ANÁLISE DE EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA E USO DE … · das empresas e os danos causados ao meio...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
PAULO NICHELLE JUNIOR
ANÁLISE DE EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA E USO DE FONTES
DE ENERGIA RENOVÁVEIS EM UMA GRANJA DE RECRIA DE AVES
CURITIBA
2010
PAULO NICHELLE JUNIOR
ANÁLISE DE EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA E USO DE FONTES
DE ENERGIA RENOVÁVEIS EM UMA GRANJA DE RECRIA DE AVES
Monografia apresentada à disciplina Projeto
de Conclusão de Curso como requisito
parcial à conclusão do Curso de Graduação
de Engenharia Elétrica , Setor de
Tecnologia, Departamento de Engenharia
Elétrica, Universidade Federal do Paraná.
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Rasi Aoki.
CURITIBA
2010
TERMO DE APROVAÇÃO
PAULO NICHELLE JUNIOR
ANÁLISE DE EFICIENTIZAÇÃO ENERGÉTICA E USO DE FONTES
DE ENERGIA RENOVÁVEIS EM UMA GRANJA DE RECRIA DE AVES
Trabalho de graduação apresentado à disciplina de Projeto de Graduação como
requisito parcial à conclusão do curso de Graduação de Engenharia Elétrica da
Universidade Federal do Paraná
Prof. Alexandre Rasi Aoki, Dr.
Prof.ª Thelma S. Piazza Fernandes, Dra.
Prof. Odilon Luis Tortelli, M.Sc
Curitiba
PR
RESUMO O objetivo central deste trabalho é avaliar a implantação de ações de eficiência energética com o uso de fontes renováveis de energia, como por exemplo, a solar, em uma granja de recria de aves de forma a quantificar de maneira transparente os benefícios técnico-econômicos atingidos. Com o atual cenário de degradação do meio ambiente e a possível escassez de combustíveis fósseis, este trabalho ganha grande relevância na busca por alternativas limpas para o aproveitamento de energias renováveis. Com a grande importância da avicultura brasileira e paranaense no mercado mundial, o uso eficiente da energia através da substituição de sistemas de aquecimento a gás por sistemas solares, neste estudo de caso, caracteriza formas de se obter um desenvolvimento sustentável, comprovadas através de análises de investimentos e de benefícios sócio-ambientais. Uma comparação econômica do sistema de aquecimento solar, com o uso conjunto de fonte auxiliar de energia elétrica, em relação ao sistema de aquecimento a gás é feita dando ênfase à atratividade do investimento realizado pela granja de recria de aves. Além das questões econômicas, também são apresentados resultados relacionados aos benefícios sócio-ambientais atingidos pela implantação do sistema solar de aquecimento de água.
Palavras-chave: Eficiência energética. Energias renováveis. Sistemas de aquecimento de água. Granja de recria de aves.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Componentes do coletor solar ..............................................................26
Figura 2.2 – Reservatório térmico com resistência auxiliar........................................26
Figura 2.3 – Representação gráfica do fluxo de caixa ..............................................28
Figura 3.1 – Vista aérea da Granja Araucária ...........................................................31
Figura 3.2 – Vestiário da barreira principal ...............................................................33
Figura 3.3 – Registro para água quente e fria nos chuveiros ...................................33
Figura 3.4 – Procedimento de Banho orientado pelo Programa de Qualidade Total
Perdigão ....................................................................................................................34
Figura 3.5 – Aquecedores a gás modelo 001190E da barreira principal ..................35
Figura 3.6 – Aquecedor de passagem AUTOMAX 314BAB localizado no núcleo
1..................................................................................................................................36
Figura 3.7 – Cilindro de GLP à esquerda e aquecedor a gás de acumulação modelo
0160RBE localizado no núcleo 6 à direita .................................................................37
Figura 3.8 – Representação ilustrativa dos Coletores Solares da Argus Aquecedores
(A – largura, B – comprimento, C – altura).................................................................39
Figura 3.9 – Coletores Solares da Barreira Principal.................................................39
Figura 3.10 – Representação ilustrativa de um reservatório da Argus Aquecedores (A
– diâmetro externo, B – comprimento, C – altura total)..............................................40
Figura 3.11 – Reservatório térmico da Barreira Principal...........................................40
Figura 3.12 – Sistema de Coletores Solares instalado no núcleo 6...........................41
Figura 4.1 – Quadro de energia da barreira central...................................................44
Figura 4.2 – MARH-21 instalado no quadro de energia.............................................45
Figura 4.3 – Diagrama do esquema de ligação do MARH-21 no quadro de
energia........................................................................................................................46
Figura 4.4 – Tensões de fase das fases A, B e C ao longo dos sete dias de
análise........................................................................................................................47
Figura 4.5 – Tensões de linha das fases A, B e C ao longo dos sete dias de
análise........................................................................................................................48
Figura 4.6 – Perfil de carga nas fases A, B e C durante os sete dias de
análise........................................................................................................................48
1
Figura 4.7 – Potências ativas ao longo de sete dias nas três fases..........................50
Figura 4.8 – Potências reativas ao longe de sete dias nas três fases.......................50
Figura 4.9 – Gráfico com o fluxo de caixa durante 10 anos.......................................54
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 – Consumos totais de gás para banhos...................................................37
Tabela 4.1 – Disposição dos elementos entre as fases A, B e C..............................45
Tabela 4.2 – Valores médios, mínimos e máximos de tensão de fase......................47
Tabela 4.3 – Valores médios, mínimos e máximos de correntes das três fases.......49
Tabela 4.4 – Consumos e fatores de potência totais nas três fases..........................51
Tabela 4.5 – Demandas máximas de potência ativa e reativa...................................51
Tabela 4.6 – Tarifas da Copel para o Sistema horo-sazonal VERDE do grupo
A3a.............................................................................................................................52
Tabela 4.7 – Valores dos consumos totais em cada período....................................53
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 8
1.1 CONTEXTO ........................................................................................................... 8
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................ 10
1.3 ESTRUTURA DO DOCUMENTO ........................................................................ 11
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 12
2.1 ENERGIA ............................................................................................................ 12
2.1.1 Fontes de Energia ............................................................................................ 12
2.1.1.1 Fontes de Energia Não-renováveis ............................................................... 13
2.1.1.2 Fontes de Energia Renováveis ..................................................................... 13
2.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................................................................................ 16
2.3 TECNOLOGIAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA ................................................. 20
2.3.1 Aquecedores de água de passagem ................................................................ 21
2.3.1.1 Aquecedores de passagem elétricos............................................................. 21
2.3.1.2 Aquecedores de passagem a gás ................................................................. 22
2.3.2 Aquecedores de água de acumulação ............................................................. 23
2.3.2.1 Aquecedores de acumulação elétricos .......................................................... 23
2.3.2.2 Aquecedores de acumulação a gás .............................................................. 24
2.3.2.3 Aquecedores solares de acumulação............................................................ 25
2.4 MÉTODOS DE ANÁLISE DE INVESTIMENTOS ................................................. 27
2.4.1 Fluxo de Caixa ................................................................................................. 27
2.4.2 Taxa Mínima de Atratividade (TMA) ................................................................. 28
2.4.3 Valor Presente Líquido (VPL) ........................................................................... 28
2.4.4 Taxa Interna de Retorno (TIR) ......................................................................... 29
2.4.5 Payback ............................................................................................................ 29
2.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 29
3 ESTUDO DE CASO ............................................................................................... 31
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA GRANJA ARAUCÁRIA ................................................. 31
3.1.1 Procedimento de Biossegurança ...................................................................... 33
3.1.2 Especificação do sistema de aquecimento a gás ............................................. 34
3.1.3 Implementação do sistema de aquecimento solar ........................................... 38
4 MEDIÇÕES E ANÁLISES ...................................................................................... 43
4.1 MEDIÇÕES ......................................................................................................... 43
4.2 ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA ..................................................................... 46
4.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 55
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 57
6 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 59
8
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTO
A domesticação e criação de aves, que hoje se conhece como avicultura,
teve origem há vários séculos. Acredita-se que esta prática teve início no continente
asiático e posteriormente, ao longo da história, se espalhou para o resto do mundo.
