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O NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA USP
Paulo Ernesto StrazziEnea Neri
Prefeitura do Campus USP da CapitalCUASO
10/09/2014
WORSHOP “LED NA ILUMINAÇÃO PÚBLICA: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NAS CIDADES”
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USP: Estrutura de operação análoga a de Cidades
A Universidade de São Paulo (USP) é autarquia de regime especial,com autonomia didático-científica, administrativa, disciplinar e degestão financeira e patrimonial.
Área territorial total de 76 milhões m2 e 1.800 mil m2 de áreaconstruída,
Campi nas cidades de Bauru, Lorena, Piracicaba, Pirassununga,Ribeirão Preto, Santos, São Carlos e São Paulo,
A Universidade abriga cerca de 90 mil alunos, 5,8 mil docentes, 16mil funcionários, além de contratados e visitantes, que circulam pelosCampi, diariamente, no período diurno e noturno.
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Ciclo de vida dos ativos urbanos
PlanejamentoProjeto Básico
Construção
Operação
Manutenção
Destinação
ProjetoExecutivo
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CIDADE UNIVERSITÁRIA ARMANDO SALLES DE OLIVEIRA - CUASO
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Sistema referencial de gestão integrada urbana
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Problema Solução
Real
Modelo
Apreensão
Projeto
Implementação
Implantação
O CICLO DE VIDA DE UM DESENVOLVIMENTO
Nova visão
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Plano Mestre de Iluminação do Campus da Capital da Universidade de São Paulo
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DIRETRIZES ADOTADAS NOS PROJETOS
• Tecnologias de ponta, com padronização e identidade noturna para a USP
• Uso de luz branca: Ampliar sensação de segurança / percepção do entorno
• Priorizar segurança de pedestres (caminhos, estacionamentos, pontos de ônibus, etc.)
• Minimizar interferências com arborização, integrando vegetação e iluminação, respeitando áreas que não devem ser iluminadas
• Adotar níveis de iluminação adequados à câmeras de segurança
• Valorização noturna sóbria de monumentos e obras arquitetônicas
• Inovação tecnológica: maior rendimento luminoso com menor consumo
• Monitoramento da rede a distância, para controlar operação, programar acionamentos e níveis de iluminação por local ou horário.
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UTILIZAÇÃO DA LUZ BRANCA:PERCEPÇÃO NOTURNA
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ANÁLISE URBANÍSTICA: BASE PARA DEFINIÇÕES DAS SOLUÇÕES
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SISTEMA VIÁRIO
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CAMINHOS PEDONAIS
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ESTACIONAMENTOS
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CANTEIROS E ROTATÓRIAS
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15
32 53 46 40 28 32 20 28 40 46 53 32
MEDIÇÕES ILUMINÂNCIAS (LUX)
ATUAL
PROJETADO
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CAPTAÇÃO SOLAR
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17
32 53 46 40 28 18 18 28 40 46 53 32
ATUAL
PROJETADO
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32 53 46 39 29 19 28 32 20 29 39 46 32 32 46 39 29 26 29 39 46 53 32
NOVO CONCEITO PARA ALTURA DE POSTES
ATUAL
PROJETADO
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PRAÇA DO RELÓGIO
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FACHADA DA FAU - USP : ILUMINAÇÃO ENTRE AS ÁRVORES PROJETANDO A SOMBRA DAS FOLHAS
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MAC – USP: ILUMINAÇÃO DE DESTAQUE
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SISTEMA DE TELEGESTÃO Luminária com dispositivo
receptor/emissor (antena)
Controle Mestre
Modem GPRS/3G
Servidor
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ANÁLISE DA ALTERNATIVA ADOTADA
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Determinação dos níveis de iluminamento por área, atendendo a norma NBR 5101, PROCEDIMENTO
• Várias áreas sem iluminação
• Muitos acessos e caminhos pedonais, que não possuíam iluminação,
• Muitos pontos escuros em estacionamentos, nas proximidades de pontos de ônibus e em muitos locais de convivência
• Grande quantidade de árvores
Para privilegiar a iluminação para pedestres e também evitar iluminar as copas das árvores, optou-se por um projeto com redução da altura dos postes e braços longos para as luminárias das vias e braços exclusivos para iluminação dos passeios.
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Determinadas as necessidades luminotécnicas do projeto, efetuou-se o projeto considerando as duas opções de luz branca existente no mercado, Multivapores Metálicos (descarga) e LED (Diodo Emissor de Luz), assim para cada tecnologia foi calculado os custos da obra da rede viária, passeios e caminhos pedonias:
• Foi considerada a diferença do custo da obra entres as tecnologias
• Foi considerada a mesma infraestrutura requerida
• Consideradas as diferenças de custo das luminárias e dos condutores de alimentação e de aterramento, em função da diferença de carga e capacidade de corrente e que de tensão
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIASFORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
A sensibilidade da visão humana depende de dois fatores luminotécnicos: a intensidade e o comprimento de onda eletromagnética.
No período noturno, a visão humana tem características escotópica, isto é, tem maior sensação de intensidade luminosa com pouca luz, se adapta a comprimento de ondas menores, tendendo ao violeta e ao azul.
No período diurno tem características fotópica, isto é, tem menor intensidade de sensação luminosa com muita luz, se adapta a comprimento de ondas menores, tendendo ao laranja e ao vermelho.
A figura a seguir mostra a curva de sensibilidade da visão humana: percebemos que ao anoitecer a sensibilidade é deslocada para a região de sensibilidade menor.
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIASFORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Cálculo do Custo de Energia Consumida para as duas Tecnologias
• Potência requerida total de cada luminária: lâmpada mais o reator e para o caso do LED, adicionou-se o consumo do drive.
• Cálculo da Energia, produto da potência total instalada pelas horas de consumo por ano.
• Cálculo do dispêndio financeiro com consumo de energia anual. Foi considerada a tarifa A4 da ELETROPAULO, levando-se em conta o período na ponta e fora de ponta.
• Cálculo do custo de manutenção, adotando os preços praticados pelo ILUME.
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Escolha da tecnologia:
Pelos gráficos a seguir, pode-se concluir que a tecnologia LED é sem dúvida a melhor escolha econômica para aplicação na CUASO, que ainda é reforçada pela exposição de todas as vantagens técnicas e operacionais do LED sobre a solução de Multivapores Metálicos.
Apesar de seu investimento inicial ser superior ao das lâmpadas de descarga, com a economia no consumo de energia, manutenção e operação, a tecnologia LED, no quarto ano de operação apresenta custo global inferior, acumulando economia anual de R$ 1,82 milhões.
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
10
20
30
40
50
1º ano
2º ano
3º ano
4º ano
5º ano
6º ano
7º ano
8º ano
9º ano
10º ano
11º ano
12º ano
13º ano
14º ano
15º ano
Disp
êndi
os e
m m
ilhõe
s de
R$
CUSTO GLOBAL DAS TECNOLOGIASLâmpadas a Multivapores Metálicos x LED
Multivapores Metálicos LED
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Considerando ainda instalação do sistema de telegestão com acréscimo de investimento inicial em R$ 3,98 milhões, e a aplicação da redução do fluxo luminoso em 30% (dimerização), a economia no consumo de energia, manutenção e operação, ao longo do quinto ano de operação, se apresenta com um custo global inferior, acumulando economia anual de R$ 1,97 milhões. Dados no gráfico a seguir.
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
10
20
30
40
50
1º ano
2º ano
3º ano
4º ano
5º ano
6º ano
7º ano
8º ano
9º ano
10º ano
11º ano
12º ano
13º ano
14º ano
15º ano
Dis
pênd
ios e
m m
ilhõe
s de
R$
CUSTO GLOBAL DAS TECNOLOGIASLâmpadas a Multivapores Metálicos x LED com dimerização
Multivapores Metálicos LED
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Na tabela a seguir a ser apresentada no item Potência total instalada –carga existente versus nova carga com LED, verifica-se que a iluminação anterior possuía cerca de 3.200 luminárias com potência total de 937 kW e a nova iluminação LED implantou 6.113 luminárias com apenas 649 kW de carga total instalada, representando uma economia de energia de 30% com qualidade de iluminação incomparavelmente superior.
400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000
Vsódio (existente)
Vmet (simulado)
LED (instalado)
Carga Instalada kW
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
Vsódio (existente)
Vmet (simulado)
LED (instalado)
Energia Consumida MWh/ano
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ANÁLISE ECONÔMICA ENTRE AS TECNOLOGIAS
FORNECIMENTO E IMPLANTAÇÃO DO NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DOS CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
Deve-se ainda ressaltar que, pela tabela do item Dispêndios com consumo de energia elétrica, o mesmo projeto luminotécnico com lâmpadas de descarga consumiria 7.197 MWh de energia por ano, porém, com a tecnologia LED o consumo anula é de 2.605 MWh, 63% menor que o consumo com lâmpadas de descarga. Considerando ainda a aplicação estratégica da dimerização em 30% na média, o consumo poderá chegar a 1.518 MWh, com economia no consumo em 79%.
1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
Vmet (simulado)
LED (instalado)
LED (dimerizado)
Energia Consumida MWh/ano
- 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400
Vmet (simulado)
LED (instalado)
LED (dimerizado)
Energia Consumida (1.000 R$)
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DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICA
Cálculo do Custo do Investimento Inicial
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DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICACálculo do Consumo de Energia entre as tecnologias
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38
DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICA
Potência total instalada – carga existente versus nova carga com LED
[un]
VS 400 W 320 46,0 W 3,0 W 449,00 W 143,68 kW 7,18 kW 150,86 kW
VS 250 W 2.240 37,0 W 3,0 W 290,00 W 649,60 kW 32,48 kW 682,08 kW
VS 150 W 480 26,0 W 2,0 W 178,00 W 85,44 kW 4,27 kW 89,71 kW
VS 70 W 160 15,0 W 0,6 W 85,60 W 13,70 kW 0,68 kW 14,38 kW
3.200 892,42 kW 44,62 kW 937,04 kW
[un]
LED 190 W 1.112 190,00 W 211,28 kW 10,56 kW 221,84 kW
LED 50 W 1.084 50,00 W 54,20 kW 2,71 kW 56,91 kW
LED 90 W 3.917 90,00 W 352,53 kW 17,63 kW 370,16 kW
6.113 618,01 kW 30,90 kW 648,91 kW
PotênciaPerdas Rede
5%Potência
Reator Ignitor
[un] po r t ipo T o tal
P o tência T o tal
P o tência T o tal
CARGA TOTAL DA ILUMINAÇÃO PROJETADA (estudo inicial)
TipoPotência Qtde
PerdasPotência
P o tência P o tência
Ignitor
[un] P o tência P o tência po r t ipo
Reator
T o tal
CARGA TOTAL DA ILUMINAÇÃO EXISTENTE (estudo inicial)
TipoPotência Qtde
PerdasPotência Potência
Perdas Rede5%
Potência
Obs. Nota-se que mesmo com o aumento de praticamente o dobro de luminárias, de
3.200 para 6.113, a potência instalada cairia em 30%, com corresponde queda no
consumo de energia elétrica.
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39
DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICA
1.Cálculo do Custo do Investimento Inicial
Potência total instalada – nova carga com LED versus Multivapores Metálicos
[un]
Vmet 250 W 3.917 28,0 W W 278,00 W 1.088,93 kW 54,45 kW 1.143,37 kW
Vmet 400 W 1.112 39,0 W W 439,00 W 488,17 kW 24,41 kW 512,58 kW
Vmet 100 W 1.084 20,0 W W 120,00 W 130,08 kW 6,50 kW 136,58 kW
6.113 1.707,17 kW 85,36 kW 1.792,53 kW
[un]
LED 190 W 1.112 190,00 W 211,28 kW 10,56 kW 221,84 kW
LED 50 W 1.084 50,00 W 54,20 kW 2,71 kW 56,91 kW
LED 90 W 3.917 90,00 W 352,53 kW 17,63 kW 370,16 kW
6.113 618,01 kW 30,90 kW 648,91 kW
[un] T o talP o tência P o tênciaP o tência
TipoPotência Qtde Potência
po r t ipo T o tal
PotênciaPotênciaPerdas
Reator
TipoPotência Qtde
PerdasPotência Potência
[un] P o tência po r t ipo
Perdas Rede5%
PotênciaReator Ignitor
P o tência T o tal
CARGA TOTAL DA ILUMINAÇÃO PROJETADA - Multivapores Metálicos
CARGA TOTAL DA ILUMINAÇÃO PROJETADA - LED
P o tência T o tal
Ignitor
Perdas Rede5%
Tarifa A4 e impostos considerados.
DEMANDA CONSUMO Total
[R$/kW] [R$/kW] [dias]
PONTA SECA 9,15 231,39 149
PONTA ÚMIDA 9,15 231,39 216
FORA DE PONTA SECA 5,63 139,93 149
FORA DE PONTA ÚMIDA 5,63 139,93 216
365
THS Azul
Período Capacitivo: 0h30 às 6h30
Período Indutivo: 6h30 à 0h30
MÊS/ANOPIS
PASEPCOFINS ICMS
mar/13 0,0104 0,0481
fev/13 0,0091 0,0420
jan/13 0,0086 0,0398
dez/12 0,0087 0,0401
nov/12 0,0061 0,0281
out/12 0,0057 0,0263
set/12 0,0068 0,0313
ago/12 0,0060 0,0274
jul/12 0,0106 0,0487
jun/12 0,0086 0,0395
mai/12 0,0092 0,0424
abr/12 0,0103 0,0473
Média 0,00410 0,0189
IMPOSTOS TARIFÁRIOS
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40
DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICA
Dimer kW h kWh h kWh h kWh h kWh h kWh
sem 1.793 534.175 774.374 2.403.786 3.484.684 7.197.019
d imerização sem 649 193.375 280.329 870.189 1.261.482 2.605.376
d imerização 30% 454 193.375 280.329 426.393 618.126 1.518.223
d imerização 340.799 494.045 1.533.597 2.223.202 4.591.643
d imerização 340.799 494.045 1.977.394 2.866.557 5.678.795
Dimer kW h kW R$/MWh R$ h kW R$/MWh R$ h kW R$/MWh R$ h kW R$/MWh R$ h R$ R$
sem 1.793 1.793 123.603 1.793 179.182 1.793 336.362 1.793 487.612 1.126.759 1.152.761
d imerização sem 649 649 44.745 649 64.865 649 121.766 649 176.519 407.895 417.308
d imerização 30% 454 649 44.745 649 64.865 318 59.665 318 86.494 255.770 261.673
d imerização 78.858 114.317 214.596 311.093 718.863 735.453
d imerização 78.858 114.317 276.697 401.117 870.989 891.089
Instalação
Potência
TotalPONTA ÚMIDA FORA DE PONTA SECA
30%
649
Resultado
BALANÇO ANUAL DO CONSUMO DE ENERGIA - kWh
Anterior
298 432 1.341
649
1.793
649
1.793
FORA DE PONTA ÚMIDA
kW
Potência
Total
sem
30%
kW
231,39 231,39
kW
1.793 1.793
649
FORA DE PONTA ÚMIDA TOTAL
kW
649
318
1.944
BALANÇO ANUAL DO CONSUMO DE ENERGIA - R$
4.015 Nova
649
318
sem
Instalação
Anterior
298
Nova
Resultado
FORA DE PONTA ÚMIDA TOTAL
139,93 1.944 139,93
TOTAL +
IMPOSTOS E
TAXAS
PONTA SECA PONTA ÚMIDA FORA DE PONTA SECA
432 1.341 4.015
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41
DESENVOLVIMENTO SIMPLIFICADO DA ANÁLISE ECÔNOMICA
Comparação Econômica - dispêndios.
TOTAL-
R$ R$ milhões R$ milhões R$ milhões
(12 anos) (12 anos) (12 anos) (12 anos)
Média 12,47 15,00 1,08 12,95 1,15 13,83 2,23 26,79 39,26
Média 23,19 0,26 3,14 0,26 3,14 26,33
R$ milhões
por ano
R$ milhões
por ano
Vapor Metálico
Manutenção Energia TOTAL- Operação
LED - com dimerização de 30%
R$/ponto.mês
fonte - ILUME
Custo da manutenção considerada
no investimento inicial (garantia)
R$ milhões
por ano
Portanto, a relação custo x benefício justifica as tecnologias de ponta definidas para as premissas de projeto, não apenas pelo aspecto financeiro, mas pelo salto de qualidade das instalações de iluminação da Universidade, provendo segurança à sua população e demonstrando o comprometimento da USP com a inovação tecnológica e a sustentabilidade, em iniciativa já considerada como referência no cenário mundial de Iluminação Pública.
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