Eficiência energética em sistemas semafóricos com Led

dez, 2013

Edição 94 – Novembro de 2013
Artigo – Iluminação viária
Por Roberto Mendes e Josemar de Oliveira Brancacci*

Projeto consiste na instalação de novos módulos de Led em substituição a lâmpadas incandescentes. Objetivo foi reduzir o consumo de energia, assim como custos com a operação do sistema

Com aumento contínuo da frota, cenário econômico favorável e o avanço do turismo, a atenção nas questões associadas à mobilidade urbana está em pauta. Pensando nisso, a CPFL Serviços deverá concluir ainda neste ano a instalação de novos módulos semafóricos em uma cidade do litoral de São Paulo. O projeto foi viabilizado no âmbito do Programa de Eficiência Energética da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel).

O projeto de eficiência energética no sistema semafórico da cidade contou com uma parceria com a prefeitura do município em questão. A abrangência do projeto estende-se a 8.818 módulos, que funcionavam com lâmpadas incandescentes de 100 W.O objetivo principal desse tipo de projeto é a redução de consumo de energia, diminuindo assim os custos de operação do sistema. Mas outros benefícios diretos são obtidos, principalmente na manutenção do sistema e consequente melhoria na mobilidade dos usuários.

Manutenções

Um semáforo veicular opera durante todas as horas do ano, sendo assim, sempre um de seus módulos estará aceso. Se considerarmos que 45% do tempo ele está com a lâmpada na posição vermelha acesa, outros 45% na verde e os 10% restante na posição amarelo em horas de operação/ano temos: 3.942 h/ano com vermelho aceso, 3.942 h/ano com verde aceso e 876 h/ano com amarelo aceso.

No caso dos grupos focais de pedestres e de ciclistas, eles se alternam nas posições vermelha/verde durante o ano todo totalizando 4.380 h/ano em cada cor. Esta organização do tempo é apenas de caráter gerencial para projeção de consumo de energia e de manutenção, na prática, cada grupo focal pertence a um circuito que uma controladora semafórica gerencia os tempos individuais de maneira customizada por cruzamentos.

No caso desta cidade, a Tabela 1, a seguir, sintetiza por tipo de grupo focal a quantidade por tipo de módulo versus horas de operação:

Se for considerado de maneira conservadora que uma lâmpada incandescente de filamento reforçado tenha um ciclo de vida de 2.500 h para esse tipo de operação, se dividirmos o tempo de operação pelo ciclo de vida, temos um índice de trocas ao ano por tipo de módulo.

Dessa maneira, a cidade em questão, com o sistema de lâmpadas incandescentes acusa um número de aproximadamente 11.600 ocorrências de queima de lâmpadas por ano, ou 32 por dia. Para identificar e evitar maiores consequências referentes a acidentes, as controladoras semafóricas identificam uma lâmpada queimada e mudam automaticamente a programação para o amarelo piscante. Não é necessário aprofundar o assunto sobre o impacto gerado no trânsito na cidade.

O novo sistema – Led

A aplicação de sistemas a Led vem avançando rapidamente. A CPFL Serviços avaliou tecnicamente um grande número de produtos e tipos de sistemas exigindo dos proponentes os respectivos ensaios dos produtos em laboratórios certificadospelo Inmetro. Após análise, optou-se em oferecer o que foi considerado de melhor desempenho, os módulos semafóricos selecionados apresentam lente de policarbonato multifacetado, denominada Fresnel, que evita o ofuscamento (usuário não vê pontinhos acesos), com ciclo de vida apresentado pelo fabricante superior a 75.000 h. A Figura 1 demonstra no detalhe um módulo utilizado aceso.

Características técnicas dos módulos

  • Tipo de grupo focal: tipo I (veiculares) – diâmetro de 200 mm;
  • Tipo de grupo focal: pedestres / ciclistas – quadrados de 200 mm, respectivos pictogramas internos aos módulos;
  • IP: 55
  • Tipo de lente: lentes Fresnel
  • Tensão de operação: 200 VCA ~ 240 VCA
  • Frequência: 60 Hz
  • Fator de potência: > 0,90
  • Vida útil: superior a 75.000 h
  • Percentual de área de iluminação acesa: conforme requisitos do item 4.6 – características fotométricas da ABNT NBR 15.889
  • Normas brasileiras: ABNT NBR 15.889 –Sinalização semafórica – foco semafórico com base em diodos emissores de luz
  • Potências: 8 W (vermelho) 9W verde e 11W amarelo

Outras especificações técnicas

O módulo precisa apresentar uniformidade de luminância (Cd/m²) na distribuição da luz por meio da lente, sendo que a relação entre os valores máximo e mínimo de luminância não poderão exceder a proporção 10:1.

Todos os chips de cada módulo deverão ter mesma intensidade luminosa e ser do mesmo tipo e cromaticidade.