Foram os portugueses que trouxeram as primeiras aves ao Brasil, no início do
século XX.
É a partir dessa época que estas aves passaram a ser criadas para
produção de ovos e carnes, tendo como objetivo inicial o consumo próprio através
de uma cultura tradicional e familiar. E com o passar dos anos, o mercado/comércio
se tornou o foco dessa produção. É o que hoje se conhece por avicultura industrial.
Após a década de 40, teve início a modernização da avicultura industrial na
América do Norte. Com isto, este setor passou a ser mais valorizado e ganhar maior
importância no mundo. No Brasil, a moderna avicultura começou a se desenvolver
com mais intensidade, a partir da década de 60, nas regiões sul e sudeste.
A crescente industrialização agrícola pela qual o Brasil passou nas últimas
décadas, somada ao aumento do consumo e da oferta de carne de frango, tornaram
a avicultura um dos principais setores do agronegócio do país, e também, o que
mais cresceu nos últimos anos. Segundo dados do Ministério do Desenvolvimento,
Indústria e Comércio Exterior (MDIC), desde 2004 o Brasil é o maior exportador de
carne de frango do mundo, totalizando 3.637.697 toneladas de carne do gênero em
12 meses, entre abril de 2009 e março de 20101, exportadas para mais de 125
países, representando mais de 30% do comércio mundial.
O país também figura entre os maiores produtores de carne de frango,
ficando atrás somente dos Estados Unidos e China, segundo a Associação
1 AVISITE – O Portal da Avicultura na Internet. Disponível em:
http://www.avisite.com.br/economia/estatistica.asp?acao=exportacao. Acesso em: 25/05/2010
9
Brasileira dos Produtores e Exportadores de Frangos (ABEF)2, produzindo
aproximadamente 9.700.000 toneladas no ano de 2007, aparecendo, também como
um dos maiores consumidores per capita, tendo passado de aproximadamente 10
kg/habitante/ano no início da década de 80, para mais de 35 kg/habitante/ano em
2008.
O estado do Paraná pode ser considerando como um dos principais
responsáveis pelo sucesso do Brasil na produção de frangos. Segundo pesquisa
realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) no primeiro
trimestre de 2009, o Paraná liderou a produção de frango no Brasil com mais de
25% dos abates de frangos realizados em todo o país, desbancando os estados de
Santa Catarina e Rio Grande do Sul, segundo e terceiro colocado respectivamente.
A avicultura se insere como a atividade que mais depende de tecnologia
dentre os demais setores da agropecuária do país. Pela grande importância que a
avicultura representa na economia do Brasil, e principalmente no estado do Paraná,
pelo crescimento acelerado e pela grande competitividade entre as empresas
produtoras de frangos, faz-se necessária a redução nos custos da produção.
Devido ao acervo tecnológico de que necessita, a energia elétrica figura
entre os principais gastos no processo produtivo do setor avícola. Para Pogi e
Piedade Jr. (1991) a energia elétrica na avicultura é essencial e cada vez mais se
torna fundamental o seu uso de forma racional devido aos custos que vem
alcançando.
De acordo com Ferreira e Turco (2000), é importante conservar e
racionalizar energia. Como em qualquer outro setor dependente de energia elétrica,
cada vez mais as empresas ligadas a avicultura vem se preocupando com a questão
energética, isto devido ao custo da energia estar alto e as fontes não-renováveis
como petróleo e carvão serem finitas e causarem impactos no meio ambiente.
Assim, a eficiência energética ganha bastante destaque nas empresas como fator de
competitividade no mercado globalizado.
O papel da energia elétrica na avicultura industrial ganha destaque quando
comparado com todos os demais custos de produção. Em média a energia elétrica
2 ABEF – Associação Brasileira dos Produtores e Exportadores de Frangos. Disponível em:
http://www.abef.com.br/Estatisticas/MercadoMundial/MercadoMundial.php. Acesso em: 25/05/2010
10
corresponde entre 30% e 40% dos custos totais no processo de produção, podendo
chegar em alguns casos até a 60%. Com a globalização e a alta competitividade do
mercado, os produtores cada vez mais necessitam de processos automatizados na
criação de aves, os quais são dependentes da energia elétrica, para se manterem
vivos no mercado.
Percebe-se, então, o quanto a energia elétrica está vinculada à produção
avícola, o quanto é essencial e importante. Conforme já mencionado, a energia
corresponde a um dos principais custos deste tipo de produção e, por tanto, faz-se
necessário encontrar maneiras de utilizá-la de forma mais eficiente e econômica.
Dessa forma, não pode haver desperdício e devem ser buscadas alternativas de
redução permanente de custos, destinando os recursos economizados para outras
áreas, tornando assim, a atividade e a empresa cada vez mais competitiva.
Esta pesquisa foi iniciada com a motivação de destacar os benefícios que o
uso racional e eficiente da energia elétrica pode trazer ao planeta, à população e ao
produtor avícola; ressaltar a importância da avicultura na economia brasileira e
paranaense e a influência do uso da energia elétrica neste tipo de produção; propor
e incentivar o uso de fontes alternativas de energia que ajudem a diminuir os gastos
das empresas e os danos causados ao meio ambiente, levando em conta o grande
número de propriedades que necessitam de energia para o aquecimento de água
usada na higienização dos trabalhadores que atuam nesta atividade, já que, o banho
é indispensável para manter a biossegurança.
1.2 OBJETIVOS
Com base no panorama da avicultura no Brasil hoje, o presente trabalho foi
escrito com a perspectiva de avaliar a implantação de ações de eficiência energética
e o uso de fontes alternativas de energia em uma granja de recria de aves; e
quantificar os benefícios técnicos e econômicos sustentados pela implementação
prática das ações de eficiência energética através de medições de campo.
11
1.3 ESTRUTURA DO DOCUMENTO
A partir do contexto da avicultura no Brasil e no estado no Paraná, e do
entendimento sobre análise do uso da energia elétrica e de seu uso eficiente neste
setor do agronegócio, o trabalho foi dividido em quatro capítulos para melhorar
abordar o estudo de caso relativo à Granja Araucária de recria de aves.
O segundo Capítulo consiste em uma Revisão Bibliográfica, abordando as
variadas fontes de energia e conceituando eficiência energética, ou seja, a
promoção de usos inteligentes da energia, na perspectiva do desenvolvimento
sustentável. E com foco na análise de tecnologias de aquecimento de água, sob o
aspecto da eficiência energética.
O Estudo de Caso é abordado no Capítulo 3, expondo dados e informações
referentes à granja de recria estudada, como procedimentos de biossegurança e
especificações dos sistemas de aquecimento de água.
As medições e análises dos sistemas de aquecimento de água realizadas
para quantificar o uso dos mesmos são apresentadas no Capítulo 4. No decorrer
deste capítulo se encontram todos os resultados referentes à avaliação da
implementação das ações de eficiência energética. São estes resultados, somados
ao cenário do Estudo de Caso, que embasam a conclusão do presente trabalho.
12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ENERGIA
Segundo La Rovere (1985), a energia é um conceito que apresenta múltiplos
aspectos. No entanto a palavra tem origem do idioma grego onde pode ser definida
como “a capacidade para realizar trabalho”.
Toda e qualquer atividade só se torna possível de ser realizada com o uso
de uma ou mais fontes de energia. Seja no simples ato de piscar os olhos, como na
construção de um alto edifício, de uma ou de outra forma a energia está presente e
se torna a base da vida de todos os indivíduos.
2.1.1 Fontes de Energia
A energia utilizada por todos os seres humanos do planeta é proveniente do
meio ambiente das mais variadas fontes. É de acordo com o quanto estas fontes
energéticas são consideradas ilimitadas dentro da nossa escala temporal, que elas
são classificadas, de duas formas bem distintas: as renováveis e as não-renováveis.
Segundo a Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação,
em FAO (1976), as energias classificadas em não-renováveis correspondem aos
combustíveis fósseis, como carvão mineral, petróleo e gás natural, e aos
combustíveis nucleares; já as energias renováveis compreendem os produtos
originários do processo fotossintético, como biomassa em geral, lenha e dejetos
agrícolas; energia solar (calor e luz), hídrica, hidráulica (quedas de água), eólica, dos
oceanos (mares, das ondas, diferença de temperatura) e geotérmica.
13
2.1.1.1 Fontes de Energia Não-renováveis
As fontes de energia não-renováveis são aquelas em que o tempo de
reposição é muito superior ao tempo de seu uso, ou seja, esses recursos são
limitados e estão fadados a esgotar. Assim, a possibilidade desses recursos serem
repostos em tempo hábil para uma nova utilização, é inexistente.
Estas fontes de energia são as mais utilizadas atualmente para abastecerem
o sistema energético mundial, e ao mesmo tempo são as que mais geram problemas
ambientais. E por isso, são também denominadas como “energias sujas” (SILVA,
2009).
Entre os principais impactos ambientais e sociais causados pela queima de
combustíveis fosseis, está o aquecimento global. SILVA (2006) explica que o
aquecimento global é gerado pela emissão de gases de efeito estufa como o dióxido
de carbono (CO2). Sendo este, o resultado da queima destes combustíveis fósseis.
Ainda segundo a autora, o aquecimento global é extremamente preocupante, pois
pode desencadear um processo irreversível de efeito estufa.
Devido às reservas das fontes de energia não- renováveis serem finitas e
causarem muitos problemas ambientais, o planeta todo hoje procura incentivar e
caminhar rumo ao uso de outras fontes de energia ecologicamente corretas, como
as renováveis.
2.1.1.2 Fontes de Energia Renováveis
Nos últimos anos, os recursos naturais e renováveis têm sido o foco de
inúmeras pesquisas, impulsionadas pelo aumento das preocupações com o meio
ambiente, muito por causa de problemas ecológicos e do aquecimento global,
gerados pela utilização de combustíveis fósseis. O aproveitamento correto das
fontes renováveis é um excelente modo de substituir as “energias sujas” e evitar os
danos que as mesmas causam ao planeta.
14
“As fontes de energia renovável são aquelas em que os recursos naturais
utilizados são capazes de se regenerar, ou seja, são considerados inesgotáveis”3, o
que as torna extremamente vantajosas em relação às energias não-renováveis. Se
comparadas também, em relação aos riscos ao meio ambiente, são geralmente
menores os danos causados pelas renováveis.
Atualmente podemos ver um exemplo do que a geração de energia através
de combustíveis fósseis pode causar ao planeta, visto os terríveis acontecimentos
com vazamento de óleo na região do Golfo do México no ano de 2010. As
preocupações com este tipo de acidente levam nações a repensar as políticas de
geração de energia, como os Estados Unidos, onde presidente Barack Obama,
defendeu em um pronunciamento oficial a necessidade urgente de se desenvolver
as energias renováveis, pois são delas que o futuro do planeta depende.4
Com base nos dados da Bloomberg New Energy Finance, grupo que fornece
informações para investidores no setor de energia renovável e mercado de carbono,
os pesquisadores do instituto americano Pew classificaram o Brasil como o quinto
maior investidor em energias renováveis do mundo, com aproximadamente R$ 13,2
bilhões no ano de 2009, ficando atrás apenas de China, Estados Unidos, Grã-
Bretanha e Espanha respectivamente. Segundo o Pew, mesmo em meio às recentes
crises econômicas, o investimento global nestas fontes de energia dobrou nos
últimos cinco anos, representando assim a enorme preocupação das nações com a
importância das “energias limpas” para o futuro do planeta.5
Entre as mais promissoras e principais fontes de “energias limpas” se
encontra a energia solar, que é obtida através da luz e do calor que atingem a
superfície terrestre, provenientes do Sol.
“O Sol é indubitavelmente a fonte de energia inesgotável da Terra” (ALVES
FILHO, 2003, p. 141), se renova todos os dias, não causa danos ao ecossistema,
não polui e é extremamente abundante em praticamente todos os cantos do planeta,
3 PORTAL BRASILEIRO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS – Fontes de energia renovável. Disponível
em: http://energiarenovavel.org/index.php/Fontes-de-Energia-Renovavel. Acesso em: 02/06/2010. 4 ECODESENVOLVIMENTO.ORG – Informação para um mundo sustentável. Disponível em:
http://www.ecodesenvolvimento.org.br/noticias/em-pronunciamento-oficial-obama-defende-o-fim-do. Acesso em: 17/06/2010. 5 BBC – BRASIL. Notícias: Economia. Disponível em:
http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2010/03/100326_energialimpa_ba.shtml. Acesso em: 02/06/2010.
15
o que torna a energia solar a principal solução para regiões afastadas aonde não é
possível obter outras formas de energia. E “grande parte das fontes de energia
conhecidas – solar, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e hidroelétrica –
decorrem direta ou indiretamente do sol” (Idem).
Para Turrini (1993), a proximidade das condições de captação e consumo da
energia solar, geralmente dentro das propriedades que utilizam essa fonte, é
extremamente importante para o desenvolvimento sustentável do país.
O planeta Terra recebe do Sol anualmente cerca de 1,7 x 1017 Wh. Este
número corresponde a aproximadamente mil vezes o consumo de energia de todo o
planeta. Segundo Fernandes; Guaronghi (2005), uma fonte de energia com todo
este potencial que ainda irá durar cerca de seis bilhões de anos, e que, além disto, é
gratuita e limpa, seria irracional não buscar o seu uso por todos os meios
tecnicamente possíveis.
Segundo estimativas feitas pela Agência Internacional de Energia (IEA),
cerca de 11% da eletricidade do mundo será gerada por energia solar em 2050, isto
irá significar uma geração de três mil gigawatts com capacidade para produzir 4,5 mil
terawatt-hora de eletricidade ao ano.6
No Brasil, apesar da energia solar ser pouco difundida, a expectativa é de
que ela cresça bastante nos próximos anos movida por incentivos do governo e dos
dois grandes eventos que acontecerão no país em 2014 e 2016: a Copa do Mundo
de Futebol e as Olimpíadas, respectivamente.7 Com o aumento da demanda
energética que estes eventos irão causar se faz necessária a busca por outras
fontes de energia que possam complementar a matriz energética nacional e abram o
caminho para alternativas mais sustentáveis.
O aumento do consumo de energia e dos bens em geral, por qual o planeta
vem passando ano após ano, e as preocupações com o meio ambiente e a
qualidade de vida são os fatores mais discutidos hoje em dia como apontava Dória
(1976). A autora já demonstrava a necessidade de conservar os recursos não
renováveis, manter os recursos renováveis, diminuir a erosão e reduzir os índices de
poluição.
6 ENERGIA.COM.BR - Eficiência energética. Disponível em:
http://www.energias.com.br/new.php?not=139. Acesso em: 03/06/2010. 7 Idem. Disponível em: http://www.energias.com.br/new.php?not=142. Acesso em: 03/06/2010.
16
Visto a grande importância que a energia tem para o mundo todo e os
problemas a quais a sua ausência ou o seu uso de forma exagerada estão
relacionados é que se faz necessário a sua utilização de modo eficaz e inteligente.
Por isso, a importância da “crescente consciência mundial sobre a necessidade da
adoção de novos padrões de geração e consumo das energias compatíveis com o
desenvolvimento e o uso sustentáveis dos recursos energéticos” (PORTO, 2008).
O que conseqüentemente significa reduzir a emissão de poluição, gerada
por fontes de energia não-renováveis, através da utilização de tecnologias mais
limpas e eficientes. E também, por meio do aperfeiçoamento da eficiência
energética, pois o alto consumo de energia pode levar a conseqüências
indesejáveis.
2.2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Quando se fala em eficiência energética, fala-se em ofertar um determinado
serviço com o mesmo nível de qualidade, porém com uma considerável redução no
consumo de energia. E é muito mais do que uma simples opção energética, é uma
alternativa estratégica para expandir a segurança de abastecimento de energia ao
mercado nacional.
A eficiência energética é uma atividade técnico-econômica que pode ser
descrita como um conjunto de medidas bem definidas que proporcionará uma
redução nos custos de consumo de energia e/ou água mantendo o mesmo nível de
qualidade e de produção8.
Além de vantagens econômicas, associadas ao aumento da produtividade
energética, o uso eficiente da energia tem sido motivado pelo aumento da
competitividade dos bens e serviços produzidos e principalmente pelos benefícios
ambientais causados pelo menor consumo energético (MARQUES, 2001).
O uso da energia e principalmente sua produção têm impactos significativos
sobre o meio ambiente, como a poluição do ar e da água, aquecimento global
8 Idem. Disponível em: http://www.energias.com.br/eficienciaenergetica.html. Acesso em: 03/06/2010.
17
causado por gases de efeito estufa, destruição da camada de ozônio provocado
pelas emissões de CFC (clorofluorcarbono) e até nas modificações do ecossistema
com as construções de hidroelétricas. Estes efeitos negativos ao meio ambiente são
tão importantes, que em alguns países industrializados, se tornam o principal motivo
de intervenções no campo energético, ficando acima das preocupações com fatores
econômicos.
Promover a eficiência energética é usar o conhecimento de forma aplicada,
empregando os conceitos de engenharia, economia e administração aos sistemas
energéticos independente da motivação (MARQUES, 2007).
A energia não consumida nas perdas pode vir a ser utilizada para algum fim útil, com vantagens imediatas. Por exemplo, diversas medidas de redução do consumo de energia elétrica, como a substituição de lâmpadas incandescentes por fluorescentes e a adequação dos motores de indução às cargas acionadas, requerem investimentos da ordem de 5 a 15 US$/MWh economizado, custos muito inferiores aos requeridos para se gerar esta energia a partir dos sistemas convencionais do Sistema Elétrico, estimados em termos marginais acima de 60 US$/MWh. Ou seja, liberar um kWh reduzindo o desperdício custa neste caso quatro vezes menos do que produzir um kWh adicional (MARQUES, 2001, P. 97)
A maior vantagem da eficiência energética como visto, é a de quase sempre
ser um processo mais barato que o próprio processo de produção de energia, com
isto se reduz a necessidade de investir em infra-estrutura e energia (JANUZZI,
1997). Além disso, a melhoria da eficiência energética traz outras vantagens como a
economia de recursos naturais, como o petróleo e o gás e a diminuição dos custos
de produção, possibilitando assim, a produção de bens mais baratos e competitivos.
A eficiência energética ganhou grande importância na década de 90, quando
ocorreram vários debates durante a Conferência Mundial do Meio Ambiente no Rio
de Janeiro, a Eco 92, sobre o aumento das emissões de gases do efeito estufa.
Muitos resultados foram obtidos nesta conferência, onde se destaca o acordo
internacional sobre Mudanças Climáticas, que objetivava estabilizar as
concentrações de gases do efeito estufa na atmosfera procurando evitar a
catastrófica interferência humana no clima do planeta (MENKES, 2004).
A conferência realizada no Japão em 1997 foi responsável pela criação do
Protocolo de Kyoto, no qual “os países participantes concordaram em relação à
necessidade de redução das emissões de gases de efeito estufa” (MARQUES,
2001). O Protocolo implementou como um dos principais compromissos a serem
18
cumpridos pelas partes: aumentar a eficiência energética em setores relevantes da
economia nacional. O que fez com que muitos países criassem e reestruturassem
agências de eficiência energética para tentar alcançar as metas e cronogramas
estipulados pelo protocolo adotado (MENKES, 2004).
Para conseguir atingir essas metas e cronogramas sem que diminuíssem a
produção, a maioria dos países começou a adotar políticas de eficiência energética
que atingissem toda a cadeia energética, indo desde a produção da energia até o
seu consumo, bem como um maior uso de fontes renováveis de energia na matriz
energética.
No Brasil, muito já se avançou na evolução da eficiência energética, antes
mesmo do surgimento das preocupações com a crise energética de 2001, através
da criação de programas de incentivo e conscientização como o Programa Nacional
de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) da Eletrobrás, o Programa Nacional
da Racionalização do uso dos Derivados do Petróleo e Gás Natural (CONPET)
sobre coordenação da Petróbras e os Programas Anuais de Eficiência Energética do
Setor Elétrico da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
Demonstrar a importância e a viabilidade econômica de ações de combate
ao desperdício de energia elétrica e de melhoria da eficiência energética de
equipamentos, processos e usos finais de energia, são os objetivos desses
programas segundo a ANEEL.
Apesar de todos estes programas e incentivos, ainda há muito que fazer no
país. As reformas do setor energético ainda deixam a eficiência energética em
segundo plano. Com este comportamento, o Brasil se assemelha com muitos dos
países que implementaram a reforma.
A crise energética de 2001 gerou na sociedade como um todo, um alerta
para a necessidade de conservar a energia e usá-la de modo mais eficiente. Isto
causou um visível crescimento da conscientização e participação da sociedade
neste tema.
Após esta crise de 2001, surgiram no país muitas empresas que prestam
serviços de otimização energética. Empresas estas conhecidas como Energy
Service Companies (ESCOs), ou seja, empresas especializadas em eficiência
energética.
19
As ESCOs evoluíram dos países industrializados e suas principais
características são o fato de assumirem todos os riscos de performance de um
projeto reforçando suas garantias através de capacidade técnica e empresarial, e de
trazerem capacidade de engenharia financeira (INEE, 2001).
A decisão de se explorar comercialmente as oportunidades de conservação de energia, através de empresas exclusivamente dedicadas a esta tarefa, decorre do fato que existe considerável evidência que os consumidores de energia, deixados simplesmente ao sabor das forças de mercado, demonstram pouca inclinação para explorar, por iniciativa própria, a maioria das oportunidades economicamente viáveis de conservação de energia com que se defrontam no cotidiano. Isso se deve tanto a falta de informações quando ao receio de se exporem demasiadamente a riscos ou ainda as elevadas taxas de juros cobradas sobre investimentos considerados marginais (SOUZA JR, 1996, p. 192)
O PROCEL em parceria com outros órgãos governamentais, instituições
estrangeiras, universidades, associação de fabricantes, ESCO’s, etc, tem
desenvolvido alguns programas de investimento de energia eficiente no Brasil, como
o Programa Rede de Cidades Eficientes em Energia Elétrica, o Programa Nacional
de Iluminação Pública – Reluz e o Programa de Etiquetagem (MENKES, 2004).
Em 17 de outubro de 2001, foi sancionada pelo Presidente da República a
lei número 10.295 que trata da Política Nacional de Conservação e Uso Racional de
Energia. Em seu artigo 2º, a lei conhecida como Lei da Eficiência Energética, prevê
que o poder executivo estabelecerá “níveis máximos de consumo específico de
energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos
consumidores de energia fabricados e comercializados no país” (BRASIL, 2001).
Os aparelhos mais eficientes energeticamente, além de trazerem benefícios
para o setor energético, também proporcionam bons resultados para outros setores
da sociedade. Por exemplo, quando se estimula o aperfeiçoamento tecnológico em
um aquecedor de água com o objetivo de diminuir o consumo de energia, além disto,
pode-se obter também uma redução no consumo de água.
Com a consolidação da Lei Nacional de Eficiência Energética, as seguintes
metas buscam ser alcançadas em pequeno, médio e/ou longo prazo (HADDAD,
2005):
Retirada de aparelhos menos eficientes energeticamente do mercado;
Obter uma substancial economia de energia ao longo do tempo;
20
Estimular o desenvolvimento de novas tecnologias devido à fabricação de
equipamentos com mais eficiência energética;
Aumentar a competitividade industrial do país;
Reduzir gastos dos consumidores;
Colaborar com a redução dos impactos sócio-ambientais, através do uso de
equipamentos que consomem menos energia.
Apesar de todas as leis e programas de incentivo e conscientização, os
governos tendem a agir somente nos momentos de crise, deixando de lado os
objetivos de eficiência energética que são permanentes, em períodos fora da crise.
Uma política de eficiência energética é extremamente diferente de um
programa emergencial para reduzir o consumo, enquanto a conservação procura
reduzir o consumo sem que ocorra a diminuição dos serviços prestados através de
ações que devem ser permanentes e que atinjam seus objetivos em médio e longo
prazo geralmente, os programas “forçados” impõem mudanças comportamentais nos
consumidores, cortes de produção e diversas ações emergenciais que procuram
obter os resultados em um curto espaço de tempo (INEE, 2001).
Energia eficiente é a prioridade máxima na mudança para um padrão de
energia sustentável. Padrão este, que depende da utilização da energia e dos
recursos de forma consciente e equilibrada, ou seja, através do aumento do uso de
recursos renováveis e o uso moderado de recursos não-renováveis em tecnologias
avançadas. Uma vez que um dos maiores problemas no século 21 está diretamente
relacionado à forma como a energia é produzida, transportada, armazenada e
empregada.
2.3 TECNOLOGIAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA
A água quente é de grande importância para o bem estar e higiene do ser
humano, o que a torna um aspecto essencial da vida moderna.
21
Com o passar dos anos o homem foi desenvolvendo inúmeras alternativas
para o aquecimento de água, passando das mais antigas, através da queima de
lenha, até as mais atuais como o aquecimento através do Sol. Hoje há diversas
opções no mercado para atender a demanda de água quente no país, estas se
encontram divididas de duas formas: aquecedores instantâneos (também
conhecidos como aquecedores de passagem) e aquecedores de acumulação.
2.3.1 Aquecedores de água de passagem
Aquecedores de passagem são aqueles que produzem água quente
somente quando algum ponto de consumo requisita. São acionados para aquecer a
água instantaneamente, ou seja, no momento em que é requisitada a água quente
estes aquecedores começam a esquentar a água fria que chega pelo sistema
hidráulico e assim atendem a demanda de água aquecida solicitada no momento.
Este grupo de aquecedores é o mais encontrado no país devido à facilidade
de instalação, menor espaço que ocupa e por serem produtos de menor preço no
mercado. Os aquecedores instantâneos podem ser de dois tipos principais:
alimentados a energia elétrica ou a gás.
2.3.1.1 Aquecedores de passagem elétricos
O principal representante deste grupo é o chuveiro elétrico, que é uma
invenção brasileira. Este sistema de aquecimento consiste em um dispositivo
simples, no qual se encontra uma câmara que contém uma resistência elétrica
dentro. Ao ser aberta a válvula do sistema hidráulico, a água que entra no chuveiro
elétrico movimenta uma membrana através da força mecânica e esta fecha o circuito
elétrico acionando a resistência. Através do efeito Joule, a temperatura da
resistência aumenta e passa a trocar calor com a água elevando sua temperatura. O
dispositivo tem seu funcionamento interrompido quando se fecha a válvula hidráulica
22
e cessa o abastecimento de água na câmara onde a resistência elétrica se encontra,
fazendo com que a membrana volte à posição inicial abrindo o circuito e desligando
a resistência. (ZOELLNER, 2005).
O controle da temperatura de aquecimento se dá pela vazão de água.
Quanto mais o registro for aberto maior volume de água trocará calor com a mesma
resistência elétrica e vice versa. Os chuveiros elétricos usuais também possuem
diferentes configurações para serem melhores aproveitados durantes diferentes
estações do ano. Estas configurações nada mais são que variações na resistência
elétrica. Um chuveiro simples com as configurações de inverno e verão possui um
valor de resistência para ser usado durante o inverno, onde a água atinge
temperaturas mais elevadas, e no momento que a chave é mudada para o modo
verão o valor da resistência muda para a configuração em que a água é menos
aquecida.
Segundo a tabela de consumo de energia elétrica em chuveiros9 do Instituto
Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO), a potência
dos chuveiros varia em torno de 3 a 8 kW conforme cada modelo, possuindo todos
estes modelos rendimentos de mais de 95%.
Neste grupo de aquecedores elétricos também se encontram torneiras
elétricas e aquecedores centrais de passagem, ambos possuem o mesmo princípio
de funcionamento do chuveiro elétrico.
2.3.1.2 Aquecedores de passagem a gás
São dispositivos preparados para operar com gás natural ou gás liquefeito
do petróleo (GLP). Neste tipo aquecedor de passagem, a água passa por um
sistema de serpentina, geralmente feita de cobre, e esta é gradualmente aquecida
pela queima do gás através de um ou vários queimadores, elevando assim a
temperatura da água dentro das mesmas. (ZOELLNER, 2005).
9 INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Tabela de
consumo de energia elétrica - chuveiros elétricos. Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/chuveiro.pdf. Acesso em: 10/06/2010.
23
Este sistema é mais moderno e complexo que os chuveiros elétricos, pois
possui controladores eletrônicos para acendimento automático e para ajustarem a
temperatura que a água irá atingir e assim evitando o desperdício de gás.
Segundo a tabela de consumo e eficiência energética em aquecedores
instantâneos a gás10 do INMETRO, as potências são das mais variadas, partindo de
valores de cerca de 5 kW até valores na casa dos 70 kW, com eficiências que
variam de 78% a 86% conforme o modelo.
Os aquecedores a gás proporcionam um maior conforto para o usuário com
temperaturas mais elevadas mesmo em grandes vazões de água se comparado
com os chuveiros elétricos.
Ao contrário do chuveiro elétrico, os aquecedores a gás necessitam de
encanamento duplo, ou seja, é preciso possuir um cano para a água quente que
vem do aquecedor e um para água fria do sistema hidráulico. Assim para atingir a
temperatura desejada é preciso controlar a vazão de água quente e fria através dos
registros de cada encanamento.
2.3.2 Aquecedores de água de acumulação
Este tipo de aquecedor sempre é composto de duas partes: um reservatório
térmico e uma fonte de aquecimento. O reservatório térmico é interno ou externo, e
é conectado de alguma forma com a fonte de calor. A água deste reservatório fica
em constante aquecimento, pois este sistema possui controladores de temperatura
para não deixarem a água atingir limites inferiores aos limites pré-programados.
A vantagem deste tipo de aquecedor em relação aos de passagem é a
possibilidade de atender vários pontos simultâneos.
2.3.2.1 Aquecedores de acumulação elétricos
10 INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Tabela de
consumo de energia elétrica - Aquecedores de água a gás instantâneos. Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/aquecedorAgua.pdf. Acesso em: 10/06/2010.
24
O aquecedor de acumulação elétrica é comumente chamado de boiler. Este
sistema é composto por uma resistência elétrica (fonte de calor) acoplada a um
termostato que são os responsáveis pelo aquecimento, através do efeito Joule, e
pela regulação da temperatura da água que está contida dentro do reservatório
térmico. O termostato é pré-definido com certo valor de temperatura e sempre que a
água atingir esta temperatura definida o termostato aciona a resistência para que a
mesma comece a esquentar a água, mantendo assim valores praticamente
constantes de temperatura.
O reservatório térmico geralmente é produzido em cobre ou aço inoxidável.
Neste recipiente há uma entrada para a água fria vinda do sistema hidráulico e uma
saída para a água quente abastecer todos os pontos de consumo. As tubulações de
água quente são revestidas por um isolamento térmico que visa aumentar a
eficiência do sistema todo.
Estes equipamentos possuem eficiência entre 68% e 82%, e trabalham
geralmente com potências de 2 kW a 3 kW, segundo tabela de eficiência e
consumo11 do INMETRO.
Este sistema de aquecimento necessita de encanamento duplo para levar
água aos pontos de consumo, pois a água quente sai do boiler e a água fria vem
pelo sistema hidráulico em separado. A regulagem de temperatura é feita igualmente
ao sistema de aquecimento instantâneo a gás, através do controle de vazão da água
quente e fria nos registros hidráulicos.
2.3.2.2 Aquecedores de acumulação a gás
O sistema de aquecimento de acumulação a gás tem o mesmo princípio de
funcionamento que o boiler, a água fria é aquecida e fica armazenada no
reservatório térmico. A diferença neste sistema está apenas na fonte de
aquecimento, enquanto no boiler a água é aquecida através da resistência elétrica,
11
INMETRO – Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. Tabela de consumo de energia elétrica - Aquecedores elétricos de água por acumulação (boiler). Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/boiler.pdf. Acesso em: 10/06/2010.
25
no aquecedor de acumulação a gás é feito através da queima de gás em um
processo semelhante ao aquecedor de passagem a gás.
Este sistema possui uma eficiência inferior ao sistema de aquecimento
instantâneo a gás e necessita um maior espaço para ser instalado, fatos estes que
estão causando o desuso deste tipo de equipamento.
2.3.2.3 Aquecedores solares de acumulação
Um sistema de aquecedores solares é composto por coletores solares,
reservatório térmico, rede hidráulica de distribuição de água quente e fria, e na
maioria dos casos uma fonte auxiliar de energia, responsável por aquecer a água
em períodos de pouca incidência solar e estações mais frias do ano.
Os coletores solares são dispositivos responsáveis por transformarem a
radiação eletromagnética solar em energia térmica, aproveitado para o aquecimento
de um fluxo de fluído como a água (ABRAVA, 2008).
Segundo a Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado,
Ventilação e Aquecimento (ABRAVA), basicamente um coletor solar é formado da
seguinte maneira:
Cobertura transparente, geralmente feita em vidro, responsável por causar o
efeito estufa e evitando que a radiação infravermelha saia do interior do coletor;
Aleta ou placa coletora, feito de materiais de alta condutividade térmica como os
metais, com uma pintura preta fosca para captar o máximo de radiação solar e
converter em calor; Flauta, que é um conjunto de tubos, normalmente feitos em
cobre, por onde circula em seu interior a água para realizar a troca de calor;
Isolamento térmico, quase sempre feito em lã de vidro, e que serva para diminuir
as perdas de calor com o ambiente; Caixa externa feita em alumínio, aço,
material plástico ou madeira, que é responsável por dar toda a sustentação para
o conjunto.
A Figura 2.1 exemplifica o conjunto final de um coletor plano com cobertura.
26
Figura 2.1 – Componentes do coletor solar.
Fonte: ABRAVA
Os reservatórios térmicos do sistema de aquecimento solar são
responsáveis por acumular a água aquecida pelos coletores de forma a evitar o
máximo a perda de calor para o meio externo (ABRAVA, 2008).
Visto que há períodos de pouca incidência solar, se faz necessário o uso de
fontes auxiliares de aquecimento para manter os mesmos níveis de água aquecida
dos dias de muita incidência solar. O sistema de aquecedores solares na maioria
dos casos usa resistências elétricas acopladas a termostatos dentro do reservatório
térmico, dispositivo idêntico aos acumuladores elétricos já citados, para manter a
temperatura da água no nível desejado como se pode ver na Figura 2.2.
Figura 2.2 – Reservatório térmico com resistência auxiliar. Fonte: ABRAVA
27
Além da eletricidade é possível usar gases combustíveis para auxiliar no
aquecimento do sistema solar. Chaguri (2008) descreve uma série de combinações
possíveis com sistemas de aquecimento a gás auxiliando nos sistemas solares.
A circulação de água entre os coletores solares e o reservatório térmico
pode ocorrer de duas maneiras: circulação natural e circulação forçada. A circulação
natural funciona pelas diferenças de pressão e densidade da água quente e fria
contidas no sistema, agindo assim de forma natural sem a necessidade de forças
externas. A circulação forçada é feita com o auxílio de uma bomba instalada no
sistema. Um dispositivo controlador de temperatura aciona a bomba sempre que a
diferença de temperaturas entre os coletores solares e o reservatório térmico
superar um valor pré-programado pelo controlador, procurando manter sempre
constante a diferença de temperaturas do sistema (ABRAVA, 2008).
2.4 MÉTODOS DE ANÁLISE DE INVESTIMENTOS
Para se racionalizar o uso dos recursos de capital, se faz necessária uma
análise prévia dos investimentos. O conhecimento das técnicas especiais para
solução de um problema de análise de investimentos é estudado pela Engenharia
Econômica, a qual se baseia na matemática financeira.
2.4.1 Fluxo de Caixa
A base de todas as técnicas de análise de investimentos é o fluxo de caixa.
Segundo Madeira (2008), o fluxo de caixa se trata de uma representação gráfica de
entradas e saídas de recursos monetários ao longo de um determinado período, ou
seja, uma demonstração visual de receitas e despesas distribuídas pela linha do
tempo futuro como pode ser visto na Figura 2.3 a seguir.
28
Figura 2.3 – Representação gráfica do fluxo de caixa.
O fluxo de caixa tem grande importância, pois facilita aos administradores
tomarem decisões importantes de investimentos com base em uma visão futura dos
recursos financeiros de uma empresa (MADEIRA, 2008).
2.4.2 Taxa Mínima de Atratividade (TMA)
É um custo de oportunidade de capital, que varia de investidor para
investidor, representado sob a forma de taxa de juros onde se pode considerar um
investimento atrativo quando este, no mínimo, render o equivalente a esta taxa de
juros (PAMPLONA, 2006).
2.4.3 Valor Presente Líquido (VPL)
É um método de análise de investimentos onde se compara na data de inicio
do projeto, todas as receitas e despesas esperadas e projetadas no fluxo de caixa
utilizando a taxa mínima de atratividade imposta pelo investidor (PAMPLONA, 2006,
2005).
29
Um investimento é considerado economicamente atrativo neste método
quando o valor presente líquido for positivo, significando assim que o valor presente
nas entradas de caixa é maior que o valor presente nas saídas de caixa. Quanto
maior for o valor presente, mais atrativo é considerado o investimento.
2.4.4 Taxa Interna de Retorno (TIR)
É a taxa de juros onde o valor presente de todos os fluxos de entrada é igual
ao valor presente de todos os fluxos de saída, ou seja, a TIR é a taxa que torna nulo
o VPL de um investimento. A taxa interna de retorno deve ser comparada a taxa
mínima de atratividade para verificar a rentabilidade do investimento. Para que um
investimento seja considerado atrativo neste método é preciso que a TIR seja maior
que a TMA (PAMPLONA, 2006, 2005).
2.4.5 Payback
Payback ou método do tempo de recuperação do investimento é o método
mais simples e popular para análise de um investimento. Este método consiste
simplesmente em quantificar, através do fluxo de caixa, o período necessário para
recuperar o investimento feito inicialmente, ou seja, o momento em que o lucro
líquido alcançado ao longo do tempo determinado se torna igual ao investimento
inicial (PAMPLONA, 2006).
2.5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após as conferências da Eco 92 e a criação do Protocolo De Kyoto, o
planeta voltou seus interesses em direção ao meio ambiente. Os incentivos ao uso
de energias renováveis e menos poluentes, e métodos mais eficientes para o
aproveitamento da energia consumida ganharam grande importância no cenário
30
mundial. O planeta passou a se preocupar com a escassez das fontes de energias
não renováveis e com os prejuízos ambientais que as mesmas causam.
Entre estas fontes de energias renováveis a que merece grande destaque é
a energia solar. Abundante para grande parte do planeta, esta energia é limpa e
praticamente inesgotável. Fazer um melhor aproveitamento da mesma é uma
alternativa para num futuro próximo enfrentarmos os desafios do novo mílênio. A
vantagem para a sociedade vem do uso eficiente dos recursos energéticos
renováveis, de forma distribuída e a um custo mais baixo, evitando também o
aumento freqüente das tarifas de energia.
O sol irradia anualmente cerca de 10.000 vezes o consumo de energia
mundial em um ano. Cada metro quadrado de coletores solares instalados evita a
inundação de 56 metros quadrados de terras férteis com a construção de usinas
hidroelétricas12.
O uso do aquecimento de água através de energia solar é uma alternativa
extremamente promissora para o planeta e especialmente para o Brasil que possui
altos índices de irradiação solar. Apesar dos altos custos de aquisição, os sistemas
solares continuam sendo um ótimo meio de contribuir com o uso eficiente de energia
e evitar a degradação do meio ambiente.
12
PORTAL BRASILEIRO DE ENERGIAS RENOVÁVEIS – Energia Solar. Disponível em: http://energiarenovavel.org/index.php/Energia-Solar. Acesso em: 02/06/2010.
31
3 ESTUDO DE CASO
Para a realização do presente estudo de caso foi efetuado um levantamento
de dados. As informações foram fornecidas pelo proprietário da Granja Araucária,
senhor Paulo Nichelle, e também obtidas com os fabricantes dos equipamentos de
aquecimento.
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA GRANJA ARAUCÁRIA
A Granja Araucária está localizada no município de Carambeí, divisa com
Castro (Latitude -24º 47’ 28” e Longitude 50º 00’ 43”) no estado do Paraná - Brasil, e
possui como principal função a “recria de aves matrizes”. A Granja cria aves a partir
de 01 dia de idade até que elas completem 22 semanas e estejam aptas a se
tornarem matrizes poedeiras. Neste momento, as aves são transferidas para outras
Granjas pertencentes aos Parceiros Integrados da Empresa Perdigão Agroindustrial
S/A (atual BRF). A Figura 3.1 mostra a vista aérea parcial da Granja Araucária.
Figura 3.1 – Vista aérea da Granja Araucária
32
A Granja é composta por: uma barreira sanitária principal e seis grupos de
aviários, denominados núcleos de criação de aves, enumerados de 1 a 6, separados
entre si por florestas que funcionam como barreiras sanitárias vegetais.
A barreira principal possui área construída de aproximadamente 300 m²
composta por: escritório, três vestiários, lavanderia, refeitório, almoxarifado, sala de
treinamento e sistema de desinfecção de veículos, materiais e demais objetos que
necessitam entrar nas dependências da Granja. Os vestiários são equipados com
um total de 14 chuveiros e o refeitório possui uma torneira, todos alimentados por
água quente e fria.
Cada um dos núcleos é composto de: uma barreira sanitária secundária,
semelhante à barreira principal, porém, com dimensões menores, e quatro aviários,
sendo estes galpões com aproximadamente 1.800 m² de área coberta e totalmente
fechada, onde são alojadas as aves. Todas as barreiras dos núcleos possuem as
mesmas características, são compostas por: dois vestiários, um refeitório e um
depósito de materiais. Os vestiários são equipados com um total de 4 chuveiros e o
refeitório possui uma torneira, todos alimentados com água quente e fria. As Figuras
3.2 e 3.3 mostram como são os vestiários da Granja Araucária.
Toda a água utilizada na Granja é captada através de três poços artesianos
e distribuída para os aviários, barreiras e demais áreas de apoio através de uma
rede hidráulica subterrânea.
A capacidade total de alojamento da Granja é de aproximadamente 220 mil
aves. Todavia, nunca está totalmente ocupada em função dos chamados “vazios
sanitários”, tempo que os aviários/núcleos devem permanecer sem aves no intervalo
entre a saída de um lote e a entrada de um novo. O vazio sanitário é determinado
por orientações legais dos órgãos sanitaristas estaduais e federais e orientações
técnicas da Agroindústria. Em média a ocupação da Granja é de 75% da
capacidade.
33
Figura 3.2 – Vestiário da barreira principal Figura 3.3 – Registro para água quente e fria
nos chuveiros.
3.1.1 Procedimento de Biossegurança
A Granja Araucária segue o procedimento padrão de biossegurança
estabelecido pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento - MAPA,
Superintendência Federal de Agricultura no Paraná – SFA/PR, do Serviço de
Sanidade Agropecuária – SEDESA, sendo orientado localmente pelo Programa de
Qualidade Total da Perdigão - QTP. A necessidade de rigor nos procedimentos se
justifica por ser a Granja de Recria a responsável em produzir Matrizes com
qualidade e produtividade suficiente para manter o Brasil como um dos principais
países produtores e exportadores de aves.
Está fixado em todos os vestiários (Figura 3.4 abaixo) o procedimento
adotado nos banhos, para garantir um controle sanitário eficiente no acesso de
pessoas à Granja. Este procedimento é obrigatório para todas as pessoas que
passarem pela barreira principal, se repetindo na entrada e saída de qualquer um
dos seis núcleos (funcionários prestadores de serviços e visitantes).
34
Figura 3.4 – Procedimento de Banho orientado pelo Programa de Qualidade Total Perdigão
O quadro médio de funcionários é de 40 trabalhadores registrados e mais 5
terceirizados. Em média entram diariamente na Granja de segunda-feira a sábado.
Dos 40 funcionários, em média 31 tomam 3 banhos ao dia (um banho na entrada da
barreira principal, um banho na entrada do núcleo e um banho na saída do mesmo),
pela orientação do Programa de Qualidade Total Perdigão o banho deve ser de 5
minutos. Os 5 funcionários terceirizados tomam 2 banhos ao dia (um banho na
entrada da barreira principal e um banho na saída da mesma) e os 9 funcionários
restantes tomam apenas 1 banho ao dia (um banho na entrada da barreira principal).
Aos domingos e feriados há fluxo de 10 funcionários plantonistas que
realizam apenas as atividades básicas (ex. alimentação, controle de ambiente, água,
etc) e para atender situações de emergências. Todos os 10 tomam 3 banhos nestes
dias.
3.1.2 Especificação do sistema de aquecimento a gás
Até o mês de abril de 2010 a água quente que chegava a todos os chuveiros
e torneiras dos refeitórios de todos os núcleos e da barreira principal era aquecida
35
pelo sistema de aquecedores a GLP (gás liquefeito do petróleo). Todos os
equipamentos deste sistema de aquecedores a gás são fabricados pela empresa
Orbis do Brasil e serão descritos seguindo seus dados de placa e informações
apresentadas pelos catálogos do fabricante.
Pela necessidade, a barreira principal é onde se encontra o maior volume de
água aquecida diariamente, por isso conta com 3 aquecedores a gás de acumulação
do modelo 001190E, equivalentes ao novo modelo 001190BE. Estes aquecedores
possuem as seguintes características:
Rendimento de 74%;
Potência nominal na condição padrão igual a 11,25 kW (161,7 kcal/min);
Reservatórios térmicos, fabricados em aço carbono e esmaltados por
completo13, com capacidade de armazenamento de 190 litros de água.
Termostato, acionado automaticamente, para regular a temperatura da água
desejada14.
Os 3 aquecedores estão dispostos como na Figura 3.5.
Figura 3.5 – Aquecedores a gás modelo 001190E da barreira principal.
13
ORBIS DO BRASIL. Disponível em: http://www.orbisdobrasil.com.br/?system=produtos&action=geral. Acesso em: 05/05/2010. 14
Idem.
36
Tanto o núcleo número 1 como o número 3 são alimentados com água
aquecida por um aquecedor de passagem do modelo AUTOMAX 314BAB, como
visto na Figura 3.6, com os seguintes dados:
Rendimento de 85,2%;
Potência nominal na condição padrão de 23,3 kW (333,3 kcal/min);
Termostato para regulagem de temperatura da água.
Figura 3.6 – Aquecedor de passagem AUTOMAX 314BAB localizado no núcleo 1.
Cada um dos núcleos número 2, 4 e 5 possuem um aquecedor de
acumulação do modelo 001190E , igual aos aquecedores localizados na barreira
principal vistos na Figura 3.5, com as mesmas especificações descritas
anteriormente.
No núcleo número 6 utiliza-se um aquecedor a gás de acumulação do
modelo 0160RBE instalado como na Figura 3.7, com os seguintes dados:
Rendimento de 70%;
Potência nominal na condição padrão igual a 9,3 kW (133,3 kcal/min);
Reservatório térmico feito em aço carbono e esmaltado, com capacidade para
160 litros de água;
37
Termostato para regulagem de temperatura da água.
Figura 3.7 – Cilindro de GLP a esquerda e aquecedor a gás de acumulação modelo 0160RBE
localizado no núcleo 6 a direita.
O consumo de gás correspondente a cada mês do ano de 2009 e aos quatro
primeiros meses de 2010 é dado pela Tabela 3.1. Os valores mensais da tabela
correspondem ao somatório dos consumos de gás da barreira principal mais o
consumo de todos os seis núcleos medido durante o período. Os dados referentes
ao ano de 2010 se encontram em maiores valores devido ao quadro de funcionários
aumentar de 2009 para 2010.
Tabela 3.1 – Consumos totais de gás para banhos.
Mês / Ano Consumo (kg)
Março/2009 595
Abril/2009 588
Maio/2009 621
Junho/2009 603
Julho/2009 613
Agosto/2009 630
Setembro/2009 586
38
Outubro/2009 566
Novembro/2009 590
Dezembro/2009 574
Janeiro/2010 697
Fevereiro/2010 605
Março/2010 746
3.1.3 Implementação do sistema de aquecimento solar
Com a finalidade de substituir o sistema de aquecimento a GLP instalado na
granja, a empresa Perdigão Agroindustrial S/A em parceria com a Granja Araucária
adquiriu e implantou o novo sistema de aquecimento solar. Este novo sistema tem
como objetivos principais a economia, através do corte de gastos com a aquisição
de gás, o uso de fontes de energia ecologicamente corretas, o conforto dos
funcionários que acessam a Granja e o aumento da eficiência sanitária da Granja
Araucária através da redução de acesso de veículos e pessoas responsáveis pelo
abastecimento de gás e manutenção do sistema antigo de aquecimento de água.
O novo sistema de aquecimento de água através de coletores solares é
produzido pela empresa Argus Aquecedores e não possui o Selo PROCEL
(Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica) que visa identificar os
produtos com os melhores níveis de eficiência energética.15
Para a instalação na Granja Araucária foi escolhido o sistema de
aquecedores solares Argus da linha Apolo16. O sistema foi implantado na barreira
principal e em cada um dos núcleos em menor tamanho.
15
ELETROBRAS – Procel: Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica. Disponível em: http://www.eletrobras.gov.br/elb/procel/main.asp?TeamID={95F19022-F8BB-4991-862A-1C116F13AB71}. Acesso em: 05/05/2010. 16
ARGUS AQUECEDORES – Aquecedor Solar Apolo. Disponível em: http://www.argusaquecedores.com.br/catalogos/Apolo.pdf. Acesso em: 08/05/2010.
39
No sistema da barreira principal foram instalados 25 coletores solares
dispostos lado a lado, apresentando 1,5 metro de largura por 1,0 metro de
comprimento com 0,06 metro de altura, como mostra nas Figuras 3.8 e 3.9.
Figura 3.8 – Representação ilustrativa dos Coletores Solares da Argus Aquecedores (A -
largura, B – comprimento, C – altura)
Figura 3.9 – Coletores Solares da Barreira Principal.
Este sistema conta com um reