natural, preferindo edifícios com este tipo de

soluções (vão envidraçados, janelas com boa iluminação, clarabóias).

Utilizar cores claras e adequadas na pintura dos espaços, de forma a maximizar a

iluminação existente.

Utilizar níveis de iluminação adequados as actividades desenvolvidas nos espaços à

iluminar. Níveis demasiado altos de iluminação originam desperdícios energéticos e

incomodidade visual, níveis demasiado baixos propiciam cansaço, maior probabilidade

de erros e mesmo acidentes. Consultar a norma DIN 5035 a qual estabelece níveis de

intensidade luminosa em ―Lux‖, apropriada para diferentes espaços.

Preferir, sempre que possível, lâmpadas tipo fluorescentes, que são mais eficientes e

tem maior durabilidade.

Na iluminação de grandes espaços, onde a restituição da cor não é importante,

preferir lâmpadas de vapor de sódio da alta pressão, que são mais eficientes que as

lâmpadas de vapor de mercúrio.

Na utilização da iluminação exterior, poderão ser utilizadas lâmpadas de vapor de

sódio de baixa pressão, que, apesar de apresentar um índice de restituição da cor

muito baixo (factor menos importante nestas aplicações), são as mais eficientes.

Aplicação de balastros electrónicos pode representar reduções de consumos na ordem

do 20 a 30%.

Utilização de armaduras mais eficientes permitem também reduzir a potência

instalada através de uma melhoria no fluxo luminoso.

A implicação de uma instalação eléctrica eficiente 17

O correcto seccionamento dos circuitos de iluminação facilita a boa gestão e

aplicação dos conselhos de poupança energética. Instalação de disjuntores por

secções de laboração e interruptores com um máximo de 6 pontos de luz, propiciando

assim a utilização só nos locais em que é necessária.

2.4 - Conclusões

Pesem embora as dificuldades e barreiras acima mencionadas, torna-se inquestionável, a

progressiva mudança de atitudes por parte dos agentes envolvidos nestes processos, as

administrações e autarquias, as empresas do sector eléctrico e promotores imobiliários, face

à evidência crescente da necessidade em baixar os consumos energéticos.

Em termos globais, as energias renováveis, em particular a energia eólica, constituem

uma importante alavanca em termos ambientais e, em particular, no contributo para atingir

os objectivos a que Portugal se comprometeu perante a UE.

Desde 2005 que Portugal, tem feito fortes investimentos, com objectivo de inverter a

intensidade energética, no entanto o consumo de energia nacional continua

significativamente acima da média europeia (exemplo: em 2007, média E.U.-27, Portugal

ficou em 15 posição, devido à dependência das energias primárias).

Para inverter o aumento da intensidade energética, devemos investir mais na forma de

gestão da energia eléctrica, investindo na qualidade e eficiência energética dos edifícios

novos ou de renovação.

Para isso devemos alterar as técnicas de construção tradicional, investindo em novos

matérias de construção e novas técnicas e tecnologias de instalação, associadas ao controlo

energético nos edifícios.

Capítulo 3

Compensação do Factor de Potência

3.1 - Introdução

A energia reactiva está presente em todos os sistemas de corrente alternada, podendo

provocar instabilidade, variações de tensão e elevadas perdas por efeito de joule. Estas

causas, podem ser reduzidas, atenuando as correntes reactivas.

Para além dos encargos resultantes ao nível da factura de electricidade, um factor de

potência baixo, provoca também maiores perdas de energia em toda a instalação, com o

aquecimento excessivo dos cabos e dispositivos de controlo, contribuindo para a deterioração

mais rápida dos equipamentos eléctricos.

A maioria das cargas das unidades consumidoras, absorvem, para além da potência activa,

uma potência reactiva indutiva. Seguem alguns exemplos de cargas nestas condições:

Transformadores;

Motores (principalmente assíncronos);

Postos de soldaduras;

Fornos de indução;

Lâmpadas de descargas;

Lâmpadas economizadoras;

Electrónica de potência.

Em resumo, todos os receptores em que a intensidade é desfasada (em atraso) em relação

á tensão.

Enquanto que a potência activa é consumida na execução de trabalho, a potência

reactiva, além de não produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentação,

ocupando um ―espaço‖ no sistema eléctrico que poderia ser utilizado para fornecer mais

energia activa.

Quando existem correntes importantes nas linhas (AT, MT, BT), verificam-se grandes

quedas de tensão nas impedâncias associadas.

20 Compensação do Factor de Potência

Uma forma de reduzir as quedas de tensão nas linhas, é de compensar a rede com energia

reactiva, de preferência em diversos pontos e se possível junto da carga que a produz,

reduzindo os fluxos de potência reactiva nas linhas, reduzindo assim as quedas de tensão na

rede.

O factor de potência, é definido como a razão entre a potência activa e a potência

aparente, podendo váriar de 0 a 1 (cos ). Um triângulo rectângulo é frequentemente

utilizado para representar as relações entre potência activa (kW), potência reactiva (kVAr) e

potência aparente (kVA), conforme a figura 3.1.

Figura 3.1 - Representação vectorial das potências

Da representação vectorial, obtemos o cálculo do factor de potência representado pela

seguinte expressão:

(3.1)

Neste capítulo, são tecidas considerações acerca da importância da correcção do factor

de potência, salientando os seguintes pontos: os problemas numa instalação e suas causas; os

cuidados a ter numa instalação; os tipos de instalação das baterias; a correcção do factor de

potência pela factura de fornecedor de energia, aplicando uma folha de calculo.

3.2 - Causas e consequências de um baixo factor de potência

Existem no mercado do consumo energético, dois sectores importantes para o

desenvolvimento económico, sendo estes sectores, a industrial e o terciário. Nesses dois

sectores, distingue-se duas áreas importantes de consumo energético, sendo elas a

iluminação e a força motriz. São responsáveis por uma forte influência no comportamento do

factor de potência (figura 3.2).

Causas e consequências de um baixo factor de potência 21

Figura 3.2 - Fragmentação dos consumos de electricidade pelas principais cargas no sector indústria e

terciário [15].

3.2.1 - Principais causas de um baixo factor de potência

Identificado os dois sectores de importante consumo energético (industria e terciário) e

sabendo que a iluminação e força motriz são as principais causas de um baixo factor de

potência numa instalação eléctrica, torna-se importante identificar o tipo de equipamentos

instalados nesses sectores.

A figura 3.3, ilustra-nos, os tipos de equipamentos de força motriz instalados nos sectores

da indústria e terciário.

Figura 3.3 - Fragmentação dos consumos de electricidade tipos de equipamentos de força motriz [15].

Sendo a força motriz, a origem mais relevante para o problema, são assim mencionadas a

seguir, as principais causas de um baixo factor de potência numa instalação

terciária/industrial.

Os receptores responsáveis pelas principais causas de um baixo factor de potência, são os

seguintes:

Motores trabalhando acima da sua capacidade de carga;

Motores trabalhando em vazio durante grandes períodos de tempo;

Motores com variação de velocidade;

Motores assíncronos;


Motores de baixa potência

Rectificadores a tirístores

Fornos de indução

Transformadores ligados em vazio durante grandes períodos de tempo;

Transformadores sobre dimensionados, alimentando pequenas cargas durante

grandes períodos de tempo.

Elevado número de receptores de ar condicionado.

Elevado número de motores de baixa potência.

Lâmpadas de descarga como: vapor de sódio, vapor de mercúrio, fluorescente,

economizadoras.

A tabela 3.1, ilustra-nos alguns exemplos de equipamentos de funcionamento eléctrico e

sua diversidade dos factores de potência.

Tabela 3.1 — Diferentes cargas e diversidade dos factores de potência

Pela ilustração da tabela acima, verificamos uma grande variação do factor de potência,

em relação a algumas cargas, de utilização frequente no dia-a-dia.


3.2.2 - Principais consequências de um baixo factor de potência

3.2.2.1 - Perdas de energia na instalação

As perdas nos condutores de uma instalação são proporcionais ao quadrado da

corrente . Essa corrente aumenta com o excesso de energia reactiva numa instalação.

Estabelece-se uma relação entre as perdas e o baixo factor de potência, provocando assim

um aumento do aquecimento de equipamentos e condutores da instalação.

3.2.2.2 - Capacidade instalada

O excesso de potência reactiva numa instalação eléctrica, dificulta-nos a utilização da

capacidade máxima da instalação para que foi dimensionada. Limitando a instalação de novas

cargas, e obrigando a novos investimentos que seriam evitados se o factor de potência

apresentasse valores mais altos (próximo de 1).

A potência ocupada pela energia reactiva numa instalação eléctrica, pode vir a prejudicar

os cabos, os barramentos e repartidores, os bornes e pontos de ligação dos seus

equipamentos, causado pelo aumento da corrente na instalação, podendo nalguns casos,

atingir perigosamente o seu limite.

Os investimentos envolvidos na ampliação de instalações existentes, estão relacionados

principalmente com a aplicação de transformadores, condutores, barramentos.

A tabela 3.2, ilustra-nos a variação da secção de um condutor e seu diâmetro, em função

do factor de potência. Por exemplo: verifica-se que a secção necessária para um factor de

potência 0,7 será mais do dobro da secção para um factor de potência 1.

Verifica-se, como é notável a elevada influência de um baixo factor de potência nos cabos

de uma instalação eléctrica. O aumento da secção dos cabos vem das elevadas perdas e

aumento da corrente, provocado pelo trânsito de potência reactiva na instalação eléctrica

(tabela 3.2).


Tabela 3.2 — Variação da secção de um condutor e seu diâmetro, com o factor de potência Cos .

Nalguns casos o investimento torna-se mais avultado, devido à necessidade de

redimensionamento de novos transformadores e quadros eléctricos. Implicando por vezes, a

aquisição de novos elementos. Não nos devemos esquecer que os transformadores a serem

instalados, devem atender à potência total dos equipamentos utilizados. Mas devido à

presença de potência reactiva, a sua capacidade deve ser calculada com base na potência

aparente (S) das instalações.

A tabela 3.3, ilustra-nos a da potência total (S) que deve ter um transformador, para

servir uma carga útil de 1000kW para valores crescentes de factor de potência.

Tabela 3.3 — Variação da potência aparente em relação ao factor de potência

Pela análise dos dois quadros, podemos concluir que o factor de potência por si só, liberta

a capacidade de instalação de novos equipamentos, sem que sejam necessários investimentos

em transformadores ou substituição de condutores para esse fim.


3.2.2.3 - Quedas de tensão

O aumento da corrente devido ao excesso de energia reactiva, leva a um aumento

acentuado de queda de tensão, podendo provocar falhas no fornecimento de energia

eléctrica e sobrecarga em determinados equipamentos da rede. Esse risco, agrava-se durante

os períodos nos quais a rede eléctrica é fortemente solicitada (hora de ponta). Uma queda de

tensão elevada, provoca um aumento da corrente nos motores e uma diminuição e

intermitência da intensidade luminosa das lâmpadas.

3.2.2.4 - Tipologia das instalações

Numa instalação eléctrica, o factor de potência poderá variar com a tipologia da

instalação. Podemos ter apreciáveis variações de factores de potência em instalações de

tipologias semelhantes.

Por exemplo, nos edifícios terciários administrativos há, computadores, iluminação

fluorescente e elevadores. No entanto, o tipo de funcionalidade e eficiência, em relação à

sua qualidade energética, podem alterar significativamente o factor de potência.

3.3 - Vantagens da correcção do factor de potência

Para ultrapassar os problemas e as causas provocadas por um baixo factor de potência,

devemos elevar ou manter o seu valor muito próximo de 1 (cos entre 0,95 e 1). Pode-se com

estes valores (cos ), obter grandes melhorias em toda a instalação, como as que são

mencionadas a seguir.

3.3.1 - Melhorias na tensão

O aumento da qualidade na estabilidade da tensão é resultante de uma boa correcção do

factor de potência, consegue-se uma diminuição de corrente, influenciada pela introdução de

baterias de condensadores, reduzindo a queda de tensão numa instalação eléctrica. Permite-

nos, em qualquer ponto da instalação, obter uma tensão igual à da fonte geradora, ou seja,

no secundário de um transformador (BT).

3.3.2 - Redução das perdas

Na maioria dos sistemas de distribuição de energia eléctrica para edifícios terciários, as

perdas variam de 2,5 a 7,5% dos kWh da carga, dependendo das horas de trabalho a pleno

desempenho, do tipo de condutores e comprimento, dos alimentadores e circuitos de

distribuição.

Temos então uma redução percentual das perdas, apresentada pela seguinte expressão:

(3.2)

Na figura 3.4, supõe-se, que a potência original da carga é constante. Se o seu factor de

potência for melhorado para libertar capacidade do sistema e, com isso, ligado à carga

máxima permitida, com corrente total igual, as perdas serão também as mesmas. No entanto,


a carga máxima em kW será maior e como consequência, a percentagem das perdas no

sistema será menor.

Figura 3.4 - Redução percentual das perdas em função do factor de potência [16]

Por vezes torna-se útil conhecer a percentagem das perdas em função da potência

aparente (S), potência reactiva (Q) da carga e da potência reactiva do condensador (Qc). Ver

fórmula seguinte.

(3.3)

3.3.3 - Vantagens para os consumidores

Um bom factor de potência permite optimizar uma instalação eléctrica tirando partido

das seguintes vantagens:

Melhoria dos níveis de tensão no fim de linha (redução das quedas de tensão);

Aumento da eficiência energética da empresa;

Redução significativa do custo de energia eléctrica (reactiva);

Redução do efeito de Joule (aquecimento nos cabos e equipamentos);

Redução da corrente reactiva na rede eléctrica;

Aumento da capacidade dos equipamentos de manobra;

Aumento da vida útil das instalações e equipamentos;

Diminuição de potência contratada.

3.3.4 - Vantagens para os fornecedores de energia

No caso do fornecedor de energia, um bom factor de potência permite-lhe melhorias

significativas nos seguintes pontos:

Diminui as perdas pelo efeito de Joule;

Aumenta a capacidade do sistema de transmissão e distribuição de energia, para

maior condução de potência activa;

Vantagens da correcção do factor de potência 27

Diminui os custos de geração;

Menor quantidade de potência reactiva a circular no sistema de transmissão e

distribuição das linhas;

Aumento da capacidade de geração com objectivo de servir um maior número de

clientes.

3.4 - Compensação do factor de potência em Baixa Tensão

Existem diferentes equipamentos para produzir energia reactiva, em particular a

compensação assíncrona (através de geradores assíncronos, aumentando a sua velocidade,

cria um f.p. indutivo, fornecendo potência reactiva para a rede eléctrica nacional) e os

condensadores shunt (em serie para grandes redes de transporte).

Neste caso, o estudo é feito para compensação do factor de potência na baixa tensão,

mencionando os tipos de compensação e localização dos seus equipamentos (baterias de

condensadores), apresentados a seguir.

3.4.1 - Tipos de equipamentos e modos para compensação do factor de

potência

Conforme a localização dos equipamentos de compensação na instalação de utilização de

energia eléctrica, podemos apresentar quatro tipos de soluções, oferecendo cada uma delas,

vantagens e inconvenientes específicos:

Compensação Global, próximo do secundário do transformador de baixa tensão;

Compensação por Grupo ou por sector de cargas;

Compensação Individual ou Local, junto da fonte emissora de potência reactiva;

Compensação mista.

A escolha da solução a usar, para cada instalação, será ditada, pela natureza das

características das cargas existente na instalação, mas, quase sempre por critério económico

(custo/beneficio).

Analisemos de seguida os quatro modos de compensação acima referidos.

3.4.1.1 - Localização das baterias de condensadores

A compensação ou correcção, pode ser feita instalando condensadores de quatro formas

diferentes:

1. Compensação Global na entrada da instalação da baixa tensão (secundário

do transformador ou Quadro Geral): permite uma correcção bastante

significativa, normalmente com bancos automáticos de baterias de

condensadores (por escalões). Utiliza-se este tipo de correcção em

instalações eléctricas com elevado número de cargas, potências diferentes e

regimes de utilização pouco uniforme. A bateria estará em funcionamento de

forma permanente, ou quase permanente, durante o funcionamento normal


da instalação, garantindo uma boa rentabilidade do investimento feito na

aquisição da mesma.

A principal desvantagem, é de não haver supressão da potência reactiva em

excesso nos cabos de alimentação dos vários quadros parciais, pelo que, há

maiores perdas e quedas de tensão do que, por exemplo, na compensação

individual. (Figura 3.5).

Figura 3.5 - Instalação de compensação global.

2. Compensação por Grupos ou por Sector de cargas: Os bancos de

condensadores são instalados de forma a corrigir um sector ou um conjunto

de pequenas maquinas (<7,5kW). São instalados junto aos quadros parciais de

distribuição (ligados aos seus barramentos), que alimenta esses

equipamentos. Este modo de compensação é interessante, quando os vários

sectores da instalação apresentam regimes de cargas algo diferenciadas. Tem

como vantagem em reduzir a potência reactiva nos cabos de alimentação dos

vários quadros parciais, contribuindo para uma redução das correntes, das

perdas e das quedas de tensão na instalação.

Tem como desvantagem não diminuir a corrente nos circuitos de alimentação

de cada equipamento (Figura 3.6).

Figura 3.6 - Instalação de compensação sectorial.

Compensação do factor de potência em Baixa Tensão 29

3. Compensação Individual ou Local: é obtida, instalando os bancos de

condensadores, junto aos equipamentos que se pretendem corrigir.

Representa, do ponto de vista técnico, a melhor solução. (Figura 3.7).

Este modo de compensação é recomendado quando há receptores de potência

apreciável face á potência total da instalação.

Esta solução apresenta as seguintes vantagens:

o Reduz as perdas energéticas em toda a instalação (perdas de Joule);

o Diminui a carga nos circuitos de alimentação dos equipamentos;

o Geração de potência reactiva somente onde e necessário.

Figura 3.7 - Instalação de compensação individual.

4. Compensação mista: os bancos de condensadores são ligados junto das

cargas, nos barramentos dos quadros parciais e no barramento do quadro de

entrada. É a solução que apresenta a maior redução de perdas e corrente em

toda a instalação (a mais eficiente), devido á redução total da potência

reactiva.

Tem como inconveniente, em ser a solução mais dispendiosa com um

custo/beneficio elevado, tendo um elevado retorno de investimento (figura

3.8).

Figura 3.8 - Instalação de compensação mista.


Usa-se o seguinte critério para a correcção mista:

Instala-se um condensador fixo directamente no lado secundário do transformador;

Motores de 7.5kW ou mais, corrige-se localmente (cuidado com motores de alta

inércia, pois não se deve dispensar o uso de contactores para manobra dos

condensadores, sempre que a corrente nominal dos mesmos for superior a 90% da

corrente de excitação do motor);

Motores com menos de 7.5kW corrige-se por grupos,

Rede própria para iluminação pública, com lâmpadas de descarga, com balastros de

baixo factor de potência, corrige-se na entrada da rede;

Há entrada instala-se um banco automático de condensadores de pequena potência

para compensação final.

A figura 3.9, ilustra-nos, em percentagem, o tipo de instalações mais aplicadas no

mercado terciário. Conclui-se, que por razões económicas, a solução mais solicitada é a

instalação global. Não é a mais eficiente, pelas razões acima mencionadas, mas é a que tem

um retorno de investimento mais favorável.

Figura 3.9 - Hábitos de instalações, aplicado no mercado terciário (medido em %) [16].

3.4.1.2 - Compensação fixa e compensação automática

Em baixa tensão há, duas famílias de equipamentos para a compensação do factor de

potência:

Bateria de condensadores de capacidade fixa,

Bateria de condensadores de regulação automática.

Para uma escolha de uma instalação de baterias fixas ou baterias automáticas, para

compensação do factor de potência, deve-se ter em atenção à seguinte recomendação:

Recomenda-se baterias fixas quando: , se a potência da bateria de

condensadores for a 15% da potência aparente do transformador.

Recomenda-se baterias automáticas quando: , se a potência da

bateria de condensadores for superior a 15% da potência aparente do transformador.


A figura 3.10, mostra-nos o esquema unifilar de uma instalação de baterias de condensadores

fixa e automática, baseado na sugestão acima anunciado.

Figura 3.10 - Esquema unifilar de fixo e automático.

Dentro da solução de instalação de baterias de condensadores automáticas, temos o modo

de funcionamento por diversos escalões. A figura 3.11, mostra-nos uma instalação global,

logo á saída do secundário do transformador, onde temos a monitorização da energia reactiva

feita por um analisador de redes. Esse mesmo, mediante as leituras obtidas, dá ordem de

actuação do contactor do escalão 1,2 ou 3, com base a parametrização inicialmente

introduzido no analisador de redes. Este método embora sendo o mais dispendioso, torna-se o

mais eficiente e mais seguro, pois o sobredimensionamento criado por uma carga global do

tipo capacitiva, vai produzir um excesso de energia reactiva (capacitiva) na instalação, que

será reenviada para a rede eléctrica. Neste caso pode haver penalizações na factura da EDP e

um aumento de tensão no secundário do transformador (o que não é desejável).

Figura 3.11 - Banco de baterias automático com 5 escalões numa instalação global.


3.4.2 - Exemplo simples de compensação do factor de potência

Deseja-se corrigir o factor de potência para 0,95 de uma carga de P=645kW, V=400V e

cos =0,7.

Sem correcção de factor de potência:

, (3.4)

, (3.5)

, (3.6)

Com correcção de factor de potência:

, (3.7)

, (3.8)

, (3.9)

Observando a tabela 3.4 e figuras 3.12, conclui-se que, após a correcção do factor de

potência, a instalação ganhou um aumento uma reserva de capacidade de cargas até 35%,

devido à diminuição da corrente na instalação.

Tabela 3.4 — Resumo dos resultados dos cálculos.


Figura 3.12 - Representação vectorial.

