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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

4

CIDADE UNIVERSITÁRIA ARMANDO SALLES DE OLIVEIRA - CUASO

5

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

15

32 53 46 40 28 32 20 28 40 46 53 32

MEDIÇÕES ILUMINÂNCIAS (LUX)

ATUAL

PROJETADO

16

CAPTAÇÃO SOLAR

17

32 53 46 40 28 18 18 28 40 46 53 32

ATUAL

PROJETADO

18

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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22

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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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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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

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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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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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”

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IMAGENS DA SITUAÇÃO “ANTES E DEPOIS”