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UNINORTE - CENTRO ENGENHARIA ELÉTRICA HEVERTON TAVARES E SILVA AFONSO HENRIQUE OLIVEIRA CRUZ ANDREW DE OLIVEIRA SILVA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO SUSTENTÁVEL APLICADO EM UMA FÁBRICA INDUSTRIAL DO DISTRITO DE MANAUS Manaus 2021 Heverton Tavares e Silva AFONSO HENRIQUE OLIVEIRA CRUZ Andrew de Oliveira Silva SISTEMA DE ILUMINAÇÃO SUSTENTÁVEL APLICADO EM UMA FÁBRICA INDUSTRIAL DO DISTRITO DE MANAUS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para conclusão do curso de ENGENHARIA ELÉTRICA da UNINORTE - CENTRO Manaus 2021 Ficha catalográfica gerada pelo Sistema de Bibliotecas do REPOSITORIVM do Grupo SER EDUCACIONAL S586s Silva, Andrew de Oliveira. Sistema de Iluminação Sustentável Aplicado em Uma Fábrica Industrial do Distrito de Manaus / Andrew de Oliveira Silva, Afonso Henrique Oliveira Cruz, Heverton Tavares e Silva. - UNINORTE: Manaus - 2021 9 f. TCC (Curso de Engenharia Elétrica) - Uninorte - Centro - Orientador(es): M.sc. Kleber Santana 1. Eco-Sistemas. 2. Eficiência Energética. 3. Iluminação. 4. Meio Ambiente. 5. Sustentabilidade. 6. Environment. 7. Iluminação Sustentável, Iluminação Artificial,. 8. Lighting. 9. Sustainability. 10. Sustainable Lighting. I.Título II.M.sc. Kleber Santana UNINORTE - MAN CDU - 62 SISTEMA DE ILUMINAÇÃO SUSTENTÁVEL APLICADO EM UMA FÁBRICA INDUSTRIAL DO DISTRITO DE MANAUS Cruz, Afonso Henrique Oliveira; Silva, Andrew de Oliveira; Silva, Heverton Luiz Tavares; Kleber Santana Graduando do curso de Engenharia Elétrica – Centro Universitário do Norte (UNINORTE) RESUMO Os sistemas de iluminação sustentável apresentam uma função muito importante quando se trata de eficiência energética e sustentabilidade, principalmente em relação a indústria onde é possível encontrar, um alto consumo de energia. Diante disso, este trabalho tem o intuito de relatar sobre uma fábrica que está localizada no distrito industrial da cidade de Manaus. Perante isso, o objetivo principal deste projeto é desempenhar uma comparação entre o funcionamento e o consumo de energia do sistema de iluminação presente da edificação e um novo sistema de iluminação indicado. Primeiramente constitui-se em realizar experimentos computadorizados por meio do software DIALux Evo, o que aceita um diagnóstico do desempenho lumínico dos sistemas de iluminação artificial e natural, de acordo com o previsto na atualidade na empresa. Deste modo, avaliar-se que as qualidades de iluminação oferecem carências, principalmente pela distribuição assimétrica das luminárias. Outrossim, é claro a carência de aberturas para o acesso de luz natural, sobrecarregando de tal modo, o sistema de lâmpadas fluorescentes tubulares previstas para gerar iluminação artificial no ambiente. Em seguida, baseado nos feitios quantitativos das iluminâncias e qualitativos da distribuição de luz no interior da edificação, adquiridos por meio das simulações, deu início a preparação de um programa de mediação com a finalidade de melhorar a consistência da luz artificial e natural na edificação, e também de aprimorar a eficiência energética e dessa forma a redução dos consumos com energia elétrica. No entanto, permaneceu anexada a sugestão, de aumento de área de iluminação natural a partir de painéis zenitais e o uso de lâmpadas LED (Light Emitting Diode). Por tanto, foi efetivada uma pesquisa, de desempenho de iluminação e econômico, entre ambos os casos, de modo a regularizar uma escolha de decisão no modo de implantação dos sistemas sugeridos. No sistema de iluminação artificial atual o consumo de energia anual é 7.603,2 KWh, já no sistema de iluminação proposto tem o consumo anual de 3.696 KWh, com isso tendo uma economia correspondente a um total de 325,6 KWh. Por fim, o sistema de iluminação artificial proposto vai ter um custo de implementação total de R$ 11.850,00, com o custo total de luminária e mão de obra. Palavra-chave: Iluminação sustentável, Iluminação artificial, Eficiência energética, Sustentabilidade. INTRODUÇÃO. O conhecimento do ser humano, sobre as qualidades de iluminação em distintos lugares acontece a todo momento, visto que essas condições são essenciais a comodidade do aspecto humano. Além da satisfação de conforto luminoso, um sistema de iluminação promove em seu desenvolvimento, que feitios como a eficiência energética e sustentabilidade sejam analisados, à conforme ganham cada vez mais significado aos debates em torno da execução destes em projetos e todos os sistemas que compreende. Possibilitando de tal modo, atender as questões da atualidade sem que ocorra dano dos processos e necessidades futuras, visando as crises hídrica e climática que são periódicas atualmente. Dessa forma, mantem-se desse modo, o projetista luminotécnico ao conhecimento de flexibilidade e desempenho da luz natural, assim como, a utilização de tecnologias mais eficientes utilizadas em sistemas de iluminação artificial, além de fornecer de maneira sofisticada a consistência destes dois sistemas. Esses sistemas de iluminação de edificações, em geral descrevem uma parte aceitável do gasto de energia elétrica das mesmas, principalmente quando esses sistemas demostram uma tecnologia ultrapassada e/ou são mal dimensionados. Referente aos aperfeiçoamentos em nível industrial, onde o consumo de energético e decorrente prejuízo de recursos para alimentar esses aparelhos é amplo, torna-se imprescindível a diminuição do conflito econômico e ambiental ocasionado pela utilização dos sistemas perante tais categorias. Neste contexto, gradativamente se busca concepções com possibilidades mais sustentáveis e competentes para esse modelo de edificação, evidenciando-se a implantação de subsistemas de iluminação natural e o uso de lâmpadas mais eficientes. Diante disso, esse projeto tem como objetivo principal analisar entre o gasto de energia elétrica do sistema atual de iluminação e o sistema que pretende otimizar a iluminação artificial e natural em um galpão industrial e como objetivos específicos elaborar um projeto luminotécnico empregando luminárias LED e iluminação zenital, de acordo com as normas vigentes; determinar a quantitativa do consumo de energia elétrica do sistema atual de iluminação e também mostrar a projeção do consumo de energia elétrica do sistema de iluminação proposto. Perante isso, foi analisada o uso de painéis zenitais na cobertura da edificação, o que proporciona maior subsídios de iluminação por luz natural na parte interna da edificação, da mesma maneira, o uso de lâmpadas do tipo LED (Light Emitting Diode), que têm a melhor tecnologia fornecida pelo mercado, exibindo um gasto reduzido de energia e uma vida útil mais duradoura se comparada com lâmpadas fluorescente, estas que são mais utilizadas atualmente. Este projeto, buscou-se atribui-se, mesmo que de modo básico, dos conceitos referentes aos sistemas de iluminação e suas ligações com os ambientes arquitetados e o homem, ressaltando os principais assuntos referentes a performance dos sistemas de iluminamento e ao conforto visual dos usuários. Portanto, tornou-se admissível a análise da discussão destes contextos na aprimoração desse projeto. No entanto, foram possíveis apresentar o funcionamento e projetar sistemas de iluminação, sob as recomendações das normas vigentes e com base na revisão de literatura realizada. Por fim dessa análise, foram abordados os efeitos adquiridos e desenvolvidos ao decorrer do trabalho, de modo a auxiliar no desempenho lumínico, energético e econômico. RESULTADOS ESPERADOS. A partir de modelagens e simulações computacionais com o uso o software DIALux Evo, versão 8.1, espera-se que seja possível a caracterização e otimização dos sistemas de iluminação artificial e natural de um galpão de uma indústria do distrito industrial da cidade de Manaus. Para que após os resultados adquiridos nas simulações, seja possível a efetivaçãode uma característica dos sistemas atuais do galpão e, através deste, averiguar quais sistemas se encontram deficientes. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO. Pesquisa bibliográfica. Através desse projeto buscou-se um melhor fundamento teórico com o objetivo de reunificar subsídios indispensáveis para a construção do trabalho. Ocorreu grande assimilação dos conceitos referentes aos sistemas de iluminação natural e artificial. Foram analisadas normas técnicas que determinam indicações relacionadas à preparação de projetos luminotécnicos. Com isso, o conteúdo correspondente à pesquisa bibliográfica servirá como fundamentação teórica para desenvolvimento deste trabalho, desde o início dos conceitos básicos até às análises de resultados e conclusões finais. A caracterização do galpão industrial. A caracterização do pavilhão industrial deu início por levantamento de informações in loco. No início adquiriu-se dados significativos à arquitetura da edificação de modo que fosse futuramente possível produzir um as build do galpão, contendo propriedades construtivas. Informações essas são necessárias para a construção do modelo virtual da edificação para a realização das simulações via software. No segundo momento a caracterização realizada foi em relação aos sistemas de iluminação artificial e natural existentes. Para caracterizar o sistema de iluminação artificial atual, verificou-se tipos de luminárias e lâmpadas utilizadas, energia unitária consumida e tempo de utilização de cada lâmpada, além do layout das luminárias dentro do galpão. Familiarização com o software. Através de um curso profissionalizante do software DIALux Evo versão 8.1 foi possível realizar a familiarização com o software, e dessa forma aprofundar os conhecimentos sobre seus dispositivos e funções que serão usados nas simulações ao comprimento do trabalho. As modelagens efetivadas são etapas fundamentais na aquisição de informações necessários para a elaboração e análises dos projetos luminotécnicos. A elaboração de projeto luminotécnico para o galpão industrial. A elaboração de projeto luminotécnico para o galpão industrial foi efetivada através de software específico. Para o dimensionamento do sistema de iluminação artificial foi utilizado o software DIALux Evo versão 8.1 e as simulações relacionadas ao sistema de iluminação natural foram realizadas através do mesmo programa. Diante disso, atendeu-se as sugestões das normas pertinentes aos sistemas projetados, visando sempre um menor consumo energético além de uma distribuição apropriada de iluminância promovida pela complementaridade no emprego dos sistemas artificial e natural de iluminação. O cálculo da estimativa de consumo energético do sistema de iluminação atual e o cálculo da projeção de consumo energético do sistema de iluminação proposto. Depois da elaboração do projeto luminotécnico obteve-se o resultado da estimativa de consumo energético do sistema de iluminação da atualidade e o resultado da projeção de consumo energético do sistema de iluminação sugerido, de modo a auxiliar a análise de viabilidade econômica. No entanto, para ambos os casos, considerou-se o tempo que cada lâmpada dos respectivos sistemas, permanece ligada durante o funcionamento da indústria, além do consumo energético característico de cada tipo de lâmpada e luminária. A análise de viabilidade econômica. A análise de viabilidade econômica foi concretizada baseada nos resultados adquiridos nos cálculos de consumo de energia elétrica dos dois sistemas, atual e proposto, projetando assim os gastos operacionais de cada um deles. E também, os custos para prática do projeto luminotécnico desenvolvido foram considerados nesta pesquisa. Análise final e conclusão. Enfim, a análise final e conclusão constituíram-se com base nos resultados adquiridos, e procuram retomar o ponto de análise, desta maneira proporcionando como resposta, em termos quantitativos, a diminuição de gastos de energia elétrica decorrente da implementação de um novo projeto luminotécnico. Cronograma de Custo Segundo foi apurado com a empresa, atualmente o custo médio do kWh pago é de cerca de R$ 0,7527. Desta forma, o custo anual de operação do sistema de iluminação atual, que é de R$ 5722,93, será reduzido para o montante de R$ 2781,98, o que representa uma economia anual de R$ 2940,95. O custo total de implementação do sistema de iluminação artificial proposto foi R$ 11.850,00, sendo utilizado a quantidade de 25 luminárias mais os acessórios, com preço unitário de R$ 440,00 e um gasto com a mão de obra o valor de R$ 850,00. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES. Neste projeto, são avaliados os resultados alcançados através de simulações dos sistemas lumínicos da edificação debatidos neste trabalho. No decorrer desse trabalho, foram oferecidos, além dos sistemas de iluminação natural e artificial, existentes no plano de reforma da edificação, outros dois sistemas, com qualidade de proposta de avanço para sistemas existentes. A proposta realizada nesse projeto consisti em bases das qualidades de iluminamento, no que se descreve as importâncias de iluminância e sua uniformidade de distribuição, na área interna da edificação. Diante disso, será efetuada a observação da eficiência energética do galpão, assinalando a performance energética dos sistemas. Entretanto, será realizada uma investigação de possibilidade econômica de inserção dos sistemas sugeridos, caso os mesmos ofereçam como alternativas benéficas em relação aos sistemas atuais sugeridos. Sistema de iluminação artificial. Diante dos resultados, alcançados por meio das simulações dos sistemas de iluminação artificial, analisados durante a projeção, foram possíveis constatar que as qualidades de iluminação são melhores desenvolvidas na proposta elaborada, utilizando luminária LED. Desse modo, pode ser valido por meio dos coeficientes de uniformidade, de cada um dos casos apresentado durante este projeto. Os coeficientes adquiridos através de simulações, foram 0,77, para o sistema proposto, e 0,28, para o sistema atual, que por esse motivo não corresponde ao solicitado pela norma NBR ISO/CIE 8995/2013. A norma solicita também, que seja examinada, a iluminância média de 300 lux, para a área de tarefa na parte interna da edificação, o que é autorizado em ambas as circunstâncias. Pode-se dizer que, a igualdade de iluminação do sistema sugerido propícia que as características da iluminância, sobre o projeto de trabalho, ofereçam ao trabalhador a acuidade e conforto visual necessários para a efetivação das atividades de trabalho. Durante a realização do projeto, pode-se constatar que possui uma grande redução do consumo energético, a partir da implementação do sistema proposto. Em termos de consumo mensal, com a utilização do sistema de iluminação com luminária LED, pode-se alcançar uma diminuição de cerca de 48,6%, no consumo de energia elétrica, o que representa a um total de 325,6 kWh economizados. E no fim de um período anual, o consumo será reduzido de 7603,2 kWh, para 3696 kWh, totalizando uma queda ao ano igual a 3907,2 kWh. Sendo que, os resultados foram adquiridos para um período de uso da fábrica igual a 10h, considerando uma jornada de trabalho das 8h00 às 18h00. Atualmente o gasto médio do kWh é de aproximadamente de R$ 0,7527. Desse modo, o gasto por ano de operação do sistema de iluminação atual, que é de R$ 5722,93, será diminuído para o montante de R$ 2781,98, o que configura uma economia anual de R$ 2940,95. Foram realizadas, de maneira simples, a verificação do tempo de retorno do investimento financeiro na implantação do sistema de luminárias LED. Também foi feito a comparação do sistema proposto com o sistema atual. É importante destacar que o sistema atual de iluminação, não soluciona ao nível de uniformidade solicitado pela norma NBR ISO/CIE 8995/2013. Após a simulação computacional,constatar que, para que o sistema atual cumprisse ao referido valor de 0,7, de coeficiente de uniformidade, necessitaria ser inserida mais uma fila de três luminárias, localizando-as na parte frontal da edificação e alinhadas com a porta da fachada norte. Sendo assim, o sistema apresentaria um total de 15 luminárias, o que geraria uma elevação adequada no consumo energético, totalizando, neste caso, 3,6 kWh. Portanto, o campo utilizado para a avaliação neste trabalho, será considerando o sistema atual, mesmo que ele não esteja em concordância com a norma. O cálculo do tempo de retorno de investimento, playback, utilizou-se a seguinte equação: PB = I inicial / E período (equação 1) Sendo: PB = retorno de investimento (mês); I inicial = investimento inicial (R$); E período = economia mensal (R$). A partir da verificação dos custos de operação de ambos os sistemas, apresentados na preparação do projeto, junto com os subsídios referentes ao custo de implantação do sistema sugerido, pode-se obter, através da equação 1, acima, como playback para o investimento inicial de R$ 11.850,00, um período mínimo igual a 4,03 anos, o que caracteriza a, aproximadamente, 49 meses, para que se alcance o retorno financeiro do investimento inicial. SISTEMA DE ILUMINAÇÃO NATURAL. O sistema atual de iluminação natural, oferece, um total, um espaço de abertura de cerca de 17,2 m². E o sistema lumínico sugerido, apresenta uma área de abertura de cerca de 57,2 m². Consequentemente, ocorre uma ampliação significativa, de 40 m², de área para a introdução de luz natural. A performance dos dois sistemas, em relação aos benefícios médios de iluminâncias para a parte interna do galpão. Diante de todos os cenários simulados, para os distintos momentos no decorrer do ano, o sistema sugerido demonstra-se mais eficaz, à medida que admite maior incidência de luz natural no interior do galpão. A maior média percentual de lucro no coeficiente de uniformidade é identificada no tempo do solstício de inverno, atingindo a um valor médio de 82% de lucro ao comprimento do dia. Logo, o feito menos adepto, é observado no solstício de verão, com ganho médio de 46% no coeficiente de uniformidade. A importância máxima de uniformidade alcançada foi averiguada no momento do equinócio de outono, quando teve uma evolução de 0,31 para 0,53 no coeficiente de uniformidade. Esses elevados percentuais de lucro na distribuição das iluminâncias no interior do galpão é devido ao evento de a edificação experimentar, através do sistema de claraboias sugerido, um espaço maior e melhor distribuído de aberturas. Diante disso, o ganho de luz ocorre de modo mais constante no interior do galpão, diferente do que acontece com o sistema moderno de iluminação, onde a maior fonte de entrada de luz é a fachada norte, por suportar uma área maior de abertura lateral, o que contorna o ganho de luz para este acontecimento, não uniforme. Além de proporcionar resultados quantitativos melhores, o sistema indicado de iluminação natural oferece, também, melhores resultados qualitativos. Porém, a qualidade da distribuição de iluminâncias, determinado por meio do coeficiente de uniformidade, não atende ao requerido por norma. A NBR ISO/CIE 8995/2013 define, que o coeficiente de uniformidade, para áreas classificadas como área de trabalho, não pode ser inferior a 0,7. Como os valores de coeficiente de uniformidade adquiridos, para os cenários avaliados não corresponde ao valor mínimo especificado, o sistema de claraboias, tal como esperado no plano, apresenta-se insuficiente, à medida que quando se considera apenas a iluminação natural na edificação, as categorias de conforto lumínico não são atendidas em sua totalidade. Por tanto, nesse evento necessitará ser conservado a utilização dos equipamentos de iluminação artificial. Desse modo, não se faz necessário uma avaliação de viabilidade econômica de implantação do sistema de claraboias apresentado, apesar do presente desenvolvimento dos aspectos lumínicos no ambiente da fábrica. REFERÊNCIAS. ABALUX. Catálogo de lâmpadas e luminárias. Disponível em: < http://abalux.com.br>. Acesso em 15/04/2021. AMORIM, C.N.D. Iluminação Natural e Eficiência Energética – Parte I. Estratégias de projeto para uma arquitetura sustentável. In: Paranoá: Cadernos de Arquitetura e Urbanismo, Brasília, 2002. 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