3.4.3 - Estudo da correcção do factor de potência num projecto

Ao iniciar um projecto de correcção do factor de potência deve-se seguir duas etapas

básicas:

Analisar os parâmetros eléctricos das instalações em funcionamento, através de

colocação de aparelhos de medida instalados em pontos estratégicos, registando o

comportamento da instalação, durante alguns dias (analisador de redes).

Em gabinetes de projecto, essa análise é baseada nos parâmetros eléctricos

fornecidos pelos fabricantes dos equipamentos.

Interpretar as especificações técnicas de todos os equipamentos que serão empregues

na execução do estudo (cabos, barramentos, protecções, equipamentos).

Para se obter esses elementos, deve-se contar com, à natureza da obra a projectar,

tendo em consideração, dois tipos de instalações, mencionados a seguir.

3.4.3.1 - Instalações existentes e em funcionamento

A obtenção do máximo de dados numa empresa em funcionamento torna-se vital. É com o

tratamento desse valores que se vai definir, qual a melhor solução de baterias de

condensadores para a empresa em causa. Deve-se contar com os seguintes critérios:

Histórico da conta de energia eléctrica (últimos 12meses);

Tipo de tarifário;

Factor de potência registado da instalação;

Potência contratada;

Tensão no primário;

Tensão no secundário;

Potência nominal;

Potência de curto-circuito;

Potência em carga; Impedância;

Cos ;

Medições a efectuar: Medir as tensões e as correntes (BT), à carga mínima e

máxima.


3.4.3.2 - Instalações em fase de Projecto

Em fase de projecto, deve-se obter o máximo de dados possível das cargas a serem

instaladas. Para poder-se obter um factor de potência médio, há que ter em conta as

seguintes considerações:

Obtenção da potência das cargas não lineares. Se não ultrapassarem 20% da carga

total da empresa terciária, pode-se corrigir o factor de potência somente com

condensadores, pois é pouco provável a existência de harmónico na instalação

eléctrica;

Se o total de cargas não lineares ultrapassar os 20% da carga máxima instalada, então

deve-se realizar um estudo detalhado ao nível das harmónicas (THD). Existindo

harmónicas na instalação eléctrica (devido à permanência de equipamento do tipo

computadores, elevadores, variadores de velocidade), deve-se obedecer aos

seguintes critérios (segundo a norma C15 100 e 330.1.1d): - Limite de distorção total

de harmónicas de tensão (THD), deve ser ; – Limite de distorção harmónica local

de tensão deve ser ;

Ultrapassando este limite, deve-se prever baterias de condensadores apropriadas

para o efeito, sendo do tipo (H), filtros ou prever indutores de protecção anti-

harmónicas nos condensadores;

Decidir tecnicamente pelo tipo de compensação mais adequada às necessidades da

empresa;

Prever um esquema unifilar das instalações, incluindo os condensadores para a

compensação do factor de potência;

Obter o ciclo operacional das cargas da empresa, separando-as por, resistivas,

indutivas lineares e indutivas não lineares;

Prever espaço no quadro eléctrico para a colocação de um disjuntor de protecção,

caso o cabo de ligação ultrapasse os 3 metros.

3.5 - Dimensionamento das baterias de condensadores pela

factura da EDP

A fim de obter um factor de potência (cos =0,95) no mínimo igual ao imposto pelo

fornecedor de energia (valor ao qual a energia reactiva não é sujeita a facturação ou

penalizações), deve-se instalar uma bateria de condensadores para compensação de energia

reactiva em cada quadro de entrada (Q.E.).

As vantagens resultantes da instalação duma compensação são:

Economia dos equipamentos eléctricos devido a uma diminuição de potência

utilizada;

Aumento da potência disponível no secundário dos transformadores;

Diminuição das quedas de tensão e perdas por efeito de Joule nos cabos.

As baterias previstas são do tipo de escalões, permitindo ajustar o valor da compensação

ao valor do factor de potência pretendido. A instalação é dimensionada para uma relação

Dimensionamento das baterias de condensadores pela factura da EDP 35

―Potência harmónica‖/Potência nominal compreendida entre 15 e 25% (valor a confirmar),

correspondendo a uma rede com grau de poluição médio.

Uma das formas mais eficientes em relação ao custo benefício, no dimensionamento das

baterias de condensadores, é sem dúvida a análise das facturas de electricidade. Pois lá

pode-se obter informações vitais para o respectivo calcula das baterias, como: o tipo de

contrato; tipo de tarifário; período em que se paga e quem paga (figuras 3.13 e 3.14).

Figura 3.13 - Tarifa BTE Inverno/Semanal da [ERSE].

Figura 3.14 - Quadro resumo de alguns tarifários da [ERSE].

Na análise das facturas de electricidade, deve-se considerar (de 12 meses) o mês em que

a facturação de potência reactiva (kvarh) é maior. Deve-se avaliar o numero de horas mensais

de funcionamento da instalação e funcionamento fora das horas do vazio. Por fim aplica-se a

fórmula para o cálculo da potência dos condensadores, usando a seguinte expressão:

, (3.10)

É de salientar a importância dos consumos de energia reactiva (indutiva), por exemplo,

em regime (BTN), fora da hora de vazio, com valores de (cos ) abaixo de 0,95, pois é

facturada. O fornecimento de energia reactiva á rede (capacitiva), durante as horas de vazio,

é também facturado. Ver tarifário em vigor na figura 3.15.


Figura 3.15 - Tarifário em vigor desde Janeiro de 2010, Despacho nº27 650/2009 da [ERSE].

O objectivo da criação de uma folha de cálculo para o dimensionamento das baterias de

condensadores, veio da necessidade e interesse, demonstrado por parte de um grande

número de empresas, em saber o custo/benefício, ao investir na compensação do factor de

potência nas suas empresas.

Com esse propósito, foi necessário, analisar inicialmente, as diversas facturas, dos três

principais fornecedores de energia eléctrica em Portugal. São eles, a EDP, Iberdrola e União

Fenosa, sendo as duas últimas, empresas Espanholas, operando no mercado Mibel (Ibérico).

Depois de uma análise comparativa dos três tipos de facturas, verificou-se uma carência

de informação disponibilizada nas mesmas, pelas empresas Espanholas (Iberdrola e União

Fenosa). As facturas da EDP analisadas, são sem dúvida, as mais completas e detalhadas, no

que diz respeito aos consumos.

Depois da análise das facturas, decidiu-se criar duas folhas de cálculo, com o objectivo de

facilitar ao máximo, a introdução dos dados necessários por parte de qualquer pessoa.

A figura 3.16, ilustra-nos, uma folha de cálculo apropriada para a introdução dos dados,

disponibilizados na factura da EDP. Funciona da seguinte forma:

Leitura do índice numérico laranja;

Introdução dos dados, seguindo o índice numérico;

Leitura do índice numérico azul;

Confirmação do cos (índice 1 azul), pretendido para o caso (sempre ligeiramente

acima de regulamentar 0,95);

Obtenção do valor da potência reactiva total, para escolha das baterias (índice 4),

solução ideal;

Obtenção do valor médio da potência reactiva, para escolha das baterias (índice 5)

solução óptima.

Dimensionamento das baterias de condensadores pela factura da EDP 37

Figura 3.16 - Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com

base nas facturas da EDP.

A figura 3.17 e 3,18, ilustra-nos, uma folha de cálculo, apropriada para introdução de

dados, através das facturas da Iberdrola e União Fenosa. Pois na ausência de alguns dados em

falta nas facturas, tais como, o cos da instalação (substituído pela tg ), houve a

necessidade de criar algumas alterações no formulário.

Esta folha de cálculo funciona da seguinte forma:

Introdução dos dados nos índices a vermelho;

Introdução da tg , para conversão em cos ;

De preferência preencher a folha de cálculo para doze meses de facturas;

Obtenção dos resultados nos campos a verde;

Obtenção do valor médio da potência reactiva, para escolha das baterias (valor

médio) solução óptima.

Permite-nos introduzir directamente os dados em estudo, de um mês a um ano de

facturação de consumo de energia, obtendo a média ideal. Esta folha de cálculo, embora

sendo menos completa a nível de apoio à introdução de dados pelo cliente, também pode ser

utilizada, com dados obtidos das facturas da EDP (útil para os três tipos de facturas de

energia).

Em Activa Cheias 66506 kWh Potência tomada : 260,9 kW Potência inst. (transf.) - Sn : 45 kVA

Em Activa Ponta 27394 kWh cos j instalação : 0,87 Potência contratada : 851 kW

Em Reactiva cons fora vazio 52319 kVArh

cos j instalação : 0,87 cos j pretendido : 0,95

Horas de Trabalho 308 h/mês Potência da bateria ...

... em função do consumo : 70 kVAr

... em função da pot. tomada : 60 kVAr

... em função da pot. contratada : 194 kVAr

…média (pot. Tomada; pot. contratada) : 127 kVAr

Potência escolhida - Qc : 20 kVAr

Pot.(electrónica de pot.); Ph : 28 kW

Tipo de condensador (SH/ST): 62% Qc=Pax(tg φ instalação - tg φ pretendido)

Bateria Ideal.

- Bateria óptima. Valor médio entre a potência máxima atingida e

a potência contratada.

ITEM DE IDENTIFICAÇÃO A SEGUIR: Dados da Factura a Introduzir ITEM DE RESULTADOS OBTIDOS

- Introduzir Potência do Transformador ou Potência Contratada no caso de uma Factura

- Introduzir Potência Contratada

- Introduzir número de horas de Trabalho mensal

- Introduzir cos φ Pretendido

-Confirmar cos φ com o da Factura (Validar Dados)

período de facturação. Não prevê o crescimento da instalação.

- Bateria adaptada ao crescimento total da instalação

- Introduzir Valor Energia Activa em horas Cheias

- Introduzir Valor Energia Activa nas Horas Vazias

- Introduzir Valor Energia Reactiva Fora do Vazio - Introduzir valor Medido

- Introduzir Potência Tomada

- Introduzir cos φ da Factura

DADOS DA FACTURA DA EDP

CÁLCULOS

SH/ST > 50%

- Como o consumo de energia não é uniforme

em alguns períodos, a bateria poderá não ser suficiente.

- Corresponde ao maior valor atingido durante o

1

823

4

5

1

3

1

2

3

4

5

64752

9

123456789



base numa factura da.


base em quatro facturas da Iberdrola, União Fenosa ou EDP.

Permite-nos com os resultados obtidos na folha de cálculo, obter um orçamento rápido e

fiável, junto dos fabricantes destes equipamentos (baterias de condensadores).

O gráfico da figura 3.19, ilustra-nos um exemplo de uma correcção de factor de potência

versus retorno de investimento, para vários calibres de potências. É de evidenciar que, para

baixas potencias o retorno de investimento é mais demoroso, que para potencia elevadas. No

entanto, o seu retorno de investimento é sempre inferior a dois anos.

Figura 3.19 - Retorno do investimento na compensação do factor de potência, para vários níveis de

potência instalada [16].

Mês En Reactiva ForaVazio En Reactiva ForaVazio En Activa En Activa Cos φ tg φ Factura Horas Trabalho Pot. Tomada Pot. Contratada cos φ

Facturada Registada em Horas Cheias em Horas Ponta tg φ = Q / Pa Pretendido Consumo Pot.Tomada Pot.Contratada Média (PT;PC)

1 14.759 52.319 66.506 27.394 0,87 0,56 308 260,9 881 0,95 70 60 201 130

2 30.126 81.718 37.772 91.209 0,84 0,63 308 343,38 881 0,95 128 105 269 187

3 27.632 71.866 78.148 32.436 0,84 0,65 308 390,8 881 0,95 115 126 283 204

4 28.651 73.719 79.287 33.383 0,84 0,65 308 505,8 881 0,95 119 165 287 226

5 - #DIV/0! #DIV/0! - #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!








Potência da bateria em Função de…

Mês En Reactiva ForaVazio En Reactiva ForaVazio En Activa En Activa Cos φ tg φ Factura Horas Trabalho Pot. Tomada Pot. Contratada cos φ

Facturada Registada em Horas Cheias em Horas Ponta tg φ = Q / Pa Pretendido Consumo Pot.Tomada Pot.Contratada Média (PT;PC)

1 14.759 30.341 32.674 6.281 0,79 0,78 308 104,68 186 0,95 57 47 84 65

2 - #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!











Potência da bateria em Função de…

Conclusões 39

3.6 - Conclusões

Todo o sistema eléctrico que utilize corrente alternada pode consumir dois tipos de

potência: Potência Activa (P) e Potência Reactiva (Q). Enquanto a potência activa realiza o

trabalho desejado, a potência reactiva não. Esta última serve apenas para alimentar os

circuitos magnéticos dos dispositivos eléctricos.

Anular a potência reactiva, (Q) não é possível, dado que muitos equipamentos eléctricos

não funcionariam (por exemplo máquinas assíncronas). Criar na instalação eléctrica uma

fonte de potência reactiva é a solução.

Para coabitar com este problema, devemos recorrer à compensação da energia reactiva,

recurso a baterias de condensadores, que geram uma potência reactiva oposta à consumida

pelos motores, iluminação fluorescente, transformadores, etc. Os locais de instalação dos

condensadores podem ser classificados em 4 grupos distintos, como: global, local, parcial ou

combinado.

A correcção do Factor de Potência deve ser realizada por escalões de potência, ajustados

aos consumos de cada cliente, procurando métodos eficientes de avaliação

técnico/económica para efectuar a compensação.

Deve-se efectuar um estudo detalhado dos consumos energéticos de uma instalação,

tomando por base, numa fase inicial as facturas energéticas dos últimos doze meses. Faz-se

de seguida um diagrama de cargas do tipo de instalação, com a utilização de um analisador

de energia. O objectivo é de seleccionar o tipo de baterias mediante a percentagem de

harmónicas existentes na instalação, para garantir uma longevidade das baterias de

condensadores.

Capítulo 4

Uso eficiente da iluminação

4.1 - Introdução

A luz é uma forma de energia que se manifesta através de radiação electromagnética e

está directamente interligada com outras formas de radiação electromagnética tais como

ondas de rádio, radar, micro-ondas, infravermelhos, ultravioletas e raios-x [20].

Pode-se dizer que a luz artificial é tão antiga quanto a História da humanidade. O seu

início deu-se quando o homem aprendeu a controlar o fogo, e por milhares de anos a única

fonte de luz artificial disponível foi a chama.

Posteriormente, o homem, no intuito de controlar essa chama por um longo período,

desenvolveu outras fontes de luz mais duradouras, tais como a primeira lâmpada, que era

composta por um pavio e consumia óleo animal ou vegetal, e, mais tarde, provavelmente na

era romana, a vela, obtendo-se assim fontes de luz portáteis.

Tais fontes de luz permaneceram em uso até aproximadamente ao século XIX, quando

surgiram os queimadores tubulares (lampiões). Somente no século XX, a chama foi substituída

por corpos sólidos incandescentes, tendo como exemplos mais marcantes a lâmpada eléctrica

e o seu invólucro revestido a gás [20] [21].

Finalmente, no começo dos anos 30 iniciou-se a produção de lâmpadas de descarga de

baixa pressão, com menor desperdício de energia em forma de calor.

Como consequência deste desenvolvimento, vemos hoje pessoas preocupadas com a

escassez de energia, e a busca por alternativas mais económicas tornou-se uma prioridade

para muitas aplicações. No campo da iluminação sabemos que a qualidade da luz é decisiva,

tanto no que diz respeito ao desempenho das actividades, como na influência que exerce no

estado emocional e no bem-estar dos seres humanos. Conhecer a luz, as alternativas

disponíveis e saber controlar quantidade e qualidade, são ferramentas preciosas para o

sucesso de qualquer instalação.

Neste capítulo é apresentado uma abordagem sobre os equipamentos e metodologia a

aplicar, para uma melhor eficiência da iluminação numa instalação eléctrica, passando por

um estudo sobre:

42 Uso eficiente da iluminação

O tipos de lâmpadas existentes no mercado, focando as suas vantagens /

desvantagens e seu impacto ambiental;

As classes de eficiência energética das lâmpadas;

A poupança de energia com lâmpadas fluorescentes;

A utilização dos balastros electrónicos;

Os tipos de armaduras adequadas;

A verificação do índice de eficiência energética da iluminação;

A escolha de um sistema de gestão da iluminação adequado e combinação com a luz

natural.

4.2 - Tipos de lâmpadas e suas características

Do ponto de vista luminotécnico, pode-se considerar as seguintes características das

lâmpadas:

Rendimento luminoso: indica o quociente entre o fluxo luminoso emitido pela

lâmpada e a potência eléctrica absorvida. Exprime-se em lm/W (lúmen/Watt);

Temperatura de cor: indica a cor aparente da luz emitida. Exprime-se em K

(graus Kelvin). Ao aumento da temperatura de cor, a cor da luz emitida passa de

uma tonalidade quente, para uma tonalidade mais fria (do amarelo para o azul);

Restituição de cores: indica a capacidade de uma fonte luminosa restituir as

cores de um objecto ou de uma superfície iluminada. Exprime-se por um índice

chamado ―índice de restituição de cores‖ (IRC). Este mesmo, é expresso por um

número compreendido entre 0 e 100 (quanto mais próximo de 100, melhor).

Luminância: exprime-se, luminância ou brilho de uma fonte luminosa. Os raios de

luz não são vistos, a menos que sejam reflectidos em uma superfície e aí

transmitam a sensação de claridade aos olhos. Essa sensação de claridade é

chamada de Luminância É a intensidade luminosa que emana de uma superfície,

pela sua superfície aparente.

Duração de vida média: dado pelo fabricante, que indica o número de horas de

vida média de uma lâmpada.

São apresentados de seguida, por ordem de tecnologia de construção de lâmpadas mais

antiga á mais recentes.

4.2.1 - As lâmpadas de Incandescência e de Halogéneo

De utilização cada vez menos frequente. O seu funcionamento, ocorre pela passagem de

corrente eléctrica, por um fio fino (filamento da lâmpada), com alta resistência eléctrica,

que é levado à incandescência, produzindo luz e calor. Não necessita de um equipamento

auxiliar para seu funcionamento (ligação directa à rede); muito boa restituição de cores (IRC

100); geralmente temperatura de cor de 2.700 K; permite variação de fluxo luminoso; preço

baixo; com ampola de vidro de várias formas e cores; reduzida duração de vida (+- 1000h);

Tipos de lâmpadas e suas características 43

baixo rendimento (10lm/w). Os principais tipos são: -vidro soprado; -vidro prensado; - vidro

reflector (figura 4.1).

As lâmpadas de halogéneo, baseiam-se no ciclo de halogéneo regenerativo. A lâmpada de

halogéneo também possui filamento, porém trabalha em conjunto com o halogéneo (por

exemplo: iodo, flúor e bromo). Através dessa composição, as moléculas do filamento de

tungsténio, que se desprendem com o uso, são capturadas pelo composto halogéneo.

Quando esse composto fornecido pelo halogéneo e tungsténio se aproxima do filamento, é

decomposto pela alta temperatura do filamento, restituindo a molécula de tungsténio, sobre

o filamento da lâmpada, promovendo uma regeneração do mesmo. O halogéneo continua a

sua tarefa no ciclo regenerativo. Têm ainda: um rendimento (+-25lm/W); muito boa

restituição de cores; duração de vida média (2000 a 4000h); temperatura de cor (3000ºK).

Os modelos de 12V necessitam de um transformador para interligação com a rede

eléctrica, possibilitando o seu funcionamento correcto. Os demais modelos funcionam

directamente a 230V e todas as lâmpadas de halogéneo permitem um controlo de fluxo

luminoso.

Os principais tipos são: normais; de duplo invólucro; de tensão reduzida; com reflector

interno (normais e dicroicas) (figura 4.1).

Figura 4.1 - Exemplo de lâmpadas de Halogéneo e Incandescentes e sua composição espectral [20].

4.2.2 - As lâmpadas de descarga

As lâmpadas de descarga são constituídas por um tubo onde se processa uma descarga

entre eléctrodos, numa atmosfera gasosa. O referido tubo é envolvido, exteriormente, por

um outro tubo ou ampola de vidro.

Há duas grandes famílias de lâmpadas de descarga, conforme a gama de pressão a que

está submetido o gás:

Lâmpadas de descarga num gás ou vapor metálico a alta pressão;

Lâmpadas de descarga num gás ou vapor metálico a baixa pressão.

Das lâmpadas de descarga a alta pressão, fazem parte os seguintes tipos:

Lâmpadas de vapor de mercúrio;

Lâmpadas de luz mista;

Lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão;

Lâmpadas de vapor de mercúrio de iodetos metálicos.

Das lâmpadas de descarga a baixa pressão, fazem parte os seguintes tipos:

Lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão;

Lâmpada fluorescente (lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão);

Lâmpada fluorescente compacta.


4.2.3 - As lâmpadas de Mercúrio de Alta Pressão e de Luz Mista

As lâmpadas de mercúrio emitem luz de aparência branca-azulada. Necessitam de

aparelhagem auxiliar, como balastro e condensado para seu perfeito funcionamento. Possuem

um rendimento até 55 lm/W, uma restituição de cores de IRC baixo (40 a 48) conforme o

modelo, duração de vida média (10000 a 12000h) e o tempo de arranque e de re-arranque é

de 4 e 6 minutos (figura 4.2).

Têm aplicação em Iluminação industrial, iluminação pública e instalações que necessitem

de baixo custo inicial. Devido a serem de baixa eficiência energética, a sua aplicação tende a

ser substituída por lâmpadas de vapor de mercúrio ou vapor de sódio (iluminação pública) e

lâmpadas de iodetos metálicos (iluminação industriais), por essas serem de maior rendimento

luminoso.

Figura 4.2 - Exemplo de lâmpadas de mercúrio de alta pressão e sua composição espectral [20].

A lâmpada de luz mista, tem uma combinação de lâmpada de vapor de mercúrio de alta

pressão e incandescente. Consiste em um bulbo (geralmente de quartzo), preenchido com

gás, revestido na parede interna com um fósforo, contendo um tubo de descarga ligado em

série a um filamento de tungstênio.

Tem como características: ligação directa à rede eléctrica (230V), sem equipamento auxiliar;

possui uma restituição de cores média (IRC 61 a IRC 63 conforme modelo); cor amarela e

rendimento de até 22 lm/W. Tem várias formas e cores, semelhante á figura 1 (imagem da

lâmpada do lado esquerdo).

Têm como aplicação em Iluminação de locais que necessitem de grande quantidade de luz, é

de fácil de instalação e baixo custo inicial. Devido a serem de baixa eficiência energética, a

sua aplicação tende a ser substituída por lâmpadas de vapor de mercúrio ou vapor de sódio.

4.2.4 - As lâmpadas de alta pressão de sódio

São lâmpadas com tubo de descarga cerâmico, o que lhes proporciona maior estabilidade

da cor durante seu tempo de vida, um IRC alto (81 a 96 conforme modelo), baixo consumo,

alto rendimento (até 120lm/W), tempo de arranque e de re-arranque de 1 a 5 minutos,

diversidade de formatos e potências, temperatura de cor (1900 a 2500ºK), posição universal

de funcionamento (excepto duplo contacto), excelente relação custo / benefício.

Ideais para destaques, iluminação industrial, iluminação externa e até mesmo iluminação

pública, onde os interesses vão em busca de embelezamento da cidade. Muito mais

interessante em diversos aspectos (cor, tempo de vida rendimento, etc.) do que, a lâmpada

de vapor de mercúrio (figura 4.3).


Figura 4.3 - Exemplo de lâmpadas de sódio de alta pressão e sua composição espectral [20].

4.2.5 - As lâmpadas de Iodetos Metálicos

Lâmpadas de vapor metálico, com tubo de descarga cerâmico, o que lhes proporciona

maior estabilidade da cor durante seu tempo de vida (figura 4.4), IRC alto (81 a 96 conforme

modelo), temperatura de cor (3000 a 7000ºK), de baixo consumo, alto rendimento (até

80lm/W), diversidade de formatos e potências, tempo de vida (3000 a 9000h), tempo de

arranque e de re-arranque de 4 e 10minutos, necessitam de aparelhagem auxiliar (balastros,

ignitor e condensador), relação custo / benefício, elevado.

Ideais para quando a restituição de cores tem uma importância primordial, em interiores

e em exteriores e até mesmo iluminação pública, onde os interesses vão em busca de

embelezamento da cidade.

Figura 4.4 - Lâmpadas cerâmicas de iodetos metálicos e sua composição espectral, com e sem cerâmico [20].

4.2.6 - As lâmpadas de Baixa Pressão de Sódio

Numa lâmpada de baixa pressão de sódio, a radiação visual, é produzida directamente

pela descarga do sódio. Ela emite a maioria da sua energia na parte visível do espectro, em

comprimentos de onda de 589 e589,6 nm (o característico amarelo da luz de sódio). Quando

acendem, as lâmpadas de sódio geram inicialmente uma cor vermelha. Tal é causado pelo

néon que também está presente no depósito de gás, que serve para iniciar o processo de

descarga. Estas lâmpadas devem ter um isolamento de calor muito eficiente, pois produzem-

no em grande quantidade. Necessita de aparelhos auxiliar (balastro, arrancador e

condensadores), duração de vida média (12000h), temperatura de cor (1700ºK), tempo de

arranque e de re-arranque de 10min. e instantâneo depois de quente. São lâmpadas de maior

rendimento luminoso (até 200lm/W). Usado principalmente em iluminação pública e em

iluminação de vigilância (figura 4.5).


Figura 4.5 - Exemplo de lâmpadas de sódio de baixa pressão e sua composição espectral [20].

4.2.7 - As lâmpadas fluorescentes Compactas (economizadoras)

São ideais para substituição das lâmpadas incandescentes em uso residencial, pela sua

dimensão reduzida e existência com casquilho E27 ou E14, grande economia de energia e alta

durabilidade. O equipamento auxiliar (balastro incluído na lâmpada), já vem incorporado na

lâmpada, o que permite a troca e o manuseio da lâmpada de maneira fácil e segura para o

utilizador. Possuem alto rendimento luminoso (40 a 60lm/W), um IRC >80, uma vida mediana

de 5.000 a 9.000 h., uma temperatura de cor de 2700 a5400ºK, cores suaves e claras e ainda

uma grande diversidade de formatos (figura 4.6).

Figura 4.6 - Exemplo de lâmpadas fluorescentes compactas e sua composição espectral [20]

4.2.8 - As lâmpadas fluorescentes (PL/TL/T5)

A lâmpada fluorescente é uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão, na qual a

luz é produzida através do pó fluorescente activado pela energia ultravioleta da descarga.

Têm um rendimento até 100 lm/W, com índice de restituição de cores: 85 a 95,

temperatura de cor: 2700 a 5000 ºK, duração de vida média de 7 500 a 10 000 h, podendo

diminuir o seu tempo de vida, com maior frequência de acendimentos. Com balastro

electrónico a sua duração de vida média aumenta em 50%. O seu tempo de arranque e de re-

arranque, com balastro magnético é lento e com cintilação, enquanto que, com balastro

electrónico é instantâneo o seu arranque. Necessitam de aparelhagem auxiliar. Com

aplicação de balastro magnético, necessita-se adicionar um condensador. O mesmo não

acontece com balastro electrónico, não necessitando de condensador, tendo um bom cos =

0,95. São lâmpadas aplicadas, principalmente em iluminação interior, com uma vasta gama

de escolha de lâmpadas, com temperaturas de cor (IRC), adequado para cada ambiente.

Esta família de lâmpadas é dividida em três grupos: fluorescentes compactas integradas,

fluorescentes compactas não integradas e fluorescentes tubulares.


As lâmpadas fluorescentes compactas não integradas (PL), são modelos recomendados

para áreas comerciais, onde a iluminação fica ligada por períodos longos. A vantagem em

relação às integradas, é que, assim que a lâmpada necessitar ser trocada, apenas é

substituída a lâmpada. O balastro permanece em operação por longo tempo, o que torna o

sistema mais económico para o utilizador.

Para o modelo de lâmpada de 4 pinos, existe a possibilidade de variação do fluxo luminoso,

utilizando os balastros electrónicos ―dimable‖, o que permite a criação de diferentes efeitos

em ambientes e a economia de energia. Possuem IRC >80, cores quentes e frias, variados

modelos e aplicações (figura 4.7).

A utilização de lâmpadas fluorescentes (TL), são a forma clássica para uma iluminação

económica. O seu alto rendimento e longa duração de vida garantem a sua aplicação nas mais

diversas áreas residenciais, comerciais e industriais. As primeiras lâmpadas fluorescentes

desenvolvidas apresentavam um diâmetro do tubo de 38 mm (designadas por T10 / T12) e

utilizavam no seu revestimento interno um pó fluorescente comum.

A grande evolução das lâmpadas fluorescentes ao longo dos anos tem a ver com a redução

do seu diâmetro e a melhoria da qualidade da luz. Apareceram posteriormente as lâmpadas

TL-D, com um diâmetro do tubo de 26 mm (T26), trifosfóricas, e que são actualmente usadas

em quase todos os campos de aplicação, com um fluxo luminoso quase constante ao longo da

vida útil e com uma mortalidade muito reduzida. Além disso estas lâmpadas têm apenas 3 mg

de mercúrio, ou seja um valor muito inferior às lâmpadas fluorescentes iniciais.

Actualmente existem também lâmpadas fluorescentes do tipo T5, com uma considerável

redução do diâmetro do tubo, que passa a ser de 16 mm em vez dos 26 mm. Os benefícios

associados a estas características são uma redução extraordinária do tamanho das armaduras,

um melhor controlo do feixe luminoso e um aumento do rendimento luminoso. Um novo pó

trifósforo garante um melhor rendimento e uma melhor restituição de cores. Além disso as

lâmpadas T5 proporcionam o seu fluxo nominal a uma temperatura ambiente de 35ºC

enquanto que, as T8 o fazem a 25ºC. As lâmpadas T5 utilizam sempre balastros electrónicos,

beneficiando das vantagens próprias deste sistema.

Estas lâmpadas têm o recorde de rendimento nas lâmpadas fluorescentes, ultrapassando a

mítica barreira dos 100 lm/W (figura 4.7).

Figura 4.7 - Exemplo de lâmpadas fluorescentes e sua composição espectral [20].


Existem lâmpadas T5 de alto rendimento (tipo HE – high eficiency) e de elevado fluxo

(tipo HO – high output). A figura 4.8, mostra-nos uma lâmpada fluorescente T8 e uma

lâmpada fluorescente T5.

Figura 4.8 - Comparação de diâmetro entre lâmpada T8 (Ø 26) e T5 (Ø 16) [20].

As lâmpadas T5 representam 20% de economia em relação ao sistema T8 e 40% em relação

às lâmpadas T10/T12. Apresentam apenas 8% de depreciação do fluxo luminoso no final de

sua vida útil. São, portanto, as lâmpadas ideais para aplicações com pé-direito elevado ou

com iluminação indirecta. Com a sua leveza e elegância estas lâmpadas permitem a criação

de sistemas de iluminação eficientes e altamente decorativos.

O primeiro gráfico da figura 4.29, ilustra-nos claramente que a lâmpada T5 dá o seu fluxo

máximo a uma temperatura de 35ºC enquanto que a lâmpada T8 o atinge a 25ºC. O segundo

gráfico da figura 4.9 mostra-nos a variação da duração de vida das lâmpadas T5 e das

lâmpadas T8, em função do número de horas de funcionamento por acendimento.

Figura 4.9 - Gráficos comparativos entre lâmpada T8 e T5 [19].

4.2.9 - As lâmpadas a Leds

Os LEDs, sigla em inglês para ―Lighting Emitted Diodes‖ (Diodos Emissores de Luz), são

componentes semicondutores, com idêntica tecnologia utilizada nos chips de computadores.

Têm a propriedade de transformar energia eléctrica em luz. A luz gerada pelos ―Leds‖ é

originada através do aquecimento destes semicondutores por uma pequena corrente

eléctrica, gerando uma luz bastante intensa. A capacidade de gerar luz através dos Leds foi

descoberta por acaso, durante a década de 60, quando estavam a realizar testes em

semicondutores, verificou-se a emissão de luz durante os mesmos.


Na segunda metade da década de 90, com a evolução tecnológica, os ―Leds‖ começaram a

ser utilizados para luminância, por exemplo, para funções de marcação e sinalização

luminosa.

Estes produtos, eram baseados nos Leds de média potência (0,2W), que se caracterizam por

um fluxo luminoso suficiente para sinalização e orientação de espaços, porém ainda

insuficiente para iluminar objectos e ambientes.

Alguns benefícios para os utilizadores finais desta tecnologia, chamaram a atenção de

especialistas em iluminação que a partir daí impulsionaram o desenvolvimento desta

tecnologia para aplicações mais amplas em iluminação (figura 4.10).

Figura 4.10 - Exemplo de fontes de luz no estado sólido (Led´s) e sua composição espectral [20].

Em resumo, os ―Leds‖ apresentam os seguintes benefícios:

Vida útil de 50.000 horas, reduzindo os custos com a manutenção.

Ignição instantânea. O accionamento dos leds é imediato, o que além de favorecer a

sua aplicação, possibilita a criação de efeito tipo ―flashing‖.

Cores vivas e saturadas sem filtro. Possibilidade de projecção em superfícies com luz,

variando o aspecto de fachadas e ambientes em geral. Os Leds, pelo seu princípio de

operação, geram uma luz monocromática, emitindo luz na cor certa, proporcionando

cores puras e mais vivas.

Robustez. Resiste a grandes variações, a temperatura e a vibração, garantindo a

continuidade de operação independentemente das condições do local de uso, criando

novas possibilidades para aplicação de luz, como por exemplo, orientação do tráfico

em vias públicas (semáforos).

Controlo de variação. Criação de ambientes diferenciados.

Operam em baixa tensão (< 33V). Segurança para os utilizadores, durante sua

instalação e operação.

Miniaturização. São fontes de luz extremamente compactas, favorecendo o design de

luminárias.

Mais ecológicos. Os LEDS não contêm mercúrio ao contrário de todos os tipos de

lâmpadas de vapor de mercúrio

4.2.10 - A iluminação por Fibras Ópticas

A iluminação por fibra óptica é cada vez mais usada em habitações, museus e exposições.

Ao contrário da iluminação convencional, a fibra óptica permite iluminar objectos delicados e


de grande valor com total segurança, já que está praticamente isenta de radiações de

infravermelhos e ultravioleta, calor e electricidade.

A fibra óptica é utilizada para a iluminação de piscinas, céu estrelado, cortinas luminosas,

passagens com desníveis, lustres com cristais e chão de estrelas. Para estas aplicações

utilizam-se cabos de fibra óptica (8mm, 12mm e 17mm) de núcleo, fios de fibra óptica

(0,50mm; 0,75mm; 1,00mm e 1,50mm). Para acender a fibra óptica utilizam-se os

projectores de luz (75w, 150w e 250w) (figura 4.11).

Figura 4.11 - Iluminação decorativa por fibra óptica [22].

4.2.11 - A eficiência luminosa e vida útil das lâmpadas

A eficiência luminosa, unidade lumen por Watt (lm/W), é a relação entre o fluxo

luminoso emitido e a energia eléctrica consumida (potência). É útil para averiguarmos se um

determinado tipo de lâmpada é mais ou menos eficiente do que outro.

Vida útil de uma lâmpada, é dada em horas e é definido pela média aritmética do tempo

de duração de cada lâmpada ensaiada.

Em resumo, o quadro da figura 4.12, ilustra-nos um comparativo das lâmpadas acima

mencionadas, em relação à sua potência, luminosidade e horas de funcionamento.

Figura 4.12 - Quadro comparativo par lâmpadas (potência, luminosidade e tempo de vida) [19].


4.2.12 - Cuidados com o impacto ambiental e reciclagem das luminárias

Deve-se ter muito cuidado com o manuseamento de lâmpadas fluorescentes novas ou

envelhecidas.

Os fabricantes de lâmpadas, têm feito um esforço considerável, no sentido de reduzir o

mais possível o conteúdo de mercúrio das lâmpadas fluorescentes. Desde os anos 80, que o

conteúdo de mercúrio, foi reduzido em cerca de 90%. No entanto o objectivo dos fabricantes

passa por uma redução de mais 40% até 2012.

Este inconveniente, leva à necessidade de apostar em tecnologias de iluminação, com

menos impacto para o meio ambiente.

Uma das apostas, é a tecnologia a leds, pois não contém mercúrio, que é altamente

prejudicial para a saúde humana e o meio ambiente

Os diagramas das figuras 4.13, 4.14 e 4.15, ilustram-nos a composição, perigos e

consequências, de algumas luminárias bastante utilizadas no mercado comercial.

Figura 4.13 - Diagrama duma lâmpada de vapor de sódio (composição, perigos e consequências).

Figura 4.14 - Diagrama duma lâmpada fluorescente (composição, perigos e consequências).


Figura 4.15 - Diagrama duma lâmpada de Halogéneo (composição, perigos e consequências).

O decreto-lei nº 230/2004 sobre aparelhos eléctricos e electrónicos e a gestão dos seus

resíduos, publicado no Diário da República, dia 10 de Dezembro de 2004, faz a transposição

para o direito interno da Directiva REEE da U.E. sobre aparelhos eléctricos e electrónicos e a

gestão dos seus resíduos. Pretende-se melhorar o comportamento ambiental de todos os

agentes (produtores, distribuidores e utilizadores) que intervêm no ciclo de vida dos citados

aparelhos, em particular, o dos agentes directamente implicados na gestão dos resíduos

derivados destes aparelhos.

4.2.13 - Comparação entre diferentes lâmpadas

O quadro representado pela tabela 4.1, ilustra-nos um resumo comparativo entre

lâmpadas, mencionando algumas vantagens e desvantagens. Permite-nos obter informações

importantes para uma escolha eficiente para a iluminação a aplicar, mediante o tipo de

projecto ou remodelação.


Tabela 4.1 — Quadro resumo comparativo entre lâmpadas apresentando vantagens e desvantagens.


A escolha de um tipo de iluminação, não passa só pela lâmpada em si, mas pelo conjunto,

ou seja, lâmpada armadura de iluminação e acessórios auxiliares.

A armadura de iluminação pode influenciar em muito o conjunto ou sistema de

iluminação, pois mediante a forma como é colocada (saliente, encastrado, suspenso) e se tem

reflector e difusor adequado, pode melhorar ou piorar a prestação na qualidade de reflexão

de luz.

4.3 - Classes de eficiência energética das lâmpadas

Os sistemas de certificação para os edifícios novos e existentes, devem vir com um

certificado de desempenho energético e da qualidade do ar interior, quando vendidos ou

arrendados.

Para responder a esta realidade, sabendo o impacto energético da iluminação num

edifício, a directiva 98/11/CE1, aconselha a que, todas as lâmpadas devem ser munidas de

uma etiqueta (eficiência energética), como ilustra a figura 4.16 e a sua classificação vai de A

(muito eficiente) a G (pouco eficiente).

Classes de eficiência energética das lâmpadas 55

Figura 4.16 - Etiqueta de eficiência energética da lâmpada [5].

O consumo de uma lâmpada depende da sua potência e do seu tipo. Nestas etiquetas

apresentada na figura 4.16, indica-se o seguinte:

O fluxo luminoso da lâmpada em lúmen (emissão luminosa);

A categoria de eficiência energética (de A a G);

A duração de vida média em horas;

A potência eléctrica absorvida pela lâmpada em W.

Nesta Directiva são apenas incluídas as lâmpadas que produzem luz visível (de 400 a

800nm). São excluídas as lâmpadas que produzam um fluxo luminoso superior a 6500 lúmen,

as lâmpadas cuja potência absorvida é inferior a 4 W e as lâmpadas reflectoras.

A classe de eficiência energética de uma lâmpada deve ser determinada da forma

seguinte:

Para lâmpadas classificadas na classe (A) segue as seguintes expressões:

Se forem lâmpadas do tipo fluorescente sem balastro integrado:

, (4.1)

Para outro tipo de lâmpadas:

, (4.2)

onde é o fluxo luminoso da lâmpada, é a potência absorvida pela lâmpada em .

Para lâmpadas sem classificação (A), calcula-se uma potência de referência da seguinte

forma:

, (4.3)

, (4.4)


onde é o fluxo luminoso da lâmpada.

O índice de eficiência energética é calculado pela expressão:

, (4.5)

onde é a eficiência energética e é a potência absorvida pela lâmpada em

A classe de eficiência energética é determinada de acordo com a tabela seguinte:

Tabela 4.2 — Tabela da classe de eficiência energética [19].

4.4 - Poupança de energia com lâmpadas fluorescentes

Quando se liga uma lâmpada fluorescente, há um breve impulso de corrente quando o

balastro provoca uma sobre tensão para permitir o arranque da lâmpada. Esta corrente pode

ser várias vezes superior à corrente normal de funcionamento da lâmpada, no entanto, o pico

de corrente não dura normalmente mais do que 1/10 de segundos, e consome o equivalente a

5 segundos de funcionamento normal.

Com este facto, se comutarmos (on/off) as lâmpadas fluorescentes com intervalos

inferiores a 5 segundos, será gasta mais energia do que no seu funcionamento normal.

Devido ao caso acima mencionado, não é aconselhável ligar um circuito de iluminação

fluorescente a um detector de movimento, numa zona de circulação (corredores). Irá estar

constantemente a ligar e desligar, provocando inclusive um envelhecimento acelerado à

lâmpada e equipamento auxiliar, encurtando o seu tempo de vida.

As lâmpadas fluorescentes têm uma duração de vida média baseada na quantidade de

horas em que são deixadas ligadas por cada acendimento. Este período de tempo é, para as

lâmpadas fluorescentes, de cerca de 2,5 horas (numa sala de aulas).

A maior parte das lâmpadas fluorescentes, de potências normais, têm uma duração de

vida de 20 000 horas, quando são deixadas ligadas por cerca de 2,5 horas de cada vez que são

acesas. Isto significa que a lâmpada tem cerca de 8000 arranques disponíveis (20000/2,5

=8000 arranques). Para maiores períodos de acendimento, prolongamos a duração de vida da

lâmpada.

Importância dos balastros electrónicos 57

4.5 - Importância dos balastros electrónicos

Como consequência directa do protocolo de Kyoto, uma directiva da União Europeia veio

estabelecer as disposições aplicáveis à eficiência energética dos balastros das fontes de

iluminação fluorescentes.

Os balastros da classe D (antigos), de maior consumo energético, deixaram de poder ser

utilizados a partir de 20 de Maio de 2002 (Dec. Lei 327/2001). Em Novembro de 2005 passou a

ser proibida a venda dos balastros da classe C (magnéticos standard) e a partir de Dezembro

de 2005 foi previsto a possibilidade dos balastros das classes B1 (muito baixas perdas) e B2

(perdas reduzidas) serem igualmente proibidos.

Os balastros electrónicos são utilizados como acessórios auxiliares, fundamentais para o

bom funcionamento (ligar/desligar) de determinados tipos de lâmpadas. As funções dos

balastros para lâmpadas fluorescentes são as seguintes:

Pré-aquecer os eléctrodos para provocar a emissão de electrões;

Limitar a corrente de funcionamento a um valor correcto;

Produzir a tensão de arranque para iniciar a descarga.

Têm como função, de melhorar o rendimento das lâmpadas, convertendo a frequência

standard de 50Hz em alta frequência, geralmente em 25kHz a 40kHz. Com o funcionamento

das lâmpadas a elevadas frequências, produz a mesma quantidade de luz, com consumo de 15

a 25% mais baixo.

Podemos afirmar que o balastro electrónico trás inúmeras vantagens numa instalação

eléctrica como:

Anulação do efeito de ―flicker‖: numa lâmpada a funcionar a 50 Hz, a luz extingue-

se duas vezes por ciclo na passagem da corrente por zero, produzindo o flicker e

provocando cansaço visual. Produz também, o efeito estroboscópico com efeitos

perigosos no caso de proximidade com máquinas rotativas (distorção visual). Com o

funcionamento da lâmpada a alta-frequência a emissão de luz é contínua.

Anulação de ruído: os balastros electrónicos funcionam acima da gama audível de

frequências e eliminam o problema do ruído.

Alto rendimento luminoso: as lâmpadas podem produzir cerca de mais 10% de luz

para a mesma potência absorvida.

Menor potência absorvida: o balastro electrónico consome menos potência, pois

dissipa menos calor do que um balastro convencional (magnético). A alta-frequência,

a lâmpada pode funcionar a uma potência mais baixa. Assim, com a mesma emissão

de fluxo, as perdas são muito menores do que as perdas num balastro magnético.

Obtendo reduções de custo da energia de 20 a 25%.


Controlo versátil do fluxo luminoso: existem balastros electrónicos que permitem a

regulação do fluxo luminoso. A iluminação pode também ser programada para uma

redução do fluxo luminoso, quando determinadas áreas não estão a ser usadas. Isto

permite uma poupança considerável de energia nas situações em que a iluminação

está ligada a um sistema de controlo automático, detectando níveis de iluminação e

ajustando o fluxo da lâmpada, de forma a manter um nível constante. Os balastros

electrónicos podem incorporar feddback para detectar as condições de

funcionamento das lâmpadas, para que as mesmas sejam desligadas no caso de

anomalias de funcionamento. O seu funcionamento pode ser em AC, quer em DC, no

caso da iluminação de emergência (para telecomando).

Aumento do tempo de vida da lâmpada: um balastro electrónico efectua um pré-

aquecimento dos eléctrodos antes de aplicar um impulso controlado de tensão,

diminuindo o desgaste do material emissor de electrões dos eléctrodos.

Diminuição de peso e volume: a elevada frequência de funcionamento, faz com que

os componentes magnéticos num balastro electrónico, sejam compactos e leves, em

vez dos enrolamentos e núcleo de aço laminado dos balastros magnéticos.

4.5.1 - Tipo de balastros electrónicos

Podemos dividir os balastros electrónicos, classificando-os por várias classes, do mais

eficiente ao menos eficiente, com as seguintes letras:

A1: balastros electrónicos com regulação ―dimmable‖;

A2: balastros electrónicos com baixas perdas (alto rendimento);

A3: balastros electrónicos standards (figura 4.17).

Figura 4.17 - Balastro electrónico [19].

Os balastros electrónicos que permitem a regulação do fluxo luminoso da lâmpada

possuem uma entrada específica para o sinal de regulação (dois fios independentes, actuado

por botões de pressão), a qual pode ser de dois tipos: regulação analógica 1-10 V e regulação

digital.

O interface de controlo analógico 1-10V é o standard mais comum para a variação de

iluminação em balastros electrónicos (elevado custo).

Neste sistema é aplicada uma tensão DC variável entre (1 e 10 V), sendo o fluxo luminoso

da lâmpada proporcional à tensão de regulação. Existem controladores específicos para este

tipo de regulação, sendo os mais comuns os do tipo potenciómetro.

O dispositivo a regular cria uma tensão contínua nos terminais de controlo, sendo ligado a

esses terminais, um potenciómetro.

Importância dos balastros electrónicos 59

A variação de resistência do potenciómetro serve para ajustar o fluxo luminoso emitido

pela lâmpada: 10 volt (máximo brilho; linha de controlo aberta); 1volt (brilho mínimo; linha

de controlo curto-circuitada).

O sistema DALI foi concebido para ser o novo standard de mercado. Significa ―Digital

Addressable Lighting Interface‖. É um standard internacional que garante a interacção na

variação de iluminação por balastros electrónicos para diferentes fabricantes.

O interface DALI está descrito para balastros de lâmpadas fluorescentes em IEC 60929

anexo E e em IEC 62386.

O sistema de regulação digital, é efectuada por um sinal digital produzido pelo sistema de

controlo. A tecnologia digital abre novas opções desde a transmissão isenta de erros até ao

endereçamento individual de componentes. Para a transmissão isenta de erros usa-se o

código Manchester como o bus de dados: tem 2 condutores (2 linhas de transmissão), para

cada bit enviado numa linha, é também enviado o seu inverso na outra linha, sendo estes bits

comparados no destino.

Como o sistema está constantemente a comparar os sinais das duas linhas de bus quando

detecta instabilidade, a informação é ignorada e é enviado novo bit. Desta forma o sistema

digital garante uma maior fiabilidade.

Existe actualmente 2 standards no mercado que diferem ligeiramente no que diz respeito

ao protocolo de transmissão digital, conhecidos por: DSI ―digital serial interface‖ e DALI

―digital adressable lighting interface‖. A imagem da figura 4.18, ilustra-nos um esquema de

ligações, de um balastro electrónico DALI. Onde podemos observar a simples ligação por dois

fios, para comando manual do balastro, por botão basculante, podendo ligar, apagar e variar

o ponto de luz.

Por exemplo:

Um toque no botão, liga e toque seguinte, desliga. Para variação, um toque prolongado

no botão, aumenta luminosidade, parando e voltando a pressionar, inverte o sentido,

diminuindo a luminosidade.

Figura 4.18 - Balastro electrónico com regulação digital Dali, comando regulação por botão [20].


A imagem da figura 4.19, ilustra-nos um exemplo de uma ligação em bus tipo DALI ou DSI.

Figura 4.19 - Balastros electrónicos com regulação, Dali ou DSI ligados em bus [20].

Foi concebida para funcionar como um sistema aberto e flexível, permitindo ser

comandado, não só por botões mas também por: comandos infravermelhos; comandos por

detectores de presença e movimento; comandos por sensores de luminosidade e podem ser

interligados a sistemas de gestão integrada (KNX, Lonworks, Zigbe, portador de corrente).

Embora o investimento inicial seja uma desvantagem em relação aos balastros

electrónicos standard, permitem, quando conjugado com sistemas de comando

automatizados, uma redução de custos de 65% em consumo de iluminação.

Em resumo, podemos concluir que os balastros electrónicos oferecem um conjunto de

vantagens em relação aos balastros convencionais, de entre os quais se podem citar os

seguintes: poupança de energia entre 20% e 30%; desliga automaticamente as lâmpadas em

caso de anomalia; arranque automático das lâmpadas após correcção da anomalia; vida útil

da lâmpada aumenta cerca de 50%; baixo campo magnético; ausência de cintilação durante o

funcionamento, devido à alta-frequência; funcionamento em CC; alto factor de potência

(>0,95); fluxo constante independente da tensão de alimentação; baixa temperatura de

funcionamento.

Em relação aos balastros DALI ou DSI, podemos enumerar as seguintes vantagens: custo

mais baixo e mais funcionalidade quando comparado com sistemas analógicos 1-10 Volt;

controlo individual de cada dispositivo ou circuito (endereçamento); possibilidade de controlo

simultâneo de todos os dispositivos; cablagem simples das linhas de comando (sem

polaridade); pesquisa automática de todos os dispositivos; protecção de interferências, por se

tratar de um sinal digital; sistema inteligente (dispositivo endereçável).

4.6 - Conceitos básicos das luminárias

As luminárias, têm um papel extremamente importante num sistema de iluminação, pois

elas contribuem directamente para uma distribuição eficiente da luz no ambiente e no

conforto visual das pessoas. Além dos seus requisitos básicos de manter uma boa resistência e

interligação mecânica e eléctrica entre as lâmpadas e os equipamentos auxiliares, deve

proporcionar a segurança necessária para a instalação, bem como a correcta emissão do fluxo

Conceitos básicos das luminárias 61

luminoso da lâmpada no ambiente sem causar encandeamento. Esses acessórios auxiliares são

os seguintes:

Difusores: Consideramos com difusores a ―grelha de protecção‖ posicionada em frente às

lâmpadas, no sentido perpendicular a elas. Estas, assim como os reflectores, podem ser

constituídos de vários materiais e com vários tipos de acabamento (alumínio,

policarbonato ou aço). Tem como função, de limitar o ângulo de encandeamento num

ambiente, aumentando o conforto visual de seus utilizadores.

Luminância: É a definição para a intensidade luminosa (cd) produzida ou reflectida por

uma área, (m2) de uma superfície numa dada direcção. Representada pelo símbolo (L) e

com unidade de candela por metro quadrado (cd/m2). A distribuição da luminância no

campo de visão das pessoas numa área de trabalho, é proporcionada pelas várias

superfícies dentro duma área (luminárias, janelas, tecto, paredes, piso e superfície de

trabalho) e deve ser considerada como complemento à determinação das iluminâncias

(lux) do ambiente, a fim de evitar encandeamento.

Encandeamento: Proporciona desconforto visual ou uma redução na capacidade de ver

objectos, proporcionados por excesso de luminância na direcção da visão. Pode ser

considerado directo, quando o encandeamento ocorre através da luminária/ lâmpadas, ou

indirecto, quando a luz reflectida em determinadas superfícies reflecte para os olhos dos

utentes desse ambiente. O encandeamento directo pode ser neutralizado utilizando-se

acessórios nas luminárias como alhetas ou difusores. Já para o encandeamento indirecto,

deve-se redimensionar o projecto luminotécnico, pois é causado pelo excesso de luz no

ambiente.

Uniformidade: A uniformidade de uma iluminação é medida pela relação entre a

iluminância mínima e a média obtida na área iluminada. Uma boa uniformidade na

iluminação é necessária, a fim de evitar sombras acentuadas, assegurar o conforto e a

segurança para a prática da actividade exercida nessa área. O espaçamento entre as

luminárias e o distanciamento delas em relação às paredes têm contribuição directa no

resultado da uniformidade da iluminação.

Rendimento: É a divisão entre o fluxo luminoso irradiado pela luminária e o fluxo

luminoso total da lâmpada. Caso a luminária não disponha de um reflector adequado para

a lâmpada ou o reflector não seja de boa qualidade de reflexão, grande parte do fluxo

luminoso da lâmpada não será reflectida no ambiente e, consequentemente, haverá

desperdício da luz e baixo rendimento luminoso. Uma luminária de alto rendimento

luminoso possui reflector dimensionado para a lâmpada e excelente reflexão, o que

proporciona um alto aproveitamento da luz e, consequentemente, permite reduzir o

número de luminárias e lâmpadas em um projecto de iluminação de um ambiente (figuras

4.20).

Com a utilização de lâmpadas de nova geração tecnológica, permite-nos obter um maior

rendimento da luminária. Podemos concluir que pela figura 4.20, quanto menor o diâmetro

do ponto de luz, maior o seu rendimento e diminuindo o seu consumo em (W).


Figura 4.20 - Evolução da nova geração de lâmpadas fluorescentes com menor diâmetro [21].

4.7 - Índices e normas para eficiência energética

Para avaliar a eficiência energética de uma instalação de iluminação deve calcular-se em

primeiro lugar a sua potência expressa em: W/m2/100 lux.

Normalmente uma instalação de iluminação com boa eficiência energética, para um nível

de iluminância médio de 500 lux, tem uma potência instalada, incluindo a potência dos

balastros, de 10 a 13 W/m2 (NE 12464-2, tabelas 5.1 e 5.9).

No entanto, é frequente encontrar instalações antigas com potências superiores a 25

W/m2, para um nível de iluminância idêntico [23].

Os valores de potência recomendados são:

Zonas de circulação (pé direito baixo): 3W/m2/100lux

Zonas de circulação (pé direito alto): 8,5W/m2/100lux

Local de trabalho: 2,5W/m2/100lux

Na ausência de legislação nacional, é utilizado um indicador europeu, relacionado com o

consumo de energia, gasto na iluminação (EN12464-1 e EN12464-1).

Foi utilizado para o estudo em causa (Eficiência energética e gestão de energia num

edifico escolar), a norma europeia En15193 ―Energy Requirements for Lighting‖ [12]. Esta

Norma, foi publicada em Novembro de 2007, pela CEN, como standard, para quem pretender

certificar o edifício como BBC ―Bâtiments Basse Consommation‖ (edifício de baixo consumo).

É uma norma aplicada em edifícios públicos novos ou para remodelação.

Especifica o indicador numérico da energia gasta em iluminação LENI ―Lighting energy

numeric indicator‖ dado pela seguinte expressão:

, (4,6)

onde é a energia total gasta em iluminação (kWh/ano), é a área útil total do edifício

(m2).

Nessa norma os diferentes tipos de instalações são divididos em 3 classes dependentes das

classes de critérios usadas no projecto da iluminação, como por exemplo: a existência de

comandos manuais ou automáticos. (Ver capitulo 5, tabela 5.2).

Escolha de um sistema de gestão de iluminação 63

A norma EN15193, utilizada como base do estudo aplicado a um edifício escolar, vem

desenvolvida com mais pormenor, no capítulo 5.

4.8 - Escolha de um sistema de gestão de iluminação

Para uma boa eficiência e gestão de iluminação, deve-se subdividir os circuitos de

iluminação ao máximo, permitindo assim uma melhor gestão energética quanto ao espaço. No

entanto, a simples colocação de interruptores manuais, só trás vantagens, se houver uma boa

colaboração dos utentes. Para o caso de edifícios públicos, isso não é possível. Assim

aconselha-se, em fase de projecto ou remodelação, a substituição dos interruptores simples,

por sistemas de comando automatizado. Aumentando assim o conforto e rendimento do

espaço.

4.8.1 - Gestão por sistema horário

Para comando de iluminação automatizada, pode-se aplicar uma gestão horária de quatro

tipos, apresentados de seguida:

Utilização de automático de escada: com ou sem pré aviso de extinção, é utilizado

há muito tempo nas zonas de circulação (corredores, escadas e patamares) onde a

presença contínua de utilizadores é menos frequente, assegura a extinção automática

da iluminação. Activa a iluminação por botão de pressão simples ou luminoso,

desligando-se automaticamente, após um tempo predefinido (tempo que o utente,

demora a percorrer o local). Tem um contacto de marcha forçada (interruptor

on/off), permitindo uma activação permanente do automático de escada, por

exemplo: limpeza e manutenção prolongada no local (figura 4.21a).

Utilização de Interruptor horário (analógico/digital): aplica-se simples interruptor

horário multi-posições (diário ou semanal), até ao interruptor horário com display

digital com ou sem impulsos (exemplo: mudança de estado por impulsos ―ao

segundo‖, sem impulsos ―ao minuto‖). Podem vir munidos com a função de reserva

de marcha (segurança em caso de falha de energia, com autonomia de +-100h).

Interagem em paralelo com comandos locais (interruptores simples, contactores,

células crepusculares e sistema de gestão técnica centralizada). A sua extinção

automática não deve pôr em causa a segurança dos utilizadores. Aconselha-se a

aplicação, por exemplo, em: controlo de circuitos de aquecimento, zonas de

iluminação de fachadas, de circulação e controlo de iluminação por zonas ou geral de

um edifício (período de almoço ou à noite) (figura 4.21b).

Utilização de Interruptor astronómico: não necessita de célula fotoeléctrica

(crepuscular), é programado em função da Longitude e Latitude. É de fácil

programação (por menus sequenciais). Tem possibilidade de comutação automática

da mudança de hora. Amigo do ambiente, utilizando baterias de lítio (reserva de

marcha) e pouca manutenção (figura 4.21c)


a) b) c)

Figura 4.21 - Exemplos de um automático de escada, Interruptor horário analógico, digital e

astronómico [17].

Utilização de uma gestão técnica centralizado (interruptor/relés): existem sistema

de distribuição horária baseado na mais recente emissão codificada de sinal, ou seja,

no mesmo par de condutores é transportado o sinal e também a alimentação (bus).

Este tipo de central horária para além do controle dos relógios, permite fazer um

sistema de gestão técnica centralizada, para o accionamento das campainhas e

circuitos de iluminação com temporizações pretendidas. Com a finalidade de não só

isolar sectorialmente os vários blocos ou pisos, como também possibilitar

programações diferentes para cada zona. Estes sistemas permitem ser associados a

módulos de relés de comando, equipados com 5 relés livres de potencial, de 1250 VA,

a integrar no quadro de piso ou de bloco (edifício). A imagem da figura 4.22, ilustra-

nos o aspecto de um sistema de gestão técnica centralizada em (bus), onde podemos

visualizar a central digital, relógios e módulo de relés. Pelos relés, permite o

comando de diversos circuitos de iluminação, através do seu sistema horário

distribuído pelo edifício. Permite a interligação como um computador, através de

uma porta RS232, permitindo centralizar e melhorar a gestão num edifício. A grande

vantagem deste equipamento, reside na simplicidade da instalação (bus de dois fios),

interage com células crepusculares, interruptores horários, contactores (para maiores

potências) e no preço bastante atractivo. Ideal para gestão de edifícios escolares.

Figura 4.22 - Esquema em bus e imagem de uma central (GTC) e relé de 4 senários [24].


4.8.2 - Gestão por detecção automática

São sistemas que permitem um controlo de variação local da iluminação, com ou sem

influência da luz natural. Dividem-se em três grupos, sendo eles:

Utilização de interruptor crepuscular: permite o comando (liga/desliga), com a

influência da luz natural, com a instalação de uma célula fotoeléctrica no exterior.

Pode combinar com outro tipo de equipamento de comando (por exemplo:

interruptores horários). Tem vindo a ser substituído pelos interruptores astronómicos,

sobretudo em circuitos exteriores e grandes (iluminação publica, fachadas).

Utilização de interruptor variador: permite no local, a variação directa da

intensidade luminosa, com auxílio de interruptores variadores (figura 4.23a) ou

botões variadores (figura 4.23b). São de instalação fácil (substituição directa do

interruptor tradicional). É de salientar a limitação deste tipo de solução, pois a sua

escolha depende do tipo de iluminação existente.

a) b)

Figura 4.23 - Imagem de um regulador de luz com comando por interruptor e botão [17].

Utilização de detector de movimento/presença: são por vezes confundidos e

designados por detectores volumétricos. São constituídos por diversas tecnologias,

sendo divididos em três categorias, apresentadas de seguida:

o Sistemas de detecção por infravermelhos (PIR ou IV): são sistemas passivos,

e actuam apenas por fontes de energia (exemplo: movimento ou corpo

humano) dentro da área de alcance. Detectam ocupação verificando a

diferença de temperatura emitida pelo corpo humano e a área em redor.

A lente do sensor divide a área por zonas. Quando existe uma alteração de

uma fonte em infra-vermelhos, assume que esta zona está ocupada. Os

detectores (IV) utilizam um sensor duplo pyroeléctrico para detectar a

ocupação. Quando um dos elementos detecta uma fonte de energia infra-

vermelha, gera um impulso positivo (poucos milisegundos após o segundo

elemento gera um impulso negativo), criando no sensor o estado ON.

Ao contrário do detector ultra sónico, que pode detectar ocupação através

de barreiras, os detectores IV devem ―ver‖ a área que necessitamos

controlar. Barreiras, prateleiras, estantes, devem bloquear a detecção por IV.

Os detectores IV detectam ocupação quando o movimento está sob alcance

do detector.


o Sensores ultrassónicos (US): são detectores de movimento volumétrico que

utilizam o princípio ―Doppler‖ para detectar ocupação. Eles transmitem sons

elevados acima do intervalo do ouvido humano para detectar movimento.

Geralmente, os detectores ultrassónicos são compostos por vários

componentes: um transmissor, receptores e processadores electrónicos. Estes

funcionam por emissão de ondas de som nos locais e medem o tempo que

leva para as ondas regressarem. Existindo movimento nas áreas controladas

faz com que as ondas ao regressar para o receptor seja a um ritmo mais

rápido ou mais lento, resultando numa detecção por principio ―Doppler‖ e

detectando ocupação. Frequência usada: 40 kHz.

Os detectores ultrassónicos transmitem um sinal gerado por um oscilador

de cristal de quartzo. Um transmissor plano multidireccional transmite esse

sinal para a área a controlar. O transmissor garante a distribuição uniforme

do sinal pela área. Os receptores são electrónicos e preparados para a mesma

frequência a que o transmissor está a transmitir. Para obter melhores

resultados, eles também devem ser afastados de locais afectados por

alterações de humidade e temperatura.

Como os detectores ultrassónicos difundem em três dimensões, os ultra-

sons são difundidos para as paredes, chão, tecto, dando-lhes a capacidade de

sentir maior movimento. Em espaços fechados, a localização correcta do

detector é essencial, pois estes podem detectar grandes áreas, podendo

resultar para um objectivo não apropriados. Além disso, grandes fluxos de ar

(condutas e ventiladores de AVAC) podem prejudicar o desempenho de

sensores ultrassónicos e resultar em movimentos não esperados. Os

detectores usam circuitos de processamento de sinal especiais para filtrar o

movimento do ar verificando as pequenas alterações direccionais cíclicas

normalmente encontradas no ar em circulação. O movimento de pessoas

geralmente cria um sinal movendo-se em apenas uma direcção. Enquanto

esta função permite ajudar a reduzir a ―falsos‖ movimentos, os detectores

nunca devem ser colocados, onde o ar circula com grandes fluxos e onde

estes possam detectar movimento, em locais não necessários.

o Detectores dupla tecnologia (I.V e U.S.): são bi-volumétricos que aliam as

tecnologias de ultra-sons e de infravermelhos passivos. A combinação das

duas tecnologias, permite uma boa funcionalidade, elevada eficiência e

segurança na sua utilização, por exemplo, em escolas.

A imagem da figura 4.24, ilustra-nos o aspecto físico dos detectores e sua simbologia.

Os detectores de infravermelhos passivos ―PIR – passive infrared‖ são os mais

vulgarmente utilizados. Detectam o movimento do corpo humano pela medida da radiação

infravermelha (calor) emitida pelo corpo. Chamam-se passivos porque não emitem radiação,

contrariamente aos detectores de infravermelhos activos do tipo (barreira). Medem a

radiação infravermelha emitida pelas superfícies quentes.

Fornecem uma indicação de mudança de ocupação do local, por ausência ou presença.


Figura 4.24 - Alguns detectores de presença de encastrar em tecto, parede e sua simbologia [17] [18].

Os detectores de infravermelhos têm um certo número de faces sensíveis. O seu raio de

acção está assim cortado numa série de segmentos. É a passagem de um corpo (e portanto

calor) do raio de visão de uma faceta para a outra que permite detectar o movimento.

A sensibilidade de um detector depende portanto do número de segmentos sensíveis. Por

exemplo, um detector cujo raio de acção é cortado por poucos segmentos pode não detectar

uma pessoa que se dirige na sua direcção. Em alguns modelos aperfeiçoados esta

sensibilidade é regulável. A regulação será diferente conforme o tipo de local: num escritório

por exemplo, os movimentos são por vezes mínimos (trabalho em computador, por exemplo)

e efectua-se uma regulação para alta sensibilidade, enquanto num local sujeito a correntes

de ar regular-se-á para uma sensibilidade mais fraca.

Um detector colocado numa parede é caracterizado por: um ângulo de detecção

horizontal (90º, 120º, 180º e 270º); um alcance lateral; um alcance frontal; (figura 4.25)

Figura 4.25 - Zona de detecção de um detector de presença [18].

Um detector colocado no tecto é caracterizado por: um raio de acção de 360º; um

diâmetro de detecção máxima para uma altura máxima e um alcance frontal.

Quando se diminui a altura de montagem, a zona de cobertura diminui mas a

sensibilidade aumenta. Por outro lado, para valores superiores à altura máxima a

sensibilidade não é suficiente. Além disso, é necessário ter em atenção que o detector não

funciona através de paredes, mesmo que sejam de vidro.

Com muita frequência, nas zonas próximas das janelas, a iluminação artificial não é

necessária para assegurar o conforto visual. Podemos ter em atenção a luz natural adoptando

a tecnologia de detecção acima mencionado. Podemos aplicar duas soluções: uma seria o

comando da iluminação (ligar/desligar) por exemplo 1, 2 ou 3 circuitos (figura 4.26), a outra

seria o comando da iluminação por regulação por exemplo: todos os circuitos em simultâneo.


A segunda opção é realmente a que melhor distribui o fluxo luminoso numa sala, mas em

contrapartida, a mais cara.

Figura 4.26 - Esquema de controlo automático de 3 circuitos de iluminação, por inerrruptor [18].

4.9 - Conclusões

É a iluminação que nos torna independentes da luz natural e mantém o mundo vivo depois

do escurecer. Mesmo hoje, passado mais de um século desde o invento da primeira lâmpada

incandescente, há muitas áreas do nosso planeta que ainda estão mal iluminadas. Este facto,

aliado ao permanente desejo do homem em melhorar as suas condições de vida, constitui

razão para afirmar que a última palavra em iluminação não foi pronunciada.

Uma boa iluminação, continua a ser uma das necessidades básicas mais importantes para

o homem. Sabe-se que esta necessidade pode ser satisfeita, mesmo quando a

consciencialização sobre o custo da energia é uma exigência imperiosa.

Para atingir simultaneamente estes objectivos, é necessária experiência profissional e

saber executar projectos de iluminação com orientação para a eficiência energética, isto é,

ter conhecimentos profundos de luminotécnia, e seus equipamentos. Além disso, a gama de

equipamentos de iluminação de hoje, por ser tão sofisticada, não pode ser manobrada por

pessoas sem formação específica, para evitar o risco de se perder dinheiro e energia, devido

a uma má instalação.

Capítulo 5

Casos de estudo

5.1 - Introdução

O uso da luz natural em edificações, como importante fonte de iluminação de ambientes

acompanha a história da arquitectura. A sua presença tem sido considerada sinónimo de

limpeza, pureza e sabedoria [25].

Diversas são as razões que levam um projectista a utilizar a luz natural nos seus

projectos, entre eles a qualidade da luz, a comunicação visual com o meio externo, a

conservação dos recursos naturais, a redução do consumo de energia e benefícios psicológicos

e fisiológicos [19].

A necessidade de tornar os edifícios energeticamente mais eficientes, compromete-nos a

combater o desperdício de energia e respeitar o meio ambiente.

As técnicas de construção sustentável, estão a ganhar rapidamente aceitação por mais

pessoas, reconhecendo que o sentido ‗verde‘ é simplesmente o senso comum [18].

Ao longo dos anos as tecnologias que envolvem os sistemas de iluminação têm vindo a

evoluir. Hoje em dia temos diversos tipos de equipamentos disponíveis para diversas

aplicações.

A abordagem deste capítulo consiste em realizar um estudo de eficiência energética e

gestão de energia, na área da iluminação e energia reactiva, tendo como base um edifício

escolar.

Apresenta uma metodologia que possa ser utilizada facilmente por qualquer profissional

envolvido em projectos luminotécnicos que requerem a eficiência energética em edifícios

escolares ou terciários.

O estudo da eficiência energética e gestão de energia num edifício escolar, foi baseado

na recente norma europeia para edifícios terciários EN15193. Permite-nos estudar a melhor

forma de controlar a iluminação num edifício terciário, de forma eficiente.

70 Casos de estudo

Foi criado uma folha de cálculo, que nos permite obter resultados importantes sobre a

solução encontrada como: poupança de energia (kWh/ano), poupança em euros de 2CO por

ano e retorno de investimento.

Para tornar o estudo da escola secundária mais abrangente, foi concebido uma análise

sobre a correcção do factor de potência, para evitar o pagamento de energia reactiva na

factura da EDP.

De forma geral, a metodologia sobre os casos em estudo, pode ser apresentado com base

no capítulo 4 e completa-se com a experiencia prática, assente no desempenho das seguintes

fases:

Estudo aprofundado sobra a norma EN15193, utilizada como base para o estudo num

edifício escolar.

Descrição de um equipamento teste desenvolvido para ensaios luminotécnicos, para

realização de ensaios e leituras prolongados em obra.

Abordagem dos problemas e sugestões, relacionadas com o levantamento de

informações em diversas escolas (remodeladas e não remodeladas).

Ensaios e medidas sobre diversas luminárias, para adquirir uma melhor relação com o

consumo real dos circuitos de iluminação, influenciados pelo tipo de luminária e tipo

de instalações.

Realização dum estudo modelo (com base na EN15193), sobre eficiência energética

para um edifício escolar com aplicações práticas, soluções e apresentação de

resultados (tipo de iluminação, sistemas de controlo e correcção do factor de

potência).

Este estudo e metodologia, foi concebido para ser aplicado em edifícios escolares e em

outros edifícios terciários, mas também para qualquer ambiente e actividade visual

desenvolvida.

Para a realização deste estudo, recorreu-se a alguns software, nomeadamente o autocad

2010 e um programa de cálculo de iluminação ―Indalwin 6‖.

5.2 - Interpretação da norma europeia EN15193

A necessidade de tornar os edifícios energeticamente mais eficientes, exige que se

combata o desperdício de energia em respeito do meio ambiente.

Por esse motivo, os fabricantes de equipamentos eléctricos sentiram a necessidade, de

criar novas soluções que tornem os edifícios energeticamente mais eficientes.

A iluminação tem um papel importante no consumo de energia nos edifícios de maior

afluência pública, representando um consumo até 40% na factura de electricidade. Assim,

com o objectivo de reduzir custos, devem ser implementadas soluções de gestão de

iluminação.

Interpretação da norma europeia EN15193 71

O gráfico da figura 5.1, ilustra-nos a importância que se deve dar, às soluções de gestão

de iluminação, pois estas permitem reduzir custos não só com a iluminação, mas também

com a sua manutenção.

Figura 5.1 - Representa o impacto do consumo de iluminação num edifício público. Valores obtidos

[26].

Verifica-se que juntamente com outras fontes de consumo (o aquecimento e ar

condicionado), a iluminação representa o maior consumo energético e custo num edifício.

Este elevado custo pode-se gerir de forma mais eficaz, através da utilização de gestão de

iluminação, em que as organizações não estão alheias, reconhecendo as suas vantagens e

benefícios (curto/médio prazo), realçando quatro pontos fundamentais (figura 5.3):

A poupança de energia: a poupança de energia é o principal benefício. A gestão de

iluminação pode representar uma poupança superior a 30%, reduzindo os custos

operacionais em 10% ou mais [26].

O desperdício de energia pode ser eliminado através da gestão de iluminação

utilizando a luz de forma inteligente (os níveis correctos de luminosidade nos locais

onde e quando são necessários);

A redução de custos: a diminuição de utilização da iluminação reduz os custos de

funcionamento, permitindo uma poupança de energia e ajuda a reduzir as emissões

de gases de efeito estufa (GEE). Poderá existir uma maior poupança com a redução

da utilização do ar condicionado, da substituição de lâmpadas e da alteração do

consumo de energia nos horários de maior sobrecarga da rede.

A redução de custos pode chegar até aos 55% se, consultado o exposto na norma EN

15193 (com controlo de ocupação + controlo manual + controlo de luminosidade);

O cumprimento normativo: a Norma Europeia EN 15193 (baseado no desempenho

energético dos edifícios e as exigências de energia para iluminação) está a afirmar-se

como um padrão importante para definição de sistemas de iluminação

energeticamente eficientes;

Prática de construção sustentável: o certificado de edifício ecológico premeia os

projectos de edificação sustentável, destacando-os e dando-lhe credibilidade. Alguns

dos principais programas/ferramentas de edificação ecológica são ―LEED, BREEAM,

HQE e Green Star‖ (figura 5.2).

72 Casos de estudo

Figura 5.2 – Símbolos de marcas de certificação energética [17].

Figura 5.3 - Representa os quatro pontos-chave para gestão de energia [17].

A Norma Europeia EN15193, veio trazer alguns requisitos obrigatórios, a aplicar aos

sistemas de gestão de iluminação. Define os requisitos para o desempenho energético dos

sistemas de iluminação, para edifícios terciários.

A norma refere que, para edifícios que pretendam obter um certificado ―Edifício

ecológico‖, a partir de 2010 devem apresentar estudos concretos, sobre os consumos

energéticos dos edifícios a certificar. Os consumos limites, são classificados para dois tipos de

construção, edifícios novos e de renovação, apresentado de seguida:

Para edifícios novos, o seu consumo total (anual) for .

Para edifícios de renovação, o seu consumo total (anual) for reduzido para

margens entre .

Constitui um referencial amplamente reconhecido, que define uma metodologia de

cálculo de poupança energética de acordo com cada tipo de solução instalada.

Fornece um método rigoroso de medição e ganhos no que se refere à poupança de

energia. Permite converter a poupança de emissão de gases com efeito estufa em euros.

Baseia-se num desempenho energético dos edifícios com exigências de energia para

iluminação. Desenvolve-se como um padrão importante para a definição de sistemas de

iluminação energeticamente eficientes.

Para iniciar um estudo de eficiência energética na iluminação, com base na norma

EN15193, deve-se analisar e realizar os seguintes passos:

O custo inicial com os consumos, antes da aplicação das soluções;

O custo e tipo de aplicações investidas;

Poupança de energia obtida;

Período de tempo para amortização do equipamento;

Resultado a nível de redução de gases de efeito de estufa (GEEE).


Esta informação deve estar disponível junto de cada solução encontrada (―etiqueta

verde‖), permitindo ao investidor obter uma melhor percepção em relação à sua eficiência

(figura 5.4).

Figura 5.4 - Exemplo duma etiqueta eco eficiente, aplicado a um escritório de 300m2 [18].

Ao reconhecer a necessidade de preservar o meio ambiente e preservar os nossos

recursos, foi utilizado como base para este estudo, este referencial normativo. Demonstra-se

mais à frente o rendimento energético das soluções de iluminação aqui apresentadas. Para

apoio foi criado uma folha de cálculo baseada nas condições das regras exigidas pela norma,

mencionadas mais a frente.

Este estudo permite adoptar práticas ecológicas, integrando o nosso compromisso com o

meio ambiente no nosso planeamento estratégico e no processo de decisão.

5.2.1 - Interpretação dos cálculos baseados na norma EN15193

Os cálculos do consumo de iluminação para edifícios terciários, são baseados

principalmente na norma. Define a performance energética dos edifícios terciários e

exigência energética para a iluminação.

A função crepuscular não é exigida, mas sim facultativa estando, no entanto presente nos

produtos disponíveis por alguns fabricantes, razão pela qual é mencionada neste estudo.

A sua definição é dada por uma expressão, em que é repartida em duas partes para uma

melhor compreensão. A primeira parte da expressão pondera o consumo anual, considerando

a iluminação artificial ligada, representado pela seguinte expressão:

, (5.1)

onde é a potência total consumida pelos pontos de luz, é a duração máxima

teórica do funcionamento da iluminação artificial (diurno) expressa em (h), é o factor de

dependência da ocupação, é o factor de dependência da luz natural.

A segunda expressão pondera o consumo anual, na ausência de iluminação artificial

(consumo equipamentos auxiliar), representado pela seguinte expressão:

, (5.2)

74 Casos de estudo

onde é a potência auxiliar total instalada nos sistemas de regulação dos locais ( ),

é o tempo total útil em horas de um ano standard (8760h), é a duração máxima teórica do

funcionamento da iluminação artificial (diurno) (h), é o factor de dependência da

ocupação.

Associando as duas expressões, obtém-se o consumo de iluminação anual (W) expresso em

(kWh/ano) de um local, representado pela seguinte expressão:

, (5.3)

As definições, , , e são apresentadas de seguida com maior pormenor:

O é a potência total consumida pelos pontos de luz, dos equipamentos

eléctricos e dos equipamentos de regulação luminosa. Inclui todo o consumo da

luminária (ponto de luz, equipamentos auxiliares e perdas).

O é a potência auxiliar total instalada nos sistemas de regulação dos locais

( ). É também a potência absorvida de todos os circuitos de regulação de um

local, quando a iluminação se encontra desligada.

O é o factor de dependência de ocupação. Permite considerar, a diminuição da

duração da actuação da luminária (exemplo: detecção de presença).

O é o factor de dependência da luz natural. Permite considerar, a diminuição

da duração do tempo de luz ligada, agrupada a uma célula crepuscular ou

interruptor horário.

5.2.2 - Interpretação dos cálculos para o consumo de iluminação

Para a realização do cálculo dos consumos anuais da expressão 5.3, deve-se em primeiro

lugar, calcular os diversos parâmetros que intervêm no consumo anual com a iluminação (W),

definidos de seguida:

A determinação dos valores de : para o caso de um edifício ou instalação

existente, a potência total consumida (Pn) e potência total instalada no sistema

(Ppc), deve ser medida ou estimada. Se não for possível obter ou medir esses

valores, serão atribuídos valores de referência no anexo (F) da EN15193, em

função do tipo de edifício.

A determinação dos valores de : São valores de referência fornecidos pelo

anexo (F) da EN15193 em função do tipo de edifício (tabela 5.1).


Tabela 5.1 — Valores retirados da tabela F1 da norma EN15193 [12].

A determinação de : é conveniente primeiro determinar o (factor ausência)

com ajuda de duas tabelas referenciadas nos anexos da EN15193, em função do

tipo de local, determina-se o (factor de ausência), utilizando a tabela 5.2, do

anexo D da tabela D.2.

Em função de e do sistema de regulação de luminosidade (interruptor manual,

manual ON/ auto OFF; auto ON/auto OFF), determina-se o na tabela 5.3, do

anexo D da tabela D.3.

Tabela 5.2 — Valores (Fa), retirados da tabela D2 da norma EN15193 [12].

76 Casos de estudo

Tabela 5.3 — Valores (Fo em função de Fa), retirados da tabela D3 da norma EN15193 [12].

A determinação de sem função crepuscular: é necessário calcular dois

coeficientes intermédios e .

1. Em função do nível de luminosidade do local (os níveis específicos da norma

EN12464, mediante o tipo de local) e do nível de penetração de luz natural

(nula, fraco, médio, elevada), determina-se o factor de acesso à

luminosidade do dia , para calcular, simular ou leitura na tabela 5.4, do

anexo C da tabela C.2b.

Tabela 5.4 — Factor da luz do dia (Fds), valores retirados da tabela C2b da norma EN15193 [12].

2. Em função do nível de penetração de luz natural e modo de regulação da

luminosidade artificial em função da luz natural (dia) (manual ou níveis

automático), determina o , factor de regulação da luminosidade artificial

em função da luz do dia (tabela 5.5).

Tabela 5.5 — , é a penetração da luz do dia, valores retirados da tabela C9 da norma EN15193 [12].


3. O calculo do em função de e de é representado pela expressão

seguinte:

, (5.4)

A determinação de com função crepuscular: a função crepuscular não foi

considerada na norma EN15193. No entanto para o estudo em causa foi

considerado esta função, contornando a norma com a expressão seguinte:

, (5.5)

onde P é a potência de iluminação artificial (W), é o coeficiente de redução dos

consumos à eventual detecção de presença, é o coeficiente de redução dos consumos

ligados à gestão de iluminação em função da luminosidade natural do local.

Este coeficiente horário , é calculado por cada hora do ano (de 1h a 8760h) em função

do seguinte:

Do sistema de gestão de iluminação: se é manual, de regulação, on/off

automático (em detecção de movimento);

Do nível da iluminação natural interior (Einat) do local: a iluminação natural,

depende do local geográfico (latitude), da superfície e orientação das janelas, da

hora do dia e da estação do ano.

A relação entre e a luminosidade natural interior segundo o tipo de gestão de

iluminação é representada na figura 5.5, usando como base, o cruzamento de dados entre as

tabelas 5.3, 5.4 e 5.5.

Figura 5.5 - Relação entre e a luminosidade natural interior.

78 Casos de estudo

A figura 5.5, ilustra-nos um exemplo comparativo de diversos comandos de iluminação

para um local de referência luminosa (Eiref) 300lux e influenciado pela luz natural. Confirma-

se que, os sistemas automatizados de iluminação, são muito mais eficientes, que os

comandos por interruptor e variação, na presença da luz natural. Mantêm-se ligados, só

quando necessário (linha verde e azul).

Na EN15193, se não considerarmos os consumos auxiliares (perdas nos equipamentos e

cabos), o consumo anual de iluminação será em Wh, pela expressão:

, (5.6)

onde é o coeficiente considerando o de detector de presença, semelhante a . Para

identificação, diluímos o valor do coeficiente , pelos diferentes sistemas de gestão de

iluminação em função da claridade natural do interior (expressão 5.7).

, (5.7)

O calculo de segundo a formula acima representada, não é realizável manualmente,

necessitando um programa de simulação agrupado a uma base de dados de um determinado

fabricante.

5.2.3 - Exemplo de cálculos de custo/investimento para uma sala de ensino

Para um melhor entendimento da sequência e utilização das tabelas mencionadas

anteriormente, as mesmas foram aplicadas a duas soluções distintas, baseados numa sala de

aulas. O primeiro, adquirindo alguns dados tabelados e elementos obtidos no local. O

segundo, obtendo o máximo de informações, com base teórica nas tabelas acima

mencionadas. Com base nestas informações, são apresentados as seguintes características:

Exemplo baseado nas tabelas teóricas e elementos obtidos no local:

o Uma área de 100m2;

o Presença de luz natural;

o Tem um sistema de controlo de luminosidade totalmente automatizado

com três níveis de luminosidade;

o Com funcionamento aproximadamente de 6horas/dia, nº horas ano

8760h/ano;

o Potência (Pn tabela 5.1), para uma sala de ensino, classe 1, é de

15W/m2;

o Preço por 1kW/(€) = 0,123.

1. Cálculo económico-financeiro:

Para o mesmo local obter os valores do consumo de iluminação, com e sem

solução de gestão de energia, pelas seguintes expressões:


, (5.8)

, (5.9)

, (5.10)

, (5.11)

(5.12)

, (5.13)

2. Cálculo económico de em kg/ano:

Considerando 1kW=(0,3 a 0,8kg ), aplicando a seguinte expressão:

, (5.14)

, (5.15)

3. Cálculo da amortização do investimento:

A amortização do investimento é calculada a partir da comparação do custo

do equipamento aplicado e da poupança anual em euros. Houve a

necessidade de obter um orçamento para o exemplo em estudo, considerado

o seguinte material:

Cabo para interligação dos sensores às luminárias;

Sistema de detecção (dupla tecnologia), para comando de três circuitos

individuais. Constituído por células e actuadores;

Mão-de-obra.

Analisando os valores de tabela de orçamentos (ver Anexo 2), o preço do

investimento, não ultrapassa os duzentos e cinquenta euros (250€00).

Podemos assim completar a seguinte expressão de amortização.

, (5.16)

çã çã €

€

, (5,17)

80 Casos de estudo

Pela norma EN15193, uma proposta só é considerada viável, se o seu investimento, tiver

uma amortização inferior a dois anos. Para o caso em estudo, temos um retorno de

investimento em menos de um ano. Pelo exemplo ilustrado na figura 5.6, pode-se concluir,

que a solução proposta, é perfeitamente viável e eficiente. Para consulta das restantes

tabelas da EN15193, consultar [12].

Figura 5.6 - Etiqueta eco eficiência, indicando poupança em € e CO2.

Esta informação permite ao investidor, instalador ou projectista saber se o estudo

realizado, proporciona uma boa solução.

Exemplo baseado nas tabelas teóricas:

o Uma área de 100m2;

o Presença de luz natural;

o Tem um sistema de controlo de luminosidade automatizado com três

níveis de luminosidade;

o Com funcionamento aproximadamente de 6horas/dia, pela tabela 5.1,

td=1800h/ano, e tn=200h/ano;

o Potência (Pn tabela 5.1), para uma sala de ensino, classe 1, é de

15W/m2;

o Factor de ausência (Fa)= 0,25=+-0,3 (tabela 5.2) e Factor de ocupação

(Fo)=0,8 (tabela 5,3);

o Factor de acesso luminoso (Fds), (tabela 5.4). Devido à ausência dos

factores de luz do dia para Portugal (latitude 40ºN), adoptou-se os

factores mais próximos, latitude 38º (Athenas), para valores de 500lux,

médio, obtém-se o valor de (Fds)= 0,8.

o Factor de penetração luminoso (Fdcn), (tabela 5.5), para valores médio,

sistema automático, obtém-se o valor de 0,77;

o Preço por kW/€ = 0,123.


1. Cálculo económico-financeiro:

Consumo anual económico de iluminação, será em Wh, pela

expressão:

, (5.18)

onde as suas definições, são apresentadas na expressão 5.3.

, (5.19)

2. Cálculo económico de em kg/ano:

Considerando 1kW=(0,3 a 0,8kg ), utilizando a seguinte expressão:

, (5.20)

,(5.21)

Figura 5.7 - Etiqueta eco eficiência, indicando poupança em € e CO2.

Comparando a figura 5.6, com a figura 5.7, verifica-se uma ligeira diferença (pouco

significativa) de resultados entre os dois exemplos. Estas diferenças têm a ver com a

obtenção de determinados elementos no local, que diferem das tabelas teóricas.

Por exemplo: no primeiro exemplo, considerou-se um determinado horário diurno, sem

adicionar um horário nocturno; no segundo exemplo, considerou-se um horário diurno e

nocturno teorico.

As diferenças de resultados advêm, a ligeiras alterações aos horários das escolas.

82 Casos de estudo

Pode-se concluir que, para um investidor, projectista e instalador, este método baseado

na Norma Europeia EN15193, torna-se uma excelente ferramenta de trabalho. Permite-nos,

na ausência de elementos (o seu funcionamento horário) realizar estudos técnicos e

económicos aos edifícios, obtendo valores muito próximos da realidade.

5.3 - Descrição de um equipamento teste desenvolvido para

ensaios de luminárias

Um projecto de iluminação deve ser realizado, como um todo, ou seja, não só deve

contemplar, com o tipo de lâmpadas e armaduras de iluminação, mas também com as

seguintes informações:

O tipo de arquitectura;

A cor da lâmpada que mais se adequa ao local (mais quente, mais fria (K));

O local onde deve ser instalada a luminária (chão, paredes, postes, suspensão);

O ambiente em que vai estar sujeito (exterior, interior);

O tipo de utilização (fachadas, circulação, interiores, WC, zonas administrativa, etc);

O comando mais adequado (mediante o tipo de utilização);

O tipo de repartição e subdivisão dos circuitos numa instalação;

O tipo de cabos a aplicar (varia mediante as distâncias).

No fundo, deve-se identificar e criar primeiro uma tipologia para cada instalação.

Com esse intuito e para uma melhor sensibilidade e escolha de diversas luminárias e

lâmpadas, em obra ou em projecto (apresentadas no capitulo 4), desenvolveu-se um

equipamento teste, para ensaios de luminárias.

A figura 5.8, ilustra-nos o esquema de montagem, constituído pelos seguintes

equipamentos e suas funcionalidades:

Interruptor diferencia (2P,25A, 30mA): foi colocado à cabeça da instalação,

permitindo fazer o corte geral e protecção contra contactos directos (protecção

de pessoas, com 30mA de sensibilidade) na instalação;

Disjunto (1P, 10A, p.d.c.6/10KA): foi instalado a jusante do interruptor

diferencial, permitindo uma protecção magnetotérmica, contra curtos circuitos e

sobre carga do circuito eléctrico;

Sinalizador: foi instalado a jusante do disjuntor, servindo de indicador de aviso,

para de circuito em tensão;

Interruptor horário digital (Na/Nf, 16A): foi instalado a jusante do disjuntor,

com o objectivo de controlo do circuito (on/off), através de cenários pré-

programados. (por exemplo: a simulação de um dia de aulas, numa sala de

ensino);

Contador electrónico (2P, 32A): foi ligado junto do barramento (Vermelho e

azul), controlados pelo interruptor horário, permitindo uma leitura (V, I, W e

kWh) programada.

Repartidor (2P, 100A): foi interligado com o quadro eléctrico, facilitando a

ligação das diversas luminárias;

Descrição de um equipamento teste desenvolvido para ensaios de luminárias 83

Quadro eléctrico (12 módulos): foi escolhido para a instalação dos

equipamentos, um quadro eléctrico de classe dois de isolamento, com porta e

chave, garantindo a protecção máxima para o utilizador.

Multímetro digital: aplicado para leitura de valores em diversos pontos dos

circuitos de iluminação.

Figura 5.8 - Esquema de ligações para realização de das medições.

A concepção da montagem ilustrada pela figura 5.8, permite com um baixo custo de

investimento, obter uma central de medida móvel, podendo instalar em qualquer local (tecto

falso, zona técnica, armários), com toda a segurança (protecção em classe II, curto circuitos

e contactos directos) para os utilizadores do espaço.

A central de medida, permite uma monitorização de leituras programadas e prolongadas,

através de um interruptor horário digital, podendo-se registar, monitorizar ou simular os

consumos dos cenários de iluminação existentes em diversos locais (figura 5.9).

Figura 5.9 - Imagem da montagem dos equipamentos que compõem a central de medida.

O propósito destes ensaios, servem para um termo comparativo, em relação ao consumo

das diversas luminárias existentes num edifício. Não só pelo consumo das lâmpadas, mas pelo

consumo do circuito de iluminação (equipamentos auxiliares, perdas pelos cabos e por

aquecimento). Leva-nos a verificar algumas variações significativas de potência, com alguns

circuitos.

Estes ensaios e medidas com as diversas lâmpadas, são apresentados nos temas seguintes

(casos de estudos em edifícios escolares), com interpretação das leituras obtidas.

84 Casos de estudo

5.4 - Casos de estudo em edifícios escolares

Neste ponto são caracterizadas algumas infra-estruturas existentes no distrito do Porto,

nomeadamente a três edifícios do Parque Escolar. Estas infra-estruturas são alimentadas sob

forma de energia eléctrica em MT, BTE e BT.

As visitas às três escolas foram realizadas com o objectivo de verificar os diversos tipos de

equipamentos instalados, tendo em conta: a arquitectura, localização, luz natural, luz

artificial, sistemas de comando, envelhecimento dos equipamentos e sua manutenção.

As visitas, foram realizadas a uma escola EB23 antiga (por restaurada) e a duas escolas

secundárias, recentemente restauradas.

5.4.1 - Escola de ensino S/3º ciclo antiga (por remodelar)

No âmbito do estudo de eficiência energética, foi realizado uma visita de estudo no dia

27 de Outubro de 2010, à Escola S/3º ciclo Daniel Faria, lugar Areal, 175 Baltar. O edifício de

ensino foi construído, com base nos modelos dos anos 80, edificado com a típica arquitectura

de uma escola dessa época (constituída por vários pavilhões interligados pelo exterior).

O objectivo da visita, foi de identificar eventuais anomalias e apontar soluções simples e

eficientes do ponto de vista económico e de rápido retorno de investimento.

Para atingir esse objectivo, foram inspeccionados os seguintes locais: Corredores, áreas

administrativas, WC´s, salas de aulas, sala polivalente, refeitório e cozinha, espaços

exteriores e pavilhão gimnodesportivo interior e exterior, ilustrado pelas figura 5.10 e 5.11.

a)Área administrativa b) Refeitório c) Corredores d) WC´s e) Pavilhão

Figura 5.10 - Imagens do interior da escola S/B3.

a) Exterior b) Com celula c) Exterior d) Polivalente e) Sala de aulas

Figura 5.11 - Imagens do interior e exterior da escola S/B3.

Verificou-se que, o consumo de energia deste edifício deriva essencialmente da

iluminação e do pouco equipamento informático existente (aquecimento por caldeira a gás).

Todos estes equipamentos são alimentados sob forma de energia eléctrica em BT,

tarifada no regime de BTE – Tétra-Horário, com potência contratada de 132 kVA.

Casos de estudo em edifícios escolares 85

Devido às características construtivas do edifício e ao seu horário de funcionamento, das

8:30 às 19:00, a iluminação artificial representa 70% do consumo anual do edifício (dados

obtidos pelo Director da escola, Dr. Carlos Santos, não confirmados). Pela análise de uma

factura concedida, correspondente ao período (11 Setembro a 13 de Outubro), verificou-se

que 70% de 918,17€, corresponde a um valor muito significativo de consumo de iluminação

(cerca de 640€ de gastos com iluminação).

5.4.1.1 - Identificação dos aspectos negativos

Depois da inspecção ao local, foram identificados algumas falhas do foro civil e

electrotécnico, de fácil resolução, abaixo identificados.

Os aspectos negativos registados são os seguintes:

Todas as divisões têm o tecto isolado a cortiça, tornando-os pouco eficientes a nível

de reflexão de luz natural e artificial. As salas, tornam-se locais muito escuros à luz

natural, obrigando um esforço adicional de luz artificial (figuras 5.10 e 5.11 (d, e));

Algumas divisões apresentam uma má distribuição de luz artificial (má disposição das

luminárias), devido a sucessivas pequenas ampliações e remodelações (exemplo:

figura 5.11 d);

Todos os locais apresentavam sistemas de comando tradicional (interruptores),

pontos de luz. Permite não tirar partido da luz natural, aumentando o consumo de

energia (desperdício). Por exemplo (figura 5.10 b e d): nos corredores, refeitório e

WC´s, luzes permanentemente ligadas;

Tanto no interior como no exterior, devido à falta de manutenção e envelhecimento

dos equipamentos, torna-se visível a deficiência luminosa dos equipamentos como:

Difusores sujos e envelhecidos pela luz natural/artificial (fim de vida) (figura 5.11 b e

c); iluminação fluorescente antiquada (T8), constituída por equipamento auxiliar de

elevado consumo (balastros magnéticos), difusores em fim de vida e alguns casos,

sem reflectores e sem difusor (figura 5.11 a);

No pavilhão gimnodesportivo, embora o tipo de iluminação tenha sido bem escolhida,

os tectos e paredes absorvem uma boa parte da luz artificial (tecto e paredes

escuras). Torna-se visível a falta de manutenção da parte civil, pois o pavilhão não

tira partido da luz natural vinda das clarabóias em fibra de vidro (envelhecidas pelo

tempo: fim de vida) (figura 5.10 e);

A iluminação exterior, devido à exposição permanente ao tempo, apresenta um grau

de envelhecimento muito adiantado (fim de vida). Mesmo tendo um tipo de lâmpada

adequado ao local, não tira o proveito máximo da sua luminosidade (figura 5.11 a, b,

c);

86 Casos de estudo

A área desportiva do exterior, fica limitada aquando a sua utilização em horários com

pouca luz, devido ao tipo de luminária não ser a mais adequado á prática desportiva,

tornando-se impossível uma boa distribuição luminosa (figura 5.11 a);

Devido ao tipo de escola, a ausência de salas laboratoriais, técnico-profissionais e à

existência reduzida de equipamento electrónico (computadores), máquinas (bombas

de calor, ar condicionado, variadores), o valor médio mensal a pagar de energia

reactiva é bastante baixo (entre 26 a 50 euros mensais). No entanto esse valor pode

ser reduzido para zero euros mensais.

5.4.1.2 - Medidas para remodelação do local

Depois de uma análise aos aspectos negativos acima mencionados, realça-se as medidas

de optimização adequadas à eficiência do custo/benefício do investimento, focando os

seguintes aspectos construtivos e eléctricos:

Criar mais claridade em todas as salas com tectos em cortiça e paredes escuras,

aplicando uma simples pintura clara adequada para estes materiais. Aumenta-se em

muito o factor de reflexão, tanto para a luz natural como para a luz artificial;

Criar mais claridade no pavilhão gimnodesportivo, mudando as clarabóias e pintar

paredes e tecto de cor clara. Permite um aumento do factor de reflexão;

Modernizar toda a iluminação exterior, trocando as armaduras de iluminação e

aplicar lâmpadas adequadas (mercúrio a alta pressão), mantendo os postes de

suportagem das luminárias. Comandar a iluminação exterior com interruptores

astronómicos, permitindo uma maior eficiência e gestão energética;

Modernizar as armaduras fluorescentes, para lâmpadas do tipo T5 (as mais eficientes

e de melhor rendimento), poupando de imediato, cerca de 30% no custo com a

iluminação [20];

Para o caso de recuperação das armaduras existentes, basta substituir as lâmpadas

antigas por ―Kit´s‖ conversores, apropriados para lâmpada tipo T5 (com ou sem

reflector). É de instalação rápida, poupando de imediato, cerca de 20% no custo com

a iluminação (figura 5.12),

Figura 5.12 - Imagem comercial de um kit conversor T8-T5 sem e com reflector [28].


Automatizar as zonas de circulação interiores e exteriores (wc, corredores, zonas de

circulação entre edifícios) com simples detectores de movimento de tecnologia por

infravermelhos, permitindo a sua actuação automática, em caso de ausência de luz

natural;

Subdividir os circuitos de iluminação exterior, para um melhor controlo automático

por interruptores astronómicos;

Subdividir os circuitos de iluminação interior (salas de aulas, refeitórios), para um

melhor controlo automático por sensores de dupla tecnologia (infravermelhos e

ultrassónico). A supressão dos interruptores tradicionais, permite uma total eficiência

e gestão de energia, podendo reduzir-se custos na iluminação, na ordem dos 50%,

pela norma EN15193;

Depois de um breve estudo da factura da EDP, existe a possibilidade de reduzir a

totalidade dos custos com a energia reactiva. Com esse intuito, fez-se a correcção do

factor de potência, adicionando uma bateria de condensadores devidamente

dimensionada para a instalação em causa. (Ver folha de cálculos e orçamento em

Anexo 1).

Estas simples alterações, aplicadas mediante a norma EN15193, num edifício existente e

remodelado, permitem uma diminuição de custos de , condição para ser classificado

como edifício de baixo consumo (BBC).

As soluções encontradas, devem obedecer a um retorno do investimento, indicado na

EN15193 ( ).

Para uma melhor compreensão, foi feito um estudo mais à frente, baseado num edifício

escolar (modelo), com base na norma europeia EN15193.

Realizou-se uma proposta, da correcção do factor de potência, para a escola em estudo.

Apresentou-se a solução ideal do conjunto de baterias de condensadores e custo de

investimento (figura 5.13). (Ver cálculos e características técnicas em Anexo 1).

Figura 5.13 – Tipo de baterias e orçamento baseado num fabricante especialista ―Alpes

Tecnologie‖[16].

88 Casos de estudo

Pela análise das facturas de EDP, obteve-se um valor médio anual de custos com a energia

reactiva de (480€/ano). Conclui-se que a solução acima mencionada, é uma solução viável,

pois permite um retorno de investimento inferior a dois anos (757,08/480 = 1,58 anos para

amortização).

Afim de facilitar a escolha e cuidados a ter com diversas luminárias (consumos,

manutenção), foram de seguida realizados vários ensaios a algumas luminárias (novas) e

ensaios com luminárias (envelhecidas) do mesmo tipo, obtidas no local escolar.

5.4.1.3 - Ensaios realizados com luminárias existentes no edifício escolar

Estes ensaios, permite-nos obter uma percepção real, dos consumos de uma luminária,

quando instalada no local para que foi destinada.

Faculta-nos valores em percentagem, da diferença entre a indicação do consumo da

lâmpada e do consumo real depois de instalado. A obtenção destes valores de consumo real,

torna-se importante para um projectista ou instalador. Permite-lhes antecipar alguns

problemas, quanto à escolha de certas luminárias, como por exemplo: aquecimento nos

circuitos, tipo de cabo a utilizar, equipamento auxiliar, melhor dimensionamento dos

disjuntores, eficiência energética.

Permite-nos fazer também uma comparação de eficiência entre consumos com luminárias

novas e usadas (importante para manutenção).

Os ensaios foram realizados numa sala escolar, com objectivo de simular um circuito de

iluminação, equipado e montado da seguinte forma:

Ligação da armadura de iluminação à central de medida, por um cabo de

2x1.5mm com 8metros de comprimento;

Obtenção de leituras de 30 em 30 minutos (U, I, P);

Verificação do comportamento da luminária (calor, ruído);

Medidas realizadas para cada ensaio, com uma duração total de 2h30min., tempo

médio de funcionamento permanente duma luminária numa sala de ensino.

A figura 5.14, ilustra-nos, algumas imagens relacionadas com o estudo feito, para diversas

luminárias.

a) b) c) d)

Figura 5.14 - Algumas imagens de ensaios e medidas de diversas lâmpadas: a) fluo-compacta; b) T5;

c)Led´s; d) T8.


Analisando a tabela 5.6, podemos concluir, que a diferença (%), entre a indicação do

consumo das lâmpadas (pelo fabricante) e o consumo real medido no local, é nalguns casos

muito significativos.

Verifica-se sem surpresa, que os circuitos de maior consumo, são os que têm balastro

electromagnético. No entanto o pior consumo, verifica-se no circuito com luminária fluo-

compacta, 9W e balastro electromagnético. O balastro tem muitas perdas por aquecimento,

devido à sua constituição. Embora tendo uma lâmpada de baixo consumo, tem sempre as

mesmas perdas com o seu equipamento auxiliar, sendo uma grande desvantagem a sua

utilização para baixas potência.

É de evidenciar a lâmpada economizadora que, embora devidamente registada (em %) a

sua fragilidade no arranque devido à sua pouca luminosidade, melhora a sua eficiência ao

longo do tempo, tornando-se uma lâmpada excelente para iluminação de circuitos

permanentes.

De todas as lâmpadas tubulares (tabelas 5.6), a lâmpada T5 é sem dúvida a melhor

solução, tornando-se imbatível, quanto ao seu consumo, formato, longevidade e

luminosidade. É sem dúvida a que tem menor consumo (P e I), como confirma os gráficos das

figuras 5.15, 5.16 e 5.17, sendo a melhor solução para edifícios escolas.

Por fim, analisando o circuito de led´s, podemos confirmar, que é realmente o circuito

mais eficiente a nível de consumo e perdas. Não há dúvida que o futuro da iluminação passa

pelos led´s, no entanto necessita de melhorias, quanto à sua luminosidade e competitividade

(preço muito elevado).

Por este facto, não foi considerado este tipo de lampas (led´s), para o estudo da

eficiência energética num edifício escolar.

90 Casos de estudo

Tabela 5.6 — Valores obtidos dos ensaios com as diversas luminárias novas.


Figura 5.15 - Comparativo de consumos (W) entre vários tipos lâmpadas fluorescentes.

O gráfico da figura 5.15 ilustra-nos os consumos e o comportamento dos diversos tipos de

lâmpadas (W), ao longo do tempo (obtidos pela tabela 5.6). É notório o elevado consumo da

lâmpada T8 com balastro electromagnético (linha verde), que torna-se a menos eficiente

devido às características construtivas do seu balastro (baixo rendimento). É de evidenciar o

seu elevado ruído (vibração das chapas do seu balastro) durante os primeiros minutos de

funcionamento. Só depois do aquecimento do seu balastro, a luminária torna-se menos

ruidosa e atinge a sua luminosidade máxima (figura 5.15, linha verde).

Em contrapartida a lâmpada T5 (linha vermelha), pela sua tecnologia mais recente, tem

um balastro electrónico mais eficiente (alto rendimento) (mencionado no capitulo 4).

Figura 5.16 - Comparativo de consumos (I) entre vários tipos lâmpadas fluorescentes.

92 Casos de estudo

O gráfico da figura 5.16 ilustra-nos os consumos e comportamentos dos diversos tipos de

lâmpadas (I), ao longo do tempo. Torna-se mais evidente, o elevado consumo de corrente

para a lâmpada do tipo T8 com balastro electromagnético. O elevado consumo de corrente,

vem do baixo rendimento do seu equipamento auxiliar (balastro), provocando uma elevação

da temperatura em todo o seu circuito de iluminação, acelerando a degradação dos cabos,

armaduras de iluminação e equipamentos auxiliares.

Figura 5.17 - Comparativo de consumos (%), entre potência indicativa nas lâmpadas e potência real na

instalação.

O gráfico da figura 5.17 ilustra-nos o comparativo do consumo em (%), entre potência

mencionada nas lâmpadas e potência de consumo real numa instalação, por ponto de luz.

Permite-nos verificar uma certa discrepância entre esses dois valores. Esse diferencial,

aumenta devido ao tipo de lâmpada, equipamento auxiliar (balastro), tipo de cabo e tipo de

instalação. É sem dúvida uma percentagem a ter em conta, aquando da execução de um

projecto ou instalação, pois a potência das luminárias indicada pelos fabricantes, é referente

às lâmpadas e não ao conjunto.

A tabela 5.7, ilustra-nos medições realizadas a luminárias antigas recentemente retiradas

de serviço pelo serviço de manutenção do edifício escolar.

Estas medições foram realizadas com objectivo de poder-se comparar os seus valores de

consumo de potência, com os valores apresentados na tabela 5.6 acima anunciada.

Depois de uma análise às duas tabelas (luminárias novas e antigas), verificou-se um

esperado aumento dos consumos de potência, por parte dos valores expostos na tabela 5.7.


Tabela 5.7 — Valores obtidos dos ensaios com as diversas luminárias Antigas (dois anos de vida).

As figuras 5.18, 5.19 e 5.20, mostram-nos um comparativo de consumos de potência entre

luminárias do mesmo tipo (a azul, envelhecidas e a vermelho, novas).

Figura 5.18 - Comparativo de consumos de Potência, entre lâmpadas envelhecidas e novas, do tipo T8

36W / balastro electrónico.

38

39

40

41

42

43

44

45

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Antigo P[W]T8-36W-b.elec.

Novo P[W]T8-36W-b.elec.

Tempo [h]

94 Casos de estudo


36W / balastro electromagnético.


31W / balastro electrónico.

Verifica-se que para os três casos em estudo, as luminárias (de 2 anos de vida) sofrem

uma forte penalização devido ao envelhecimento, não só pela sua fonte de luz, mas também

pelo seu conjunto (circuito de iluminação).

Estes ensaios tem como objectivo, alertar para a importância da manutenção contínua

num edifício escolar.

0

10

20

30

40

50

60

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Antigo P[W]T8-36W-b.elec.mag.

Novo P[W]T8-36W-b.elec.mag.

Tempo [h]

29

30

31

32

33

34

35

36

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Antigo P[W]T5-36W-b.elec.

Novo P[W]T5-36W-b.elec.

P [

W]

Tempo [h]


5.4.2 - Escolas de ensino secundário remodeladas

No âmbito do estudo de eficiência energética, foram realizadas duas visitas de estudo no

dia 11 e dia 29 de Novembro de 2010, a duas escolas secundárias (Gonçalo Zarco e António

Sérgio), recentemente remodeladas e ampliadas.

O objectivo das visitas, foi de verificar, se para estes edifícios escolares, foram criados

soluções com a preocupação de os tornar mais eficientes energeticamente. Foi também com

o propósito de identificar eventuais anomalias e apresentar as medidas para melhoria desses

espaços.

Para atingir esse objectivo, foram mais uma vez, inspeccionados os seguintes locais:

Corredores, áreas administrativas, WC´s, salas de aulas, sala polivalente, refeitório e

cozinha, espaços exteriores e pavilhão gimnodesportivo interior e exterior (figuras 5.20, 5.21,

5.22).

a) Iluminações parque b) Pavilhão multiusos c) Ilum. circulação d) Sala de aula/informática

Figura 5.20 - Imagens do interior da escola Secundária.

a) Biblioteca b) Sala de laboratório c) Laboratório de máquinas d) Corredor


96 Casos de estudo

a) Bar refeitório b) Corredores c) Corredores d) luminária corredor


Constatou-se que estes edifícios escolares tinham uma arquitectura de restauros

(materiais e equipamentos) muito semelhantes. Embora exista um manual do parque escolar

(entidade que fiscaliza as escolas secundárias) [29], concebido como guia para os

intervenientes nos restauros (arquitectos, civil, projectistas), é simplesmente indicativo e

não vinculativo. Serve para apoio da concepção de um caderno de encargos.

A coincidência das semelhanças entre as duas escolas, veio pelo facto dos projectos

terem sido criados e seguidos pelo mesmo gabinete de arquitectura.

Foi registado com agrado, a preocupação com o aproveitamento máximo da luz natural. O

mesmo não se pode dizer em relação à luz artificial.

As imagens das figuras 5.20, 5.21 e 5.22, confirmam grandes melhorias na qualidade e

tipo de equipamentos aplicados em relação ao passado.

5.4.2.1 - Identificação dos aspectos negativos

Depois da inspecção ao local, foram identificados algumas falhas a nível civil e

electrotécnico, de fácil resolução, apresentados de seguida.

Os aspectos negativos registados são:

Pelo facto de pintar-se o interior dos tectos falsos de preto, realça esteticamente a

luminária mas, prejudica-a a nível de reflexão de luz artificial. O tipo de luminária

não tem reflector, devido à sua reduzida dimensão (figuras 5.21 d, 5.22 b,c,d);

O espaço do polivalente, embora tendo uma iluminação adequada, tem um tecto em

madeira, absorvendo grande parte da luz natural e não reflectindo a luz artificial,

verificando pela imagem da figura 5.20b;

Os circuitos de iluminação exterior de circulação, não estão suficientemente

fraccionados. (exemplo: parte da iluminação de circulação está interligada com a

iluminação de fachada);

A iluminação exterior do recinto desportivo com cobertura, está interligada com a

iluminação do estacionamento;


Todas as salas de ensino, biblioteca zona administrativa, polivalente, refeitório e

Wc´s, apresentam sistemas de comando por interruptores, para utilização dos pontos

de luz. Esse tipo de comando, não permite tirar partido da luz natural, aumentando o

consumo de energia (desperdício). Por exemplo (figura 5.20a, 5.21a), a biblioteca, o

refeitório e WC´s, têm as luzes permanentemente ligadas;

O sistema de comando da iluminação do polivalente é feito por interruptores,

localizados no quadro eléctrico do local (interruptores modulares sem sinalização);

Depois de uma analise a algumas facturas da EDP, verificou-se, a ausência da

correcção do factor de potência. O valor médio a pagar mensalmente de energia

reactiva, ronda os 80€/mês, fomentado por (iluminação fluorescente, lâmpadas

economizadoras, bombas de calor e diversas máquinas).

5.4.2.2 - Medidas e classificação dos espaços para melhorias do local

Tendo em atenção os aspectos negativos mencionado no ponto anterior (5.4.2.1), são

evidenciadas as medidas adequadas à eficiência do custo/benefício do investimento.

Com base nesses elementos obtidos no local, adoptou-se como modelo para a aplicação

da norma EN15193, a Escola Secundária António Sérgio, apresentado de seguida.

Foi inicialmente elaborado um levantamento no local para proceder á sua classificação.

Permite-nos, uma melhor identificação das necessidades, quanto ao tipo de comando a

aplicar para determinados locais. Tendo classificado os seguintes espaços:

Espaços de ocupação temporária: Espaços de ensino, gabinetes de docentes e

gabinetes de atendimento;

Espaços de ocupação permanente: Áreas administrativas, biblioteca, reprografia,

cafetaria refeitório e cozinha;

Espaços de ocupação breve: Balneários e instalações sanitárias;

Espaços de circulação: Corredores e escadarias;

Espaço Polivalente / Sala de Exposições;

Áreas desportivas;

Espaços exteriores: Iluminação exterior para fins desportivos; Iluminação exterior

para fins de circulação.

Depois da sua classificação, foi realizado um estudo luminotécnico adequado quanto: ao

tipo de iluminação, planificação do espaço, tecnologia de comando a aplicar e instalação

adequada, para maximizar a sua eficiência energética e gestão de energia.

As características luminotécnicas das luminárias e equipamentos auxiliares do estudo em

causa, estão devidamente documentadas em Anexo 2.

5.4.2.2.1 - Espaços de ocupação temporária

A visita a duas escolas remodeladas recentemente, teve como objectivo, a obtenção de

dados como: tipos de materiais aplicados e tipo de arquitectura. Verificou-se que todas as

98 Casos de estudo

salas tinham luz directa. No entanto, devido à limitação arquitectónica, a luz natural vinha

do fundo das salas (pouca luz e má exposição). Identificou-se, a existência de algumas salas

de ensino, de maiores dimensões e com boa exposição solar.

Para optimizar desses espaços, foram criadas três soluções distintas, com algumas

alterações em relação ao tipo de comando, apresentadas de seguida:

Salas de Ensino de dimensões normais (com pouca luz directa):

Para este tipo de sala de ensino (inclui salas de computadores, desenho e laboratórios

físico-química), deve-se instalar um sensor de dupla tecnologia, para controlo de

iluminação, do tipo fluorescente com reflector e lâmpadas T5 / 35W. O seu controlo

será do tipo ausência/presença, com as seguintes características:

o A iluminação é inicialmente ligada de forma manual (botão de pressão) e

desliga-se automaticamente, quando não detecta ocupantes num espaço

(figura 5.23a);

o Permite ao ocupante á saída da sala desligar o circuito manualmente,

encurtando a temporização automática (desligar). Esta função específica,

permite ao utilizador do espaço, tornar-se eco-responsável;

o Tem controlo de regulação crepuscular, permitindo ou inibindo a actuação da

iluminação mediante a sua pré-regulação de intensidade luminosa (20 a

1000lux);

o Tem regulação de temporização de actuação automática (tempo que demora

a desligar um circuito, quanto à ausência de movimento);

o Com duas entradas para botões de pressão, cada fileira de armaduras pode

ser sobreposta manualmente a qualquer altura (figura 5.23b), utilizando um

ou dois circuitos de iluminação;

a) b)

Figura 5.23 - Esquema unifilar do controlo de iluminação por a) detectores de presença e b) actuador 2 saídas [17].

Salas de Ensino de grandes dimensões (com boa luz directa):

A existência de algumas salas de ensino mais amplas (inclui laboratórios técnico

profissionais) e com boa exposição solar, leva-nos a considerar na instalação, vários

sensores de dupla tecnologia, para controlo por níveis de iluminação.


O controlo de iluminação, será em todo semelhante ao ponto anterior. Este tipo de

solução tem como objectivo, uma combinação perfeita entre luz natural e artificial.

Permite-nos um ajuste do nível de luminosidade para as diferentes actividades

exercidas nesse espaço. Tem a vantagem, de não necessitar de balastros electrónicos

variadores (elevado custo), necessitando apenas de uma maior repartição de circuitos

de iluminação. Torna-se assim a solução custo / retorno de investimento, mais viável.

O exemplo da figura 5.24, apresenta-nos uma solução com três circuitos de

iluminação independentes, controlados por três níveis de iluminação diferentes

(programado). Actuando o sensor, programado inicialmente para uma percentagem

de luminosidade menor, activando por sua vês o seu circuito de iluminação.

Figura 5.24 - Controlo de luminosidade combinado (luz natural/artificial) [17].

Os três circuitos podem ser controlados por dois actuadores (cada um pode activar

dois circuitos independentes).

Salas de práticas oficinais, electricidade e automação:

Em todo semelhantes às salas de ensino de grandes dimensões, evidenciando-se num

pé direito bastante maior.

O seu controlo de iluminação será semelhante ao ponto anterior, variando no tipo de

iluminação. Devido ao elevado pé direito (+-6m), é aplicado dois tipos iluminação

combinadas. A um nível alto, uma iluminação com lâmpadas de mercúrio de alta

pressão e a um nível baixo (+- 4m), uma iluminação fluorescente (T5 / 41W). Esta

solução permite-nos com as lâmpadas de mercúrio, iluminar uma vasta área a baixo

custo e com a iluminação fluorescente, ultrapassar o problema do tempo de arranque

do balastro das lâmpadas de mercúrio. Combinando os dois tipos de iluminação,

pode-se compensar a deficiente restituição cromática (cor), com uma iluminação

fluorescente mais próxima da área de trabalho.

5.4.2.2.2 - Espaços de ocupação permanente

Estes espaços de ocupação permanente, não são muito grandes, tendo os maiores, luz

directa (áreas administrativas, biblioteca, cafetaria / refeitório) e os mais pequenos,

(reprografia, papelaria e cozinha) luz indirecta.

O seu controlo de iluminação, devido à presença permanente de utilizadores, deve ser

feito por um sensor de ocupação / presença com tecnologia por infravermelhos (IV), com

iluminação do tipo fluorescente de lâmpadas T5 / 31W e com reflector incorporado. O sensor

100 Casos de estudo

instalado no tecto ao centro da sala, permite-nos controlar os diversos circuitos de

iluminação. Acende e apaga a iluminação em resposta à ocupação do espaço.

Para áreas pequenas: usa-se a mesma lógica de controlo e instalação representado no

esquema unifilar da figura 5.23a e 5.23b anterior. Só diferem no tipo de sensor e da ausência

de botões de pressão.

Para áreas grandes: usa-se a mesma lógica de controlo e instalação, representado no

esquema unifilar da figura 5.24 anterior. Só diferem no tipo de sensor e da ausência de

botões de pressão.

Para as áreas administrativas e biblioteca, foram contemplados alguns pontos de luz de

apoio (candeeiro de mesa, com led de alta intensidade luminosa com interruptor

incorporado), para uma melhor luminosidade mais localizada.

5.4.2.2.3 - Espaços de ocupação breve

São locais normalmente com e sem luz natural. Para esta tipologia de área (casa de banho

e balneários), foram considerados dois circuitos de iluminação. Um para zona de lavatórios e

urinóis (homens) e outro para zona das sanitas. Permite-nos uma melhor eficiência energética

e gestão de energia, quanto à sua ocupação.

A iluminação será do tipo fluorescente com lâmpadas T5 / 31W e reflector.

O controlo dos circuitos de iluminação tem as mesmas características técnicas que os

pontos anteriores (5.4.2.2.1, sala de ensino com dimensões normais). Diferem-se no tipo de

sensores, tendo duas tecnologias distintas.

Verifica-se pela figura 5.25, que o circuito com sensor de parede (DP), é um sensor de

ocupação / presença com tecnologia por infravermelhos (IV). O outro circuito é controlado

por um ou vários (dependendo da configuração do espaço) sensores de tecnologia ultra sónico

(D), instalado no tecto, como podemos visualizar na figura 5.25.

Esta ultima, permite uma melhor eficiência, na detecção de movimentos com presença de

obstáculos (regulação e orientação da célula).

a) b) c)

Figura 5.25 - Controlo de iluminação por ultra sons (US) e infravermelhos (IV), a) Wc e b) balneários

(imagem do autocad) e c) Wc em 3D [17].

5.4.2.2.4 - Espaços de circulação (corredores e escadarias)

A iluminação dos espaços de circulação deve ser do tipo lâmpadas ―master TL-D Reflex

Eco” (figura 5.26b), com reflector incorporado na própria lâmpada. Permite-nos reduzir na


dimensão da armadura interagindo com a estética do edifico, é mais económico e de menor

manutenção.

a) b) c)

Figura 5.26 - Exemplo para lâmpada a) T8 sem reflector, b) T5 com reflector incorporado [21] e c)

exemplo duma armadura T5 / 41W, sem reflector, da (foto do local [Expolux]).

Toda a iluminação de circulação (T5/32W) (figura 5.26c), deve estar associada a sensores

crepusculares, interligadas a um comando horário, ligado a um sistema de informação horária

e Gestão Técnica Centralizada (GTL), com o seguinte critério:

Desligado, quando a leitura da célula atinge uma luminosidade .

Liga, quando a leitura da célula atinge uma luminosidade .

O comando horário está relacionado com o horário de funcionamento das aulas, isto é: o

sistema liga a iluminação durante os intervalos e desliga-a no período de funcionamento das

aulas, para um terço da sua luminosidade.

Para controlar este tipo de iluminação, é necessário fraccionar os seus circuitos, com um

numero de lâmpadas mais reduzido e intercalando-as de forma a manter uma uniformidade

de fluxo luminoso ao longo dos corredores (figura 5.27).

Figura 5.27 - Exemplo (imagem do autocad) de um corredor comandado por GTC com sensores crepusculares de 3 circuitos de iluminação fraccionados em 3 níveis.

Nestes locais, não foram contemplados detectores de movimento, devido ao fluxo de

circulação administrativo nos corredores. O ligar/desligar constante, levaria rapidamente à

degradação das lâmpadas, dos seu equipamento auxiliar e aumento de harmónicas (ruídos

parasitas) nos circuitos.

O sistema de gestão técnica sendo ele, principalmente um sistema horário, permite-nos

interagir, com os circuitos de iluminação exterior (fachadas e circulação).

102 Casos de estudo

A figura 5.28, representa um esquema unifilar do modo de funcionamento do controlo e

gestão técnica da iluminação em questão. O sistema de comanda da iluminação é feito,

através da actuação por relés com contactos inversores, actuando de seguida nos diversos

equipamentos a eles associados. Permite também interagir com o sistema informático, para

fins estatísticos.

Figura 5.28 - Esquema unifilar simplificado da gestão técnica centralizada [24].

Após o fecho da Escola, a iluminação de circulação deve-se desligar pela GTC (Gestão

técnica Centralizada), situada na recepção.

5.4.2.2.5 - Espaço Polivalente / Sala de Exposições / Área Desportiva

Em todo semelhantes às salas de ensino de grandes dimensões, evidenciando-se num pé

direito bastante maior.

O controlo de iluminação será semelhante ao ponto anterior (5.4.2.2.1, salas de aulas de

grande dimensão), variando no tipo de iluminação. Devido ao elevado pé direito (+-8m), é

aplicado dois tipos iluminação combinadas. Ambos instalados a um nível alto (+-7m), com

difusores de protecção anti-vandalismo (IK10), com as seguintes características de

iluminação:

Lâmpadas de alta pressão de sódio: é uma iluminação mais cara, mas permite-nos,

com um número reduzido de lâmpadas de baixa potência (100W), uma elevada

eficiência luminosa (120lm/W) e de pouca manutenção (elevado tempo de vida).

Sendo o local considerado de multiusos, pode servir de sala de exposições, dando-nos

uma boa restituição cromática (cor) (IRC alto, entre 81 e 96 %). Devido ao seu tempo

de acendimento e reacendimento, ser elevado (desvantagem), deve-se combinar com

uma iluminação auxiliar de arranque directo (figura 5.26b acima).

Lâmpadas fluorescentes T5 / 58W com reflector na lâmpada: é a iluminação mais

adequada para combinar com a iluminação acima referenciada. Tem uma boa

restituição cromática (cor), longa duração e podendo ter uma temperatura de

lâmpada semelhante às lâmpadas de sódio. Têm como grande vantagem o


acendimento directo, podendo assim funcionar com cenários (teatro, conferencias,

projecções), quando se pretende nível de luminosidades diferentes. Tendo o local um

pé direito elevado, foi previsto um tipo de lâmpada florescente (recente), com um

difusor incorporado na própria lâmpada, elevando assim a sua eficiência energética

em 30% a 50% (para lâmpadas master TL-D Reflex Eco). Este sistema permite

direccionar de 85% da luz para o plano de trabalho pretendido (figura 5.26a,b)

anterior) [21].

A combinação dos dois tipos de iluminação será apropriada para a realização de

exposições, teatros e conferências. Foi acrescentado para esse fim, um telecomando para

controlo dos diversos circuitos de iluminação (on/off), para melhorar o conforto e

flexibilidade dos cenários pretendido. Assim, de qualquer ponto, a iluminação poderá ser

comandado á distância por infravermelhos (IV).

Por exemplo, em funcionamento como sala de conferência, o orador tem o poder total no

controlo de iluminação, facilitando a sua apresentação.

Quando o local é utilizado para actividades desportivas, poderá ser suficiente a utilização

da iluminação de alta pressão de sódio.

Todo este sistema de iluminação será também comandado localmente, através de botões

de pressão instalados no quadro eléctrico (figura 5.29) (estudos luminotécnico no Anexo 2)

Figura 5.29 - Controlo de iluminação com telecomando (fluorescente/alta pressão de sódio), para o

pavilhão multiusos (imagem do autocad).

5.4.2.2.6 - Espaços exteriores para fins de fachada e circulação

A iluminação exterior de circulação e fachadas tem como objectivo de garantir, durante o

período de funcionamento da escola, um nível de iluminação adequado no espaço escolar, no

104 Casos de estudo

que respeita às condições de circulação de peões e de veículos (quando aplicável), facilitando

a segurança na detecção atempada de obstáculos e identificação de pessoas.

Esta iluminação deve controlar o perímetro da escola. No entanto, e uma vez que a

escola por norma se situa num meio urbano, devera ter-se em atenção à iluminação publica

circundante.

Os níveis de iluminação a considerar nos cálculos luminotécnico para iluminação exterior,

são os mencionados na norma EN 12464-2, (tabelas 5.1 e 5.9), nos itens aplicáveis. Contudo,

uma vez que a norma não prevê os vários tipos de iluminação exterior que poderão existir

numa escola, deve-se considerar os seguintes valores:

Controlo da periferia da Escola—1 lux, no mínimo.

Zonas de circulacao—10 lux, media.

Para assegurar as necessidades acima referenciadas, foi escolhido dois tipos de circuitos

de iluminação, apresentados de seguintes:

Circulação com iluminação permanente: A iluminação de fachadas e de circulação,

são constituídas por circuitos com projectores equipados com lâmpadas de mercúrio a

alta pressão (para circulação) (figura 5,30a). O seu comando será automatizado

através de interruptores horários astronómicos, comandado directamente do quadro

eléctrico. Este equipamento de comando torna-se eficiente, pois não necessita de

célula fotoeléctrica (menos manutenção). O interruptor astronómico deve estar

ligado em serie com o interruptor horário da gestão técnica centralizada, constituído

por várias saídas de comando. Essas saídas de comando, são programadas para

actuação em horários predefinidos, permitindo um controlo de iluminação de fachada

(por exemplo: liga às 0h00 e desliga às 6h00). Para a iluminação de circulação,

propõe-se, ligar no crepúsculo e desligar à 0h00 (figura 5.30b).

Circulação com iluminação intermitente: Esta iluminação tem como objectivo

intercalar com a iluminação de circulação permanente. É constituída por circuitos

com projectores de aparência idêntica aos anteriores, equipados com lâmpadas fluo-

compactas de quatro pinos ou lâmpadas economizadoras, permitindo uma maior

eficiência a nível de consumos, uma regulação de sensibilidade luminosa à luz

natural, tendo um tempo de abertura e regulação na sua detecção. O seu comando

será automatizado por detectores de movimento de tecnologia (hiper-frequência).

Tem como grande vantagem, o de poder ser integrado dentro do próprio difusor,

evitando assim eventuais vandalismos e manutenção (figura 5.30c).

a) b) c)

Figura 5.30 - a), b) e c), projector para fachada e circulação com e sem coluna, interruptor astronómico, detector por hiper-frequência [20] [17].


5.4.2.2.7 - Espaços exteriores para fins de estacionamento

A iluminação exterior para o estacionamento, tem como objectivo em manter uma

iluminação de presença, evitando eventuais zonas de fraca luminosidade, susceptíveis a

vandalismos.

A iluminação mais adequada será, a instalação de um mínimo de colunas de iluminação

com 10 metros de altura (maior área abrangente). Cada uma constituída por quatro pontos de

luz. Os projectores serão equipados por lâmpadas de mercúrio a alta pressão (figura 5.31a).

São comandadas por interruptores astronómicos e ligados em serie com um interruptor

horário da gestão técnica centralizada (GTC), instalados no quadro eléctrico, permitindo por

exemplo: ligar no crepúsculo e desligar à 0h00, combinando com a iluminação de fachada,

que irá estar activa a partir da meia-noite.

5.4.2.2.8 - Espaços de actividades desportivas exterior com e sem cobertura

A iluminação exterior para fins desportivos tem como objectivo, durante o período de

utilização dos espaços destinados ao ensino, bem como nos espaços destinados à utilização

pela comunidade exterior à escola, garantir um nível de iluminação adequado às práticas

desportivas que aí se desenvolve.

O tipo de iluminação será idêntico ao ponto anterior (lâmpadas de mercúrio a alta

pressão). No entanto o comando dos circuitos de iluminação, serão puramente manual,

manobrados por interruptores luminosos, a partir do quadro eléctrico.

Para as actividades desportivas com cobertura, foi considerado dois níveis de iluminação,

com projectores suspensos ao tecto, com características técnicas adequadas para o efeito

(figura 5.31b).

Para actividades desportivas sem cobertura, foi considerado dois níveis de iluminação

com colunas de 6 metros de altura, com diversos projectores orientáveis, distribuídas de

forma a criar uma uniformidade na distribuição de fluxo luminoso (figura 5.31c).

a) b) c)

Figura 5.31 - a) Projector 4 lâmpadas 150W 10metros de altura, b) 150W 4 metros de altura e c) 100W suspenso [20].

5.4.2.2.9 - Iluminação de segurança (Emergência)

Um edifico escolar estando classificado como, edifício de acesso ao público, tem

obrigatoriamente que ter uma iluminação de segurança adequada, conforme as normas

(RTIEBT-801.2.1.5.3.1.3).

106 Casos de estudo

A iluminação de segurança a implementar neste local, será constituída por blocos

autónomos equipados com uma lâmpada fluorescente permanente. Para facilitar a sua

manutenção, foi escolhido uma iluminação de segurança com auto teste incorporado,

permitindo periodicamente (de 3 em 3 semanas) fazer testes de avaliação ao bloco

autónomo, em relação ao seu bom funcionamento.

A iluminação de segurança será, para efeitos normativos e de poupança de energia,

equipada com um telecomando, interligado com todas as luminárias de segurança, através de

um bus (2 fios 9V) (figura 5.32 direita). Vai-nos permitir, com um interruptor de chave ou

horário instalado junto à portaria, inibir as luminárias de segurança, aquando o encerramento

da escola.

Para voltar ao estado de vigilância, basta actuar o interruptor chave junto do

telecomando. Permite-nos activar a alimentação da iluminação do local (recepção) e activar

os blocos para entrar em emergência quando necessário (figura 5.32 esquerda).

Possibilita aumentar a longevidade da iluminação de segurança, aumentando o tempo de

vida das baterias e poupança de energia ao desligar a iluminação durante toda a noite.

Figura 5.32 - Esquema de colocação em repouso automático das luminárias de segurança com corte de iluminação normal (contactor), por dispositivo de controlo (interruptor horário) ou interruptor chave [17].

Com este sistema de comando, permite-nos poupar vários milhares de Watts por ano.

Vejamos o exemplo a seguir:

O bloco autónomo proposto para o edifício de ensino tem as seguintes características:

uma lâmpada permanentemente ligada, de consumo (6W/h, 100lm, 1 hora de autonomia). O

edifício em estudo tem cerca de duzentos blocos autónomos. Assim temos um consumo por

hora de: (6x200 unidades = 1200W/h, multiplicando por 12h de inibição diária (noite),

obtemos um consumo de 14000W/dia ou 420kW/mês, dando por ano um desperdício de

energia de pelo menos 5040kW/ano). Convertendo este valores em euros, usando o tarifário

mais favorável neste edifício escolar (factura da EDP, preço em super vazio por kWh=0,0497),

obtendo um desperdício de energia seria de 250,488€/ano.


5.4.3 - Apresentação de cálculos para escola modelo

A realização dos cálculos da tabela 5.8, teve como base, num estudo modelo duma escola

secundária (Escola António Sérgio).

Para o estudo, foi seleccionado determinados espaços modelo, existentes em qualquer

escola, variando só, na sua dimensão.

A escolha destes espaços foi baseada, no levantamento no local em duas escolas

secundárias e o cruzamento de análise de diversos projectos escolares do mesmo tipo,

seleccionando os seguintes espaços:

Escritório amplo com divisórias (administrativa/secretaria);

Escritório fechado;

Sala de aulas normal;

Sala de aulas grande;

Biblioteca;

Refeitório;

Arrecadação;

Corredor;

Sanitários;

Pátio de entrada;

Pavilhão multiuso;

Iluminação de emergência;

Correcção do Factor de Potência.

O estudo apresentado na tabela 5.8, ilustra-nos, os cálculos necessários dos locais em

estudo, baseando-se nas tabelas acima apresentadas (tabelas 5.1 à tabela 5.5), pela norma

europeia EN15193, com o aditivo de alguns dados obtidos no local (horários e tipo de

funcionamento por sala).

Pretende-se com este modelo, obter um estudo de rentabilidade em relação ao

investimento inicialmente previsto. Permite-nos uma melhor análise das soluções

apresentadas e sua viabilidade (retorno de investimento) (cálculos em Anexo 2).

108 Casos de estudo

Tabela 5.8 — Cálculos dos consumos e poupança energética para a escola modelo.

Tabela 5.9 — Continuação da tabela anterior.


Cálculos da correcção do factor de potência:

Com base numa factura da EDP, realizou-se os cálculos necessários para efectuar a

correcção do factor de potência. Para isso criou-se uma folha de cálculo, que nos permite

dimensionar o calibre necessário das baterias de condensadores.

Neste caso, a folha de cálculo foi calibrada para obter um cos de 0,97 e para uma

alimentação em (MT), sofrendo uma penalização final adicional de +15% (figura 5.33).

Figura 5.33 – Exemplo da folha de cálculo para dimensionamento das baterias de condensadores com

base numa factura da EDP.

Com base nos resultados obtidos pela figura (5.33), realizou-se uma proposta da

correcção do factor de potência, para a escola em estudo. Apresentou-se a solução ideal do

conjunto de baterias de condensadores e custo de investimento (figura 5.34). (Ver cálculos e

características técnicas em Anexo 1).

Figura 5.34 – Tipo de baterias e orçamento baseado num fabricante especialista ―Alpes

Tecnologie‖[16].

110 Casos de estudo

Pela análise das facturas de EDP, obteve-se um valor médio anual de custos com a energia

reactiva de (960€/ano). Conclui-se que a solução acima mencionada, é uma solução viável,

pois permite um retorno de investimento inferior a dois anos (1321,72/960 = 1,377 anos, para

amortização).

Figura 5.35 - Imagem esquerda, de um armário para compensação do factor de potência e á direita,

uma bateria de condensadores em corte (fotos realizadas numa obra do fabricante [Alpes Tecnologie]).

A imagem da figura 3.35 esquerda, ilustra-nos um quadro com um banco de

condensadores de funcionamento automático (semelhante à solução do estudo). Podemos

observar pela imagem, que este sistema está preparado para uma instalação de um grau de

poluição médio, pois tem os contactores protegidos por impedâncias.

A imagem da figura 4.35 direita, mostra-nos um conjunto de condensadores em corte. A

longevidade do sistema, depende da qualidade dos condensadores, pois se for com

características auto-cicatrizantes, a solução pode durar mais de 10 anos, numa instalação

eléctrica.

5.5 - Conclusões

É um facto real que as perdas de energia devidas à iluminação ineficiente, são enormes.

Hoje em dia, a iluminação de baixa eficiência, é responsável por boa parte do consumo

mundial de electricidade., principalmente no sector terciário.

Relativamente ao total mundial de luz produzida por todas as lâmpadas, as

incandescentes têm uma participação de apenas 15%. Muitas destas lâmpadas podem ser

substituídas por fontes de luz mais rentáveis. Do mesmo modo, um grande número de

instalações luminotécnicas com lâmpadas de vapor de mercúrio, podem ser substituídas por

lâmpadas de sódio de alta pressão ou num futuro próximo, por iluminação a Led´s [19]

Uma boa iluminação não é apenas uma diminuição da escuridão. Como se disse

anteriormente, torna-se uma necessidade da vida humana. Aumenta a produtividade e tem

efeito positivo no bem-estar das pessoas envolvidas nos processos de produção,

desenvolvimento social e lazer.

Conclusões 111

No presente capítulo, pode-se concluir que, embora tenha havido nos últimos anos um

grande desenvolvimento tecnológico relacionado com novos sistemas de controlo de

iluminação, novas lâmpadas/luminárias e equipamento auxiliar mais eficiente, as instalações

eléctricas continuam na maioria dos casos, a serem concebidas da mesma forma (antiquada).

Esta explicação deve-se a vários factores: de hábitos enraizados por parte dos profissionais do

ramo (investidores, arquitectos, projectistas, instaladores e clientes finais) e falta de

interesse em procurar novas soluções.

Neste capítulo, apresentou-se, soluções tecnologicamente avançadas, a nível de sistemas

de controlo de iluminação e correcção do factor de potência, afim de tornar um edifício

escolar o mais eficiente possível.

Capítulo 6

Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro

Com a presente dissertação pensa-se ter atingido, os objectivos para que nos propusemos,

ligados ao estudo da eficiência energética e gestão de energia em edifícios escolares.

Pretendeu-se no segundo capitulo, alertar sobre os desafios e sustentabilidade,

relacionado com a dependência de energia primária em Portugal. Serviu de aviso, para

inverter o aumento energético, apresentar soluções para melhorar a eficiência energética em

Portugal. Embora Portugal tenha investido muito nos últimos anos a nível de energias

renováveis, o seu consumo interno em energia primária, continua a aumentar. Com esse

propósito, alerta-se sobre a necessidade de investir em novas técnicas de construção e

tecnologias de instalação, permitindo um melhor controlo energético nos edifícios.

Numa fase seguinte, este estudo detêm-se com a análise sobre a importância a ter com a

compensação do factor de potência. Pretendeu-se evidenciar a importância da existência

numa instalação eléctrica, de um bom factor potência próximo de um (1). Apresentando, as

causas e suas consequências, as suas vantagens para uma instalação eléctrica. Alertou-se, da

possibilidade da redução total dos consumos com a energia reactiva, tornando as instalações

mais económicas e eficientes a nível energético.

Foram analisadas os tipos de lâmpadas, apresentando as vantagens e desvantagens, com o

objectivo de aprofundar os conhecimentos, para obter uma melhor sensibilidade dos produtos

em causa. Abordou-se os cuidados e vantagens, a ter com os equipamentos auxiliares e seus

sistemas de comando, afim de obter um melhor domínio de conhecimentos para aplicações

em projectos e instalações eficientes.

Por fim, os casos de estudo baseados em visitas a várias escolas, deu-nos uma

sensibilidade mais apurada, para o desenvolvimento do estudo baseado na norma EN15193.

Este estudo permite-nos desenvolver soluções, baseadas em sistemas de controlo de

114 Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro

iluminação com tecnologias avançadas, permitindo uma elevada poupança de energia num

edifício escolar.

O estudo apresenta também criar uma solução para a correcção do factor de potência,

pela análise das facturas da EDP.

Para isso foi criado uma folha de cálculo de eficiência energética para a iluminação e

para o cálculo das baterias de condensadores. Ambas criadas, tendo em conta a norma

EN15193, onde as soluções encontradas não devem ultrapassar um retorno de

custo/investimento de dois anos.

Pretende-se com o estudo criar um modelo de cálculo de previsão económica, sobre o

quanto se pode poupar em energia, aplicando determinados sistemas de comando

automatizados.

Procura-se assim com os resultados obtidos na presente dissertação estimular os

investidores, projectistas, instaladores e clientes finais, para a utilização deste tipo de

desenvolvimento, dando a possibilidade de obter informações importantes ainda em fase de

projecto, sobre a melhor solução a aplicar, com base nos custos e retornos de investimento.

De salientar que, embora todas soluções apresentadas comportem um elevado avanço

tecnológico na racionalização da energia, não serão suficientes se os utilizadores não

estiverem consciencializados que têm que cooperar com a tecnologia existente. Com isto

quer-se dizer que a tecnologia pode evoluir, mas se os utilizadores não a utilizarem com

regras, a sua eficácia pode ser posta em causa.

6.1 - Sugestões para trabalho futuro

O estudo realizado mostrou ainda algumas oportunidades de continuação e de

desenvolvimento, em diferentes linhas, das quais se pretendem destacar as três seguintes,

por se apresentarem como alvo de análise e continuação deste trabalho.

Essas linhas são as seguintes:

Estudo de melhoria da eficiência energética de um sistema de climatização (AVAC) ao

nível da ventilação e distribuição de energia térmica.

Estudo de viabilidade de uma instalação para um sistema de painéis térmico para

aquecimento de águas.

Estudo de viabilidade de uma instalação para a exploração de uma micro geração de

painéis foto voltaicos, num edifício escolar.

Referências

[1] EU 27 environmental legislation for lighting. ―A quick guide including selling arguments‖.

Acesso em January 2009.

[2] http://www.global-download.schneider. Acesso em 20/Maio/2008.

[3] Philips. ―Iluminação eficiente‖. Disponível em http://www.asimpleswitch.com. Acesso

em 20/Novembro/2010.

[4] ADENE. Agência para a Energia. ―Eficiência energética em Portugal‖. Disponível em

http://www.adene.pt/ADENE. Acesso em 20/Novembro/2010.

[5] RSECE. ―Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização de Edifícios‖. Disponível

em http://www.dre.pt/pdf1sdip/2006/04/067A00/24162468.PDF. Acesso em

21.Novembr.2010.

[6] Comissão das comunicações europeias. 13.02.2002 com(2002) 82 final. Bruxelas, 2002.

Acesso em 20/Novembro/2010



[8] Internacional Energy Agency ―Key world energiy statisitcs‖. Edição 2008.

[9] Internacional Energy Agency ―world energiy outdok‖. Edição 2004.


Acesso em 20/Novembro/2010.

[11] RCCTE. ―Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios‖.


[12] EN 15193. ―Energy performance of buildings - Energy requirements for lighting‖

[13] DGE. ―Direcção geral de energia e geologia. Balanços energéticos, INE contas nacionais

trimestrais‖. Acesso em 21/Novembro/2010.

[14] Luis Rochartre Azevedo. ―Eficiência energética‖ BCSD Portugal edição 2008

[15] ECCP. Europeam climate change programme. http://ec.europa.eu/clima/policies/eccp/.

Acesso em 22/Novembro/2010.

[16] Alpes Tecnologies. ―Facteur de puissance des principaux recepteurs‖.

http://www.alpestechnologies.com. Acesso em 10/Novembro/2010.

[17] Legrnad Eléctrica, sa. ―Catálogo geral‖. Editado em 2009.

[18] Legrand Eléctrica, sa. ―Guia de Instalação de Gestão de energia‖. Editado em 2010.

[19] Osram. ―Manual Luminotécnico Prático‖. Editado em 2005.

[20] Philips. ―Guia de iluminação 2005‖. Editado em 2005.

[21] Philips. ―Catalogo geral 2009‖. Editado em 2009.

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http://www.alpestechnologies.com/

116

[22] Tecfibraotica. http://www.tecfibraotica.com.br/index.html. Acesso em 12

/Novembro/20010.

[23] Norma Europeia EN12646-1:2002 e EN12464-2, tabela 5.1 e 5.9. Níveis de iluminação.

―Manual de projecto de instalações técnicas‖. Aceite em Portugal desde Março de 2003.

[24] Moser Baer AG. ―Moba Line, Makes time distribution easy‖. www.mobatime.com. Acesso

em 22/Novembro/2010.

[25] Sarlam. ―Catálogo de iluminação‖. Edição 2009.

[26] IEA. ―Internacional Energy Agency‖. http://www.iea.org/. Acesso em

20/Dezembro/2010.

[27] EIA. ―Energy Information Administration‖. http://www.eia.doe.gov/. Acesso em

22/Dezembro/2010.

[28] Click Save. http://www.energyatwork.co.uk/t5adapter.html. Acesso em

10/Janeiro/2011.

[29] Parque escolar. ―Manual de projecto de instalações técnicas‖. http://www.parque-

escolar.pt/pt-manual-projecto-instalacoes-tecnicas. Acesso em 10/Novembro/2010.

[30] Schreder, IP Schreder LED Perla. Disponível em http://www.schreder.com/272-6-259-

609/product/detail.aspx. Acesso em 12/Novembro /2010.

[31] Teixeira, Armínio; ―Verificação de Instalações Eléctricas‖; FEUP.

[32] ERSE, Despacho n.º 12605/2010, Diário da República, 2.ª série — N.º 150 — 14 de Outubro

de 2010.

[33] ERSE, Despacho n.º 7253/2010, Diário da República, 2.ª série — N.º 80 — 20 de Outubro

de 2010.

[34] Neves dos Santos, José; ―Compensação do Factor de Potência‖, FEUP.

[35] Teixeira, Armínio; ―Tipos de Lâmpadas‖, FEUP.

[36] Teixeira, Armínio; ―Eficiência Energética das Instalações de Iluminação‖, FEUP.

http://www.tecfibraotica.com.br/index.html

http://www.mobatime.com/

http://www.iea.org/

http://www.eia.doe.gov/

http://www.energyatwork.co.uk/t5adapter.html.

Anexo 1

Correcção do Factor de Potência

1.1 - Solução e orçamento para a Correcção do Factor de

Potência para a Escola S/3 B. de Baltara.

118

Recomendações:

- A protecção a montante da bateria deverá ser realizada com um Disjuntor 3P do Tipo DX de

calibre (In) 50A, e o cabo de alimentação deverá ser no mínimo de 16mm² em Cobre ou de

25mm² se for de Alumínio.

Calculos com base em três facturas da EDP

119

1.2 - Solução e orçamento para a Correcção do Factor de

Potência para a Escola Secundária António Sérgio em

V.N.Gaia.

120

Não incluído (a prever):

- 1 TI (secundário 5A) a instalar na fase L1 (corrente primária 1,44x potência do

transformador em kVA )

Recomendações:

- A protecção a montante da bateria deverá ser realizada com um Disjuntor 3P do Tipo

DPX250 de calibre (In) 175A, e o cabo de alimentação deverá ser no mínimo de 50mm² em

Cobre ou de 70mm² se for de Alumínio.

1.3 - Entidade Reguladora dos serviços energéticos Despacho nº

12605/2010

Anexo 2

Estudo Luminotécnico

2.1 - Cálculos luminotécnicos para Escritório Administrativo

(300mts)

122

2.2 - Cálculos luminotécnicos para Biblioteca/Sala de

Conferência (35mts)

124

2.3 - Cálculos luminotécnicos para Sala de Aulas (63mts)

125

2.4 - Cálculos luminotécnicos para Corredor (73mts)

126

2.5 - Cálculos luminotécnicos para Pavilhão com iluminação

combinada

129

2.6 - Cálculos luminotécnicos para Patamar de Escadas

130

2.7 - Cálculos luminotécnicos para WC

131

2.8 - Cálculos luminotécnicos para Pátio de Entrada

132

2.9 - Níveis de iluminação

O quadro que se segue faz o paralelo entre a designação dos espaços funcionais

mencionados no documento da Parque Escolar e a designação dos mesmos espaços de acordo

com a norma (tabela 5.6, secção 6.2).

Para alguns dos espaços funcionais, por não haver correspondência directa com a norma,

foram identificados utilizando outras tabelas da norma.

Há ainda outros espaços funcionais para os quais não existe correspondência com a

norma, sendo para estes justificado o valor do nível de iluminação adoptado.

Os valores de desconforto visual (―UGR – Unified Glare Rating‖) mencionados no quadro são

valores máximos.

134

(Refª : Tabela do Manual de Projecto de Instalações Técnicas, pág.70)

2.10 - Normas Europeias

- Portaria nº 949-A/2006, de 11 de Setembro – ―Regras técnicas das instalações eléctricas de

baixa tensão‖.

- Documento do Ministério da Educação ME/SG, Marco de 2003 – ―Qualidade das Construções

Escolares. Instalações Escolares para o Ensino Secundário. Normas para a sua Concepção e

Construção‖.

- Documento do Ministério da Educação de Setembro de 2003 – ―Manual de Utilização,

Manutenção e Segurança nas Escolas‖.

- Norma Europeia – EN 12464-2:2007 – ―Lighting of work place – Part 2: Outdoor work places‖.

Uma vez que a Norma Europeia EN 12646-2:2007 foi aceite por Portugal como norma

nacional, a partir de Janeiro de 2008 (transposição da norma – ―This European Standard shall

be given the status of a national standard, either by publication of an identical text or by

endorsement, at the latest by January 2008, and conflicting national standards shall be

withdrawn at the latest by January 2008”), a Parque Escolar adopta este documento como

referencia para o nível de iluminação exterior para o espaço escolar.

As tipologias de iluminação encontram-se diferenciadas nas respectivas fichas

luminotécnicas, onde e indicado todos os requisitos específicos dos locais e luminária.

Nomeadamente: Temperatura de cor, iluminancia, coeficiente de uniformidade, UGR, índice

de protecção.

135

2.11 - NORME EN 15193

EN15193

2.12 - Cálculos da escola modelo

Refeitório;

Escritório fechado;

136

Sala de conferência;

Sala de Aula;

Biblioteca;

137

Refeitório;

Arrecadação;

Corredor;

138

Sanitários;

Pátio de entrada;

Pavilhão Multiusos;

139

2.13 - Orçamento para casos de estudo (sistemas de controlo

automatizado de iluminação).

estudo da eficiência energética e gestão de energia em...

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