Os módulos devem ser testados conforme os requisitos para uniformidade de luminância à temperatura de 25ºC e em sua tensão nominal. As medidas deverão ser efetuadas utilizando-se um medidor de luminância posicionado sempre perpendicularmente à superfície externa da lente do módulo (acompanhando a curvatura da lente) a uma distância tal que a abertura selecionada propicie o enfoque/enquadramento de uma superfície de lente de 25mm de diâmetro. A posição do medidor de luminância deverá ser variada de forma a se ter uma amostra mínima de 32 medidas distribuídas uniformemente por toda a superfície emissora da lente.

Teste de cromaticidade

São medidas colorimétricas da luz emitida em pelo menos dez posições igualmente distribuídas sobre a superfície da lente do módulo de Led, sendo considerada a média das dez medições como o valor a ser levado como verdadeiro pelo teste.

Baseado no diagrama de cromaticidade ITE2005 – 1931_CIE (Commission Internationale d’Eclairage), as cores da luz emitida pelos módulos a Led deverão estar na região compreendida pelo contorno proporcionado pelas coordenadas de cromaticidade (pontos A
até D) apresentadas na Tabela 3.

As medidas de cromaticidade deverão ser realizadas com o módulo Led operando a um ciclo de trabalho de 100%. Portanto, é necessário que o módulo em teste alcance equilíbrio térmico e estabilidade de saída das cores antes das medidas serem registradas.

Para os ensaios de cromaticidade, não são permitidos ensaios feitos somente nos chips individualmente ou fornecidos pelo fabricante. Eles devem ser executados nos módulos completos com a lente que será fornecida pelo fabricante em definitivo.

Teste de ciclo de temperatura

Os módulos são submetidos a um choque térmico, com ciclo de variação da temperatura entre -10ºC (sem controle de umidade) a 60ºC (com a umidade relativa do ar de 90%). Deverão ser submetidos a dez ciclos de condicionamento climático, conforme as características da Figura 2.

Nota: esse ensaio poderá ser realizado em uma câmara climática que tenha a função de choque térmico ou utilizando duas câmaras simultaneamente. Quando utilizadas duas câmaras, o tempo de mudança entre ciclos não pode exceder três minutos.

Burn-in

Previamente à realização dos demais ensaios, as amostras dos módulos de Led deverão passar por um teste de condicionamento preparatório das amostras, ou seja, ser energizadas permanentemente (ciclo operacional de 100%), à temperatura de 60ºC, por um período mínimo de quatro horas de condicionamento.

A implantação

Para a implantação na cidade em questão foram definidos367 endereços, totalizando 8.818 módulos. ACPFL Serviços foi contratada para ser a responsável pela implantação e avaliação do desempenho sob o ponto de vista da eficiência energética.

Para atendimento dos requisitos, a concessionária desenvolveu conjuntamente com uma empresa especializada em eficiência energética – a Vitális Energia – um sistema via web para automatizar todos os controles, da implantação com georreferenciamento de todos os grupos semafóricos, dos resultados parciais de redução de consumo, quais unidades consumidoras (medidores) associadas estavam envolvidas etc. Assim, conforme evolução do projeto, os benefícios já poderiam ser contabilizados.

A comprovação dos resultados foi facilitada porque os cruzamentos possuem medição do consumo de energia elétrica com longo histórico registrado pela distribuidora assim, a confrontação e comprovação de economia foi facilitada por meio de medição real.

Redução do consumo

Diferentemente das lâmpadas incandescentes, o sistema a Led apresenta potências distintas em função da cor e da aplicação. Os módulos utilizados neste projeto são de:

Módulos veiculares: vermelho 8 W / amarelo 11 W / verde 9 W;

Módulos pedestres / Ciclistas: vermelho 8 W / verde 9 W.

Ponderando-se potência pelo tempo de utilização, temos a potência média de 8,6 W por módulo aceso veicular e 8,5 W para os de ciclistas e pedestres. Dessa maneira, a nova demanda efetiva do sistema semafórico da cidade passou a ser de 28,46 kW.

A Figura 3 sintetiza a redução da demanda efetiva obtida após a implantação do projeto.

Conclusão

O desempenho da tecnologia de diodos emissores de luz (Leds) aplicadaem sistema semafórico, para este caso,possibilita significativa redução do consumo de energia elétrica (91%).

Além disso, proporcionadiminuição das manutenções periódicas, reduzindo custos com a reposição de lâmpadas e equipamentos e aumento da qualidade de visualização do usuário – tanto durante o dia como à noite.

Concluímos que um projeto de sistemas semafóricos com utilização de lâmpadas a Led proporciona maior eficiência operacional e significativa redução de custos no consumo de energia elétrica.


*Roberto Mendes é graduado em administração de empresas e técnico em eletroeletrônica e em segurança do trabalho. Atua na CPFL  Serviços como supervisor de projetos.

Josemar de Oliveira Brancacci possui graduação em marketing e pós-graduação em administração e finanças. Atualmente, é diretor da Vitális Energia.

Comentários

Deixa uma mensagem

%d blogueiros gostam disto: