LEDs versus Lâmpadas Convencionais

Transcrição

Maio/2012
Viabilizando a troca
Francis Bergmann Bley
[email protected]
Pós-graduação em Iluminação e Design de Interiores
Resumo
O presente artigo tem como principal objetivo dar subsídios para a conscientização das
pessoas em relação à importância e viabilidade do uso de LEDs para iluminação. Aplicou-se
um questionário que comprovou a demanda por este conhecimento. Foram, então, descritas
características dos LEDs acompanhadas de algumas comparações em relação às lâmpadas
convencionais. Partindo de referencial teórico e pesquisa qualitativa, foi desenvolvido um
estudo comparativo dos LEDs em relação às lâmpadas incandescentes, halógenas e
fluorescentes. Sobretudo para usos comerciais e residenciais, onde o gasto de energia
elétrica com iluminação é bastante significativo. Primeiramente apresenta-se comparações
por tipo de lâmpada, individualmente. Em seguida é exposto um estudo de caso. Através deste
estudo é possível identificar a viabilidade da substituição das lâmpadas incandescentes e
halógenas por LEDs, destacando as aplicações comerciais, onde o uso da iluminação é mais
intenso, reduzindo o tempo de retorno do investimento.
Palavras-chave: Iluminação; LED; Eficiência Energética.
1. Introdução
Na última década, com o aprimoramento dos LEDs na área de iluminação, os brasileiros,
inclusive profissionais da área, tem dificuldade em perceber as vantagens desta tecnologia e,
principalmente, em acreditar que o alto investimento feito ao adquirir este equipamento pode
se pagar em pouco tempo.
Este fato ficou visível com o resultado da pesquisa (Anexo) realizada para avaliar o
conhecimento de profissionais da área de iluminação e de arquitetura e usuários das classes
média e alta, no que se refere aos LEDs para iluminação. Deste resultado obteu-se as
seguintes informações:
- A grande maioria dos entrevistados não utiliza os LEDs, mas pretendem utilizar mesmo
tendo pouco conhecimento de seus benefícios;
- Apenas os profissionais entrevistados afirmaram terem conhecimento da existência de
LEDs que podem substituir lâmpadas convencionais tanto em quantidade quanto em
qualidade luminosa. Apesar disso, somente uma minoria de todos os entrevistados não
acredita na evolução desta tecnologia;
- Muitos percebem a utilização dessas lâmpadas em ambientes comerciais, mas poucos
dizem acreditar que o investimento na aquisição de LEDs para iluminação pode se pagar
em pouco tempo;
- O que mais desfavorece os LEDs em relação às lâmpadas convencionais, no ponto de vista
da grande maioria, é o seu elevado custo.
Maio/2012
Maio/2012
É necessária a conscientização das pessoas quanto à importância da utilização desta
tecnologia devido às suas vantagens em relação à durabilidade, eficiência energética e baixo
impacto ambiental. Assuntos esses de crescente interesse da sociedade atual que vê a
necessidade de preservar o meio ambiente.
Percebida esta necessidade realizou-se um estudo com o intuito de fornecer os subsídios
necessários ao melhor conhecimento dos LEDs. Este estudo é descrito no presente artigo e
composto de: uma breve explicação e histórico dos LEDs, descrição de suas características e
desenvolvimento de estudo comparativo com as lâmpadas convencionais. Sobretudo na
comparação do LED com as lâmpadas incandescentes, halógenas e fluorescentes; para uso
residencial e comercial, por se tratarem dos usos onde é mais representativo o gasto de
energia elétrica com iluminação, conforme será explanado posterioramente.
2. Conceito
LED é a sigla de Light Emitting Diode que em português significa diodo emissor de luz. São
componentes eletrônicos que emitem luz através de eletroluminescência, transformando
energia elétrica em radiação visível (luz).
O LED existe desde 1962 e era apenas utilizado para sinalização devido ao seu baixo fluxo
luminoso (emissão de luz), restrita gama de cores e baixa potência. Foi em meados da década
de 1990, após muitas pesquisas e investimentos, que o Dr. Shuji Nakamura da Nichia
Chemical Corporation inventou o LED azul com alto fluxo luminoso que, juntamente com
uma camada de fósforo, gera luz branca (CLARITEK). Com isso possibilitou-se a utilização
do LED na iluminação. Desde então novas pesquisas se seguiram visando melhorar alguns
aspectos desta tecnologia, como por exemplo: dissipação de calor, eficiência energética,
índice de reprodução de cor e fluxo luminoso. Hoje já há um grande avanço nestes e em
outros aspectos e a previsão é de que isto continue evoluindo rapidamente.
Fonte: Luxeon
Figura 1: Evolução da eficiência energética das fontes de luz artificial
3. Características
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A seguir estão listadas características dos LEDs comparativamente às tecnologias
convencionais das incandescentes, halógenas e fluorescentes.
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3.1. Índice de Reprodução de Cores (IRC)
O IRC é um índice utilizado para mensurar a qualidade de reprodução de cores de um objeto
sob a incidência de uma fonte de luz artificial, comparada a uma situação determinada por um
estudo que seria de aproximadamente um dia claro de verão por volta do meio-dia.
Fonte: Silva (2004:39)
Figura 2: Classificação de IRC
Conforme pode ser observado na Figura 3, cada tipo de lâmpada possui IRC específico e os
LEDs atingem um IRC próximo ao ideal, já sendo considerado muito bom.
Fonte: Catálogo Brilia (2010:25)
Figura 3: Eficiência, IRC e vida útil
3.2. Eficiência energética (lm/W)
Eficiência energética compreende a relação entre fluxo luminoso e potência (lúmens/watt).
Entende-se por fluxo luminoso a quantidade de luz emitida por segundo por uma fonte
luminosa (CEMIG, 2003). Quanto mais lúmens produzidos para cada watt consumido mais
eficiente é a lâmpada. Esta relação pode ser comparada na figura a seguir:
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Fonte: Veja (2011)
Figura 4: Eficiência, vida útil e preço médio
Pode-se perceber através da figura acima que o LED é muito mais eficiente que as
incandescentes, halógenas e algumas fluorescentes.
Quando se trata de eficiência dos LEDs faz-se necessário analisar a eficiência do sistema
como um todo, incluindo o driver e outros equipamentos auxiliares, e não apenas do diodo.
3.3. Infravermelho (IR) e ultravioleta (UV)
Os raios infravermelhos e ultravioletas não são visíveis a olho nu. Os IR são percebidos na
forma de calor e os UV são responsáveis pelo desbotamento de cores e prejudiciais ao ser
humano. Cada lâmpada emite diferentes quantidades desses raios. Dentre as lâmpadas em
foco neste estudo, as incandescentes são as que mais emitem IR e as fluorescentes são as que
mais emitem UV, apesar de ser em pequena quantidade. Já os LEDs não emitem IR nem UV
no facho luminoso, garantindo assim a qualidade dos objetos iluminados e não contribuindo
com a elevação da temperatura ambiente (CLARITEK).
3.4. Impacto ambiental
Vários fatores geram impacto no meio ambiente. Alguns desses são relacionados com a
iluminação, como o consumo de energia elétrica e resíduos tóxicos. Estudos da International
Energy Agency (IEA) apontam que a iluminação representa 19% dos gastos com energia
elétrica em todo o mundo (Figura 5). Já no Brasil este valor é de 24%. Dentro destes 24%,
35% é com aplicações residenciais, 41% comerciais, 19% públicas e 5% industriais (Figura
6). Além disso 95% do impacto ambiental da iluminação ocorre durante a sua utilização,
conforme pode-se observar na Figura 7 (NOBREGA, 2011).
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Fonte: Nobrega (2011)
Figura 5: Gastos de energia com iluminação no mundo
Figura 6: Gastos de energia com iluminação no Brasil por setor
Figura 7: Ciclo de vida de uma lâmpada
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Portanto, a iluminação é uma das principais áreas onde se deve buscar a diminuição do
consumo de energia, principalmente nas aplicações residenciais e comerciais. Desta forma o
LED pode contribuir significativamente, pois possui elevada eficiência energética, como
mencionado anteriormente.
Segundo Santos (2010:104) a diminuição da produção de resíduos é fundamental para a
preservação do meio-ambiente. Portanto, o LED também contribui com a diminuição do
impacto ambiental por se tratar de uma fonte de luz livre de elementos tóxicos em sua
composição, sendo considerado lixo comum que não necessita de tratamento especial no seu
descarte, diferentemente das lâmpadas fluorescentes que possuem mercúrio, elemento tóxico.
3.5. Durabilidade
A durabilidade de uma lâmpada é medida em horas e representada através dos seguintes
elementos:
- Vida útil, que corresponde ao tempo de duração, em horas, até que, com a depreciação, seu
fluxo luminoso chegue a 70% do inicial;
- Vida mediana, que corresponde ao tempo em que 50% das lâmpadas ensaiadas ainda
permanecem acesas;
- Vida média, que corresponde a média aritmética do tempo de duração das lâmpadas
ensaiadas.
Os fabricantes normalmente especificam a vida mediana das lâmpadas por sempre se tratar do
maior valor. Mas para os LEDs é muito importante que seja utilizado o valor da vida útil, já
que a depreciação de 30% do fluxo ocorre muito antes da lâmpada queimar, necessitando a
troca da lâmpada no final da sua vida útil.
Para efeito de comparação deve ser utilizado o tempo necessário para se trocar cada lâmpada,
independente deste ser a vida média, mediana ou útil. Isso varia de lâmpada para lâmpada.
Uma das principais vantagens dos LEDs em relação às lâmpadas convencionais é a sua
durabilidade, como pode-se observar a seguir:
Lâmpadas
Durabilidade
Incandescentes comuns
750 a 1.000 horas
Halógenas
2.000 a 5.000 horas
Descargas fluorescentes
7.500 a 18.000 horas
Fluorescentes de indução magnética
60.000 horas
Descarga de alta pressão
10.000 a 32.000 horas
LEDs
Até mais de 50.000 horas
Fonte: Adaptado de Silva (2009:27)
Tabela 1 – Durabilidade média das fontes de luz artificial
Como consequência da alta durabilidade tem-se uma baixa frequência de manutenção e
descarte, gerando ainda mais economia além daquela gerada pela grande eficiência energética.
Para instalação em lugares de difícil acesso os LEDs também são mais vantajosos já que a
manutenção ocorre com menos frequência que a das lâmpadas convencionais.
3.6. Resistência mecânica
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Os LEDs são componentes de estado sólido, não possuem vidro nem filamento, portanto são
mais resistentes a impactos e vibrações do que as outras lâmpadas. Este fator possibilita que
os LEDs sejam utilizados em instalações onde estarão sujeitos a vibrações e possam ser
manuseados com mais facilidade.
3.7. Ótica
O LED é uma fonte de luz de dimensões muito reduzidas. Isso contribui para um elevado
controle ótico por ser mais simples desenvolver um sistema para uma saída de luz pontual.
Além disso, o LED não emite luz para todos os lados, como as lâmpadas convencionais sem
seus refletores, contribuindo também para um melhor direcionamento do facho luminoso e
menor perda de fluxo luminoso pelas reflexões internas do sistema ótico. Sendo assim, o LED
concentra melhor a luz no facho do que, por exemplo, uma lâmpada halógena.
Fonte: CEMIG (2003:7)
Figura 8: Esquema de sistema ótico
3.8. Design
Conforme já mencionado anteriormente, o LED possui dimensões reduzidas e isto permite um
design mais flexível das luminárias. Exemplos:
Fonte: Ávila (2009)
Figura 9: Luminária de LED
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Fonte: Scheneider (2010)
Figura 10: Luminária de LED
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3.9. Cor
Os LEDs coloridos emitem as cores de forma saturada sem que isso cause perda no fluxo
luminoso como ocorre nas outras lâmpadas, onde é necessária a utilização de filtros coloridos
que retém a luminosidade. Além disso os LEDs são as únicas fontes de luz artificial que
emitem quase todos os comprimentos de onda da luz visível, individualmente.
Os LEDs RGB (vermelho, verde e azul) permitem um dinâmico controle de cores além de
poderem emitir a luz branca nas suas diversas temperaturas de cor.
3.10. Potência
Os LEDs são característicos por sua baixa potência, consequência de sua grande eficiência
energética. Este fator contribui para diminuição da bitola dos cabos, reduzindo os gastos com
a instalação elétrica.
3.11. Dimerização
A dimerização consiste no controle da intensidade luminosa de uma fonte. Todos os LEDs
são dimerizáveis, porém, alguns drivers (equipamentos auxiliares) não são. Portanto é
necessário verificar a possibilidade de dimerização do driver quando adquirir um
equipamento com esta tecnologia. Além disso os LEDs não variam a temperatura de cor
quando dimerizados, diferentemente de outras lâmpadas.
Assim como os LEDs, as incandescentes e halógenas também são dimerizáveis, mas quando é
necessária a utilização de transformadores, esses devem ser eletrônicos dimerizáveis. Já para
as fluorescentes, “[...] são necessários dimmers específicos e reatores eletrônicos
dimerizáveis que possuam uma entrada de controle específica para variar a luminosidade do
sistema” (OSRAM).
3.12. Retrofit
Hoje os LEDs já permitem o retrofit (processo de modernização de um equipamento) das
luminárias, pois existem lâmpadas de LED com o mesmo formato e bocal das lâmpadas
convencionais. Isso facilita muito a imediata substituição em aplicações já existentes, onde é
necessária apenas a substituição das lâmpadas, sem que isso influencie nas luminárias e na
instalação elétrica. Reduz-se assim, os gastos com o investimento inicial.
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Fonte: Philips
Figura 11: Retrofit de lâmpadas
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3.13. Binning
Na fabricação dos LEDs existe uma variação de desempenho fazendo com que se produzam
LEDs com diferentes fluxos luminosos, temperaturas de cor e tensões. Esta diferença é
pequena porém perceptível. Portanto, é necessário que seja feita uma separação minuciosa
desses LEDs de acordo com suas características, fazendo com que os mais semelhantes façam
parte de um mesmo lote. Este processo chama-se binning e só é realizado por fabricantes de
alta qualidade e confiabilidade. Isto evita que sejam instalados em um mesmo ambiente
LEDs, principalmente, com temperaturas de cor muito diferentes (JACOB, p.17).
3.14. Acionamento
Os LEDs possuem rápido acionamento e não são sensíveis a altos ciclos de acendimento
como as lâmpadas fluorescentes. Estas demoram para atingir o fluxo luminoso total após seu
acionamento e caso a quantidade de acendimentos seja superior a 8 diários sua durabilidade
diminuirá (SILVA, 2004:69).
3.15. Corrente de funcionamento
Os LEDs são dispositivos controlados por corrente (SEDRA, 2007:131), sendo assim sua
intensidade luminosa varia de acordo com a corrente que passa pelo dispositivo. Quanto
maior a corrente (Ampère), maior o fluxo luminoso e com isso a temperatura no dispositivo
aumenta. A não dissipação deste calor reduz sua durabilidade.
3.16. Gerenciamento térmico
Os LEDs são sensíveis ao calor, porém altamente eficazes em ambientes frios, diferentemente
das fluorescentes que perdem em durabilidade se mantidas em locais de baixa temperatura.
Além disso os LEDs aquecem muito e precisam de um dissipador térmico para liberar o calor
gerado no dispositivo. Apesar disso, eles não chegam a esquentar o ambiente.
O desempenho do LED depende muito da temperatura de operação do conjunto, pois quando
a temperatura aumenta no LED ocorre redução da saída de luz, redução da vida útil e
alteração da temperatura de cor. Portanto, a dissipação térmica é o fator mais importante a ser
estudado e desenvolvido para que o LED possa ter mais potência e fluxo luminoso sem
diminuir sua durabilidade.
3.17. Investimento
A maior desvantagem dos LEDs atualmente é seu elevado custo. No entanto, segundo
descreve o diretor-senior global da área de lâmpadas de LED da Philips Lighting, Guido van
Tartwijk (2010), citado no artigo “A era dos LEDs” da revista Lumiére Eletric edição 143,
estes valores vem diminuindo ao longo dos anos e tendem a diminuir cada vez mais.
A cada ano o custo dos lumens vem sendo reduzido pela metade. Por exemplo, se
hoje se tem um produto a um custo de US$100, existe uma forte tendência para
daqui a um ano esse mesmo LED custar US$50. Tal redução se dá pela própria
evolução da tecnologia e de processos de fabricação, à medida que a tecnologia vai
sendo aperfeiçoada para extrair mais luz com menos consumo de energia. (Tartwijk,
2010 apud FREITAS, 2010:74)
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Da mesma forma outras tecnologias foram desenvolvidas atingindo sua maturidade, e ao
longo deste processo seus custos foram diminuindo e sua popularidade aumentando.
4. Estudo comparativo
A partir das características apresentadas foi possível desenvolver uma planilha quantitativa
que demonstra qual a economia e o retorno do investimento feito ao adquirir equipamentos
com a tecnologia de LED para iluminação, se comparado às lâmpadas convencionais.
Para tanto, foram considerados os itens:
-
Potência instalada por ponto;
Número de pontos;
Tempo de uso mensal;
Eficiência energética da lâmpada;
Tempo de uso anual de ar condicionado;
Custo da energia;
Preço da lâmpada;
Preço do equipamento auxiliar de cada lâmpada;
Durabilidade da lâmpada;
Durabilidade do equipamento auxiliar;
Custo da mão de obra para troca de cada lâmpada.
Com isso foi possível obter os seguintes dados:
- Economia de energia por ano, incluindo lâmpadas, equipamentos auxiliares e ar
condicionado;
- Economia em troca de lâmpadas, incluindo equipamentos e mão de obra;
- Período de retorno do investimento;
- Retorno sobre investimento (RSI), definido como “a relação entre o dinheiro ganho ou
perdido através de um investimento, e o montante de dinheiro investido.” (Wikipédia,
2010)
Através desta análise faz-se o comparativo unitário entre os LEDs e as lâmpadas
convencionais, em uso residencial e comercial. Para tanto, foram considerados:
- Preços médios de mercado das lâmpadas;
- Tarifa de energia da COPEL Distribuição (Companhia Paranaense de Energia), uma das
mais baratas do Brasil;
- No caso de uso de ar condicionado: cada 3,5W consumidos pela iluminação acarretam em
1W de consumo de ar condicionado para retirar o calor gerado do ambiente;
- Para uso residencial: uso diário de 5 horas, 7 dias por semana, sem uso de ar condicionado;
- Para uso comercial: uso diário de 10 horas, 6 dias por semana, com uso de ar condicionado
durante 5 meses no ano.
Além disso não foi considerado custo de mão de obra para troca de lâmpadas.
A seguir pode-se observar os resultados dessas comparações.
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4.1. LED x Incandescente
Especificações: incandescente de 60W e bulbo de LED de 9W.
Resultados:
COMPARATIVO DE ECONOMIA TOTAL - USO RESIDENCIAL
Lâmpadas
Investimento Inicial
Gasto total com Energia / ano
Gasto médio total com Energia / mês
Convencional
vs
R$ 170,00
R$ 8,21
R$ 0,68
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 46,54
R$ 3,88
Gasto médio com Equip. Auxiliar / ano
Gasto médio com Lâmpada / ano
R$ 0,00
R$ 3,29
R$ 0,00
R$ 12,41
Gasto médio com mão de obra para troca / ano
R$ 0,00
Diferença anual
Lâmpadas
LED
R$ 1,80
R$ 54,75
R$ 4,56
COMPARATIVO DE ECONOMIA TOTAL - USO COMERCIAL
Convencional
-R$ 9,13
R$ 0,00
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 90,61
R$ 7,55
R$ 0,00
R$ 5,62
R$ 0,00
R$ 21,22
R$ 0,00
Diferença anual
R$ 37,41
R$ 3,12
Economia média total / ano
Economia média total / mês
R$ 75,01
R$ 6,25
Retorno do investimento
Retorno sobre investimento (RSI)
4,5 anos
22,0%
2,2 anos
44,1%
LED
Convencional
Análise de Retorno
-R$ 15,60
R$ 0,00
700,00
LED
R$ 170,00
R$ 15,99
R$ 1,33
Diferença anual
R$ 0,00
Diferença anual
vs
R$ 1,80
R$ 106,60
R$ 8,88
R$ 0,00
LED
Convencional
Análise de Retorno
1.200,00
600,00
1.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
TOTAL GASTOS (R$)
500,00
400,00
300,00
800,00
600,00
400,00
200,00
200,00
100,00
0,00
0
1
2
3
4
5
6
TEMPO RETORNO (anos)
7
8
9
10
0,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Fonte: Elaborado pela autora
Figura 12: Comparação LED x Incandescente
Conclusão:
- Apesar do alto investimento na aquisição de uma lâmpada de LED, com o tempo, a
redução do consumo de energia e de substituição de lâmpadas proporcionadas pela mesma,
compensam o investimento;
- Na aplicação comercial obtem-se um retorno mais rápido do que na aplicação residencial,
por conta do maior tempo de uso mensal e do uso de ar condicionado, tornando-se assim,
mais viável o uso de LEDs.
Maio/2012
4.2. LED x Halógena
Especificações: halógena PAR20 de 50W e PAR20 de LED de 9W.
Resultado:
Lâmpadas
Convencional
vs
LED
R$ 16,00
R$ 45,63
R$ 3,80
R$ 190,00
R$ 8,21
R$ 0,68
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 37,41
R$ 3,12
R$ 0,00
R$ 14,60
R$ 0,00
R$ 13,87
R$ 0,00
Diferença anual
Lâmpadas
Convencional
R$ 0,73
R$ 0,00
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 72,84
R$ 6,07
R$ 0,00
R$ 24,96
R$ 0,00
R$ 23,71
R$ 74,09
R$ 6,17
4,6 anos
20,1%
2,3 anos
39,0%
LED
Convencional
R$ 0,00
LED
Convencional
Análise de Retorno
1.400,00
600,00
1.200,00
500,00
1.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
TOTAL GASTOS (R$)
R$ 0,00
Diferença anual
R$ 38,14
R$ 3,18
Análise de Retorno
R$ 1,25
R$ 0,00
700,00
400,00
300,00
200,00
LED
R$ 190,00
R$ 15,99
R$ 1,33
Diferença anual
R$ 0,00
Diferença anual
vs
R$ 16,00
R$ 88,83
R$ 7,40
800,00
600,00
400,00
100,00
200,00
0,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Figura 13: Comparação LED x Halógena
Conclusão: similar ao obtido no item 4.1, onde concluiu-se que:
- Apesar do alto investimento na aquisição de uma lâmpada de LED, com o tempo, a
redução do consumo de energia e de substituição de lâmpadas proporcionadas pela mesma,
compensam o investimento;
- Na aplicação comercial obtem-se um retorno mais rápido do que na aplicação residencial,
por conta do maior tempo de uso mensal e do uso de ar condicionado, tornando-se assim,
mais viável o uso de LEDs.
A similaridade entre as conclusões das comparações com halógenas e incandescentes ocorre
pois, apesar de as incandescentes serem menos eficientes e menos duráveis que as halógenas,
são muito mais baratas.
Maio/2012
4.3. LED x Fluorescente Compacta
Especificações: fluorescente compacta de 19W e bulbo de LED de 9W.
Resultados:
Lâmpadas
Convencional
LED
R$ 170,00
R$ 8,21
R$ 0,68
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 9,13
R$ 0,76
R$ 0,00
R$ 4,26
R$ 0,00
R$ 12,41
Diferença anual
vs
R$ 14,00
R$ 17,34
R$ 1,44
R$ 0,00
Diferença anual
Lâmpadas
-R$ 8,15
R$ 0,00
Convencional
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 17,77
R$ 1,48
R$ 0,00
R$ 7,28
R$ 0,00
R$ 21,22
R$ 0,00
Diferença anual
R$ 0,97
R$ 0,08
R$ 3,83
R$ 0,32
160,3 anos
0,6%
40,7 anos
2,3%
Análise de Retorno
LED
Convencional
Análise de Retorno
8.000,00
3.500,00
7.000,00
3.000,00
6.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
TOTAL GASTOS (R$)
4.000,00
2.500,00
2.000,00
1.500,00
LED
R$ 170,00
R$ 15,99
R$ 1,33
Diferença anual
R$ 0,00
vs
R$ 14,00
R$ 33,76
R$ 2,81
-R$ 13,94
R$ 0,00
R$ 0,00
LED
Convencional
5.000,00
4.000,00
3.000,00
1.000,00
2.000,00
500,00
1.000,00
0,00
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
0,00
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
Figura 14: Comparação LED x Fluorescente compacta
Conclusão: o tempo de retorno para ambos casos é muito grande, não viabilizando a
substituição. Isso se deve, principalmente, à eficiência da lâmpada fluorescente compacta.
Maio/2012
4.4. LED x Fluorescente Tubular
Especificações: duas fluorescentes tubulares T8 de 36W com um reator 2x36W e duas
tubulares de LED de 22W.
Resultados:
Lâmpadas
Convencional
vs
LED
R$ 26,30
R$ 65,70
R$ 5,48
R$ 656,00
R$ 40,15
R$ 3,35
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 25,55
R$ 2,13
R$ 1,42
R$ 0,42
R$ 0,00
R$ 34,21
R$ 0,00
Diferença anual
Diferença anual
Lâmpadas
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 49,75
R$ 4,15
R$ 2,42
R$ 0,72
R$ 0,00
R$ 58,48
R$ 0,00
Diferença anual
R$ 0,00
Diferença anual
-R$ 6,82
-R$ 0,57
-R$ 5,59
-R$ 0,47
não se paga
-1,0%
não se paga
-0,9%
16.000,00
LED
R$ 656,00
R$ 78,17
R$ 6,51
Análise de Retorno
vs
R$ 26,30
R$ 127,92
R$ 10,66
-R$ 32,37
R$ 0,00
Convencional
LED
Convencional
Análise de Retorno
30.000,00
-R$ 55,33
R$ 0,00
R$ 0,00
LED
Convencional
14.000,00
25.000,00
12.000,00
20.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
TOTAL GASTOS (R$)
10.000,00
8.000,00
6.000,00
15.000,00
10.000,00
4.000,00
5.000,00
2.000,00
0,00
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
0,00
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
Figura 15: Comparação LED x Fluorescente tubular
Conclusão: não existe retorno do investimento, inviabilizando a substituição. Existe apenas
economia de energia, porém não em manutenção. Isso se deve, principalmente, à grande
eficiência da lâmpada fluorescente tubular. Portanto, para as lâmpadas T5, que são ainda mais
eficientes, poderá levar muito tempo para surgirem no mercado LEDs capazes de substituílas.
Maio/2012
4.5. Resultado das Comparações
Nesta análise pode-se relacionar os fatores que contribuem significativamente na redução do
tempo de retorno do investimento. São eles:
-
Maior custo de energia;
Menor preço do LED;
Maior eficiência do LED;
Uso de ar condicionado;
Maior tempo de uso mensal: dobrando-se o tempo de uso mensal reduz-se o tempo de
retorno do investimento pela metade;
- Tensão de 220V ao invés de 127V ou 12V: existe uma diferença entre o fluxo luminoso em
lâmpadas de filamento (incandescentes e halógenas) de mesma potência e tensões
diferentes. Isto se deve ao fato de que para manter a potência constante, diminuindo a
tensão, aumenta-se a corrente na mesma proporção. Com isso a resistência elétrica do
filamento tem que diminuir, ou seja, o filamento engrossa. O filamento mais grosso
contribui com dois fatores para este maior fluxo luminoso: a superfície incandescente
aumenta, aumentando a quantidade de luz emitida e a resistência mecânica aumenta
permitindo que o filamento trabalhe com uma temperatura maior sem diminuir a
durabilidade. Este aumento de temperatura faz com que o filamento emita mais luz, de
acordo com a lei de Planck sobre a radiação de corpos negros. Portanto, as lâmpadas de
filamento para 127V e 12V são mais eficientes que para 220V. Com isso o LED consegue,
com mais facilidade, atingir os níveis de fluxo luminoso destas lâmpadas nas instalações de
220V.
Fonte: Catálogo Philips, 2009
Figura 16: Especificações lâmpadas PAR
Os fatores apresentados podem, com a redução do tempo de retorno do investimento,
inclusive chegar a viabilizar substituições que, em princípio, são inviáveis.
5. Estudo de caso
O resultado da análise quantitativa apresentada anteriormente pode ser exemplificado através
do estudo de caso apresentado a seguir.
O estudo foi realizado para um salão de beleza de alto padrão na cidade de Curitiba. Para
tanto, foram analisadas características do uso da iluminação e do ar condicionado neste
estabelecimento, sendo elas:
- 12 horas de uso diário da iluminação, 6 dias por semana;
- 8 meses de uso de ar condicionado por ano;
- Tensão de alimentação da instalação elétrica de 220V;
Maio/2012
- Valor da mão de obra para manutenção das lâmpadas de R$ 5,00 por ponto.
Foi, também, realizado um levantamento da quantidade de lâmpadas de cada tipologia
existente no estabelecimento:
-
29 lâmpadas dicróicas GU10 de 50W;
84 lâmpadas PAR 20 de 50W;
97 lâmpadas PAR 30 de 75W;
14 lâmpadas AR 70 de 50W, incluindo transformadores;
15 lâmpadas AR 111 de 50W, incluindo transformadores;
90 lâmpadas bolinhas de 25W.
Além destas lâmpadas foi levantada uma grande quantidade de fluorescentes tubulares. No
entanto, estas não foram inclusas no estudo já que não é viável substituí-las por LED,
conforme concluído no item 4.4.
A comparação entre as lâmpadas convencionais e as de LED foi realizado para cada tipologia,
considerando lâmpadas que realmente são equivalentes em termos de fluxo luminoso, ângulo
de abertura, bocal e dimensões. Portanto, foram utilizadas as seguintes lâmpadas para
COMPARATIVO DE ECONOMIA TOTAL - ESTUDO DE CASO
comparação com as existentes:
-
29 dicróicas GU10 de LED de 6W;
84 PAR 20 de LED de 9W;
97 PAR 30 de LED de 13W;
14 AR 70 de LED de 7W, incluindo drivers;
15 AR 111 de LED de 15W;
90 bolinhas de LED de 2W.
Lâmpadas
LED
R$ 5.103,80
R$ 38.038,00
R$ 3.169,83
R$ 51.034,00
R$ 6.163,87
R$ 513,66
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 31.874,13
R$ 2.656,18
R$ 36,92
R$ 8.975,62
R$ 43,80
R$ 6.150,75
R$ 3.831,36
Diferença anual
Os preços das lâmpadas levantados correspondem aos preços de mercado.
5.1. Análise Comparativa
vs
Convencional
R$ 155,29
Diferença anual
R$ 38.368,17
R$ 3.197,35
1,2 anos
75,2%
O resultado deste estudo comparativo pode ser observado
seguir:(RSI)
Retorno sobrea
investimento
R$ 2.817,98
R$ 3.676,07
LED
Convencional
Análise de Retorno
COMPARATIVO DE ECONOMIA TOTAL - ESTUDO DE CASO
600.000,00
Convencional
LED
R$ 51.034,00
R$ 6.163,87
R$ 513,66
Diferença anual
Diferença mensal
R$ 31.874,13
R$ 2.656,18
R$ 36,92
R$ 8.975,62
R$ 43,80
R$ 6.150,75
Diferença anual
vs
R$ 5.103,80
R$ 38.038,00
R$ 3.169,83
R$ 3.831,36
Diferença anual
R$ 38.368,17
R$ 3.197,35
1,2 anos
75,2%
R$ 2.817,98
R$ 155,29
R$ 3.676,07
500.000,00
400.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
Lâmpadas
300.000,00
200.000,00
100.000,00
0,00
0
Análise de Retorno
600.000,00
500.000,00
TOTAL GASTOS (R$)
400.000,00
300.000,00
200.000,00
LED
Convencional
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Maio/2012
Figura 17: Estudo de caso
A partir destes resultados pode-se concluir que:
- A economia anual de energia, incluindo lâmpadas e ar condicionado, seria de R$
31.874,13;
- A economia média total mensal, incluindo energia e manutenção, seria de R$ 3.197,35.
Considerou-se média porque não seria exatamente esse valor todos os meses, variando de
acordo com o momento da manutenção.
- A aquisição de equipamentos de LED é um investimento que neste caso rendeu 75,2%
(RSI) ao ano, um valor muito difícil de alcançar com outros tipos de investimentos.
- Apesar do alto investimento feito na aquisição dos equipamentos de LED, através da
economia de energia e da redução da frequência de manutenção, ele se paga em menos de
1 ano e 3 meses. E após o investimento se pagar, a utilização dos LEDs gerará apenas
economia em relação as lâmpadas substituídas.
- O intenso uso de iluminação e ar condicionado influenciou significativamente no resultado
de curto tempo de retorno do investimento. Portanto, nesta aplicação, a substituição das
lâmpadas convencionais por lâmpadas de LED é muito viável.
6. Conclusão
Este estudo permitiu perceber as vantagens dos LEDs em relação às lâmpadas convencionais
e a importância ambiental da sua utilização.
Ficou comprovado que o investimento feito na aquisição de lâmpadas de LED já é viável em
aplicações onde o uso da iluminação é intenso, como em ambientes comerciais. Isto se deve à
eficiência energética e durabilidade dos LEDs. Desta forma é possível ter o retorno do
investimento em curto prazo. Outro fator que contribui com este é a economia gerada no caso
de uso de ar condicionado, também mais frequentes em espaços comerciais, pois quanto
menor for a potência consumida pela lâmpada, menor será o consumo desse para retirar o
calor transferido para o ambiente. Estas vantagens que viabilizam os LEDs para aplicações
comerciais não são tão frequentes em ambientes residenciais, dificultando a viabilização nesta
aplicação.
Os LEDs estão sendo aprimorados e chegarão a sua maturidade, da mesma forma que vem
acontecendo com as lâmpadas convencionais. Até lá eles evoluirão bastante e em grande
velocidade, como já vem ocorrendo. Com essa evolução os preços também diminuirão e, com
isso, tornar-se-á cada vez mais viável a substituição de lâmpadas convencionais por LEDs.
Desta forma faz-se necessária a continuação e adaptação do estudo apresentado neste artigo,
para que acompanhe esta evolução.
Vale destacar a importância de especificar e adquirir equipamentos de alta confiabilidade,
pois existem no mercado vários produtos de procedência duvidosa e baixa qualidade que
contribuem para uma percepção equivocada dos LEDs.
Enfim, é possível conscientizar os usuários e profissionais da área de iluminação das reais
condições de aquisição de lâmpadas de LED através das informações descritas neste artigo;
principalmente dando subsídios para que os profissionais possam especificar, com consciência
e conhecimento, equipamentos com esta tecnologia. Contribuindo, assim, com atitudes mais
comprometidas com o meio ambiente.
Maio/2012
7. Referências
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http://www.criadesignblog.pop.com.br/post/1375/a-luminaria-led-vencedora-do-red-dot-design-2009.
Acesso
em: julho de 2011.
CEMIG.
Manual
de
Instalações
Elétricas
Residenciais,
2003.
Disponível
em:
http://pt.scribd.com/doc/49894598/102/–-Conceitos-sobre-Grandezas-Fotometricas. Acesso em: julho de 2011.
CLARITEK. Iluminação LED. Disponível em: http://claritek.com.br/pdf/iluminacao_led.pdf. Acesso em: julho
de 2011.
ERICSON, Nils. LEDs – Tecnologia do Futuro a serviço do presente. Lume Arquitetura. São Paulo: no. 31, p.
42-44, abr/mai, 2008.
FREITAS, Luciana. A era dos LEDs. Lumière Eletric. São Paulo: no. 143, p. 72-79, mar, 2010.
JACOB, Edson. Manual de Utilização de LEDs e Fontes de Alimentação. Disponível em:
http://www.sbiproducts.com/ArquivosCS/manual_de_utilizacao_de_leds_e_fontes_de_alimentacao%5B1%5D.p
df. Acesso em: julho de 2011.
NOBREGA, Igor. PHILIPS – Tecnologias e Produtos. In: PALESTRA DA PHILIPS SOBRE LEDS PELO
IPOG, Curitiba: 2011.
OSRAM.
Ferramentas
e
Catálogos.
Disponível
em:
http://www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_&_Catlogos/Dvidas_Frequentes/Dvidas_Frequentes/Iluminao_
Geral/Lmpadas_fluorescentes_tubulares_e_circulares/index.html#answ210. Acesso em: julho de 2011.
_________Linha de Produtos. São Paulo: 2009/2010.
PAULA, Caco de. Encarte Manual de Etiqueta 3.0. Veja. São Paulo: ano 44, no. 26, jun, 2011.
PHILIPS.
Catálogos
de
Iluminação.
Disponível
em:
http://www.catalogosiluminacao.philips.com.br/imagem/produto/lampadas/manual/broadside_master_final.pdf.
Acesso em: julho de 2011.
_________Catálogo de Lâmpadas e Reatores. São Paulo: 2009.
POLIDORO, Eduardo. PHILIPS – Iluminação Eficiente com LEDs. Disponível em:
http://www.metodoeventos.com.br/6eficienciaenergetica/palestras/22_07_workshop2/eduardo_polidoro.pdf.
Acesso em: julho de 2011.
Programa
Sol
Amigo.
Lâmpadas
Fluorescentes.
Disponível
em:
http://solamigo.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=152&Itemid=193. Acesso em: julho de
2011.
SANTOS, Marcos de Oliveira. Fique atento às diferenças e faça a melhor escolha. Lume Arquitetura. São
Paulo: no. 47, p. 104, dez/jan, 2010/2011.
SCHNEIDER, Clarissa. Luminária inspirada em arte milenar japonesa, 2010. Disponível em:
http://colunistas.ig.com.br/clarissaschneider/tag/led/. Acesso em: julho de 2011.
SCOPACASA, Vicente. Diodos Emissores de Luz – Os LEDs: de pequenos notáveis a titãs do futuro. Lume
Arquitetura. São Paulo: no. 43, p. 97-104, abr/mai, 2010.
SEDRA, Adel S.; SMITH, Kenneth C. Micro Eletrônica. 5a ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2007,
848p.
SILVA, Mauri Luiz da. Luz Lâmpadas e Iluminação. 3a ed. Rio de Janeiro: Ciência Moderna Ltda., 2004,
157p.
_________Iluminação – Simplificando o Projeto. Rio de Janeiro: Ciência Moderna Ltda., 2009, 172p.
Anexo
Este questionário tem como objetivo avaliar o seu conhecimento e a sua opinião em relação
à tecnologia de LEDs para iluminação.
Considere, para efeito de comparação, as lâmpadas convencionais: incandescentes,
halógenas e fluorescentes.
1.
Você tem conhecimento dos benefícios dos LEDs?
Sim
Alguns
Não
2.
Qual opção abaixo se aproxima mais da sua opinião em relação ao LED?
É uma excelente tecnologia
É boa mas precisa melhorar em alguns aspectos
Prefiro as lâmpadas convencionais
Desgosto totalmente
3.
Você acha que o investimento feito ao adquirir equipamentos com esta tecnologia pode
se pagar em pouco tempo?
Sim
Não em pouco tempo
Não se paga
4.
Você utiliza “lâmpadas” de LED?
Sim, em minha residência
Sim, em meu local de trabalho
Sim, em ambos
Não e não tenho interesse em utilizar
Não, mas pretendo utilizar
5.
Você tem percebido, no seu dia-a-dia, a utilização de LEDs para iluminação?
Sim
Não
Onde?
6.
Você acha que os LEDs vão tirar do mercado as lâmpadas convencionais?
Sim, em pouco tempo
Sim, a longo prazo
Não totalmente
Não
7.
Você acha que existem LEDs que já atingem a quantidade e qualidade de luz das
lâmpadas convencionais?
Sim, em quantidade
Sim, em qualidade
Sim, em ambas
Não
8.
Você se considera um defensor do LED?
Sim
Um pouco
Não
9.
Qual sua visão negativa em relação aos LEDs?
Espaço para seus comentários.
Maio/2012
Maio/2012

LEDs versus Lâmpadas Convencionais

Transcrição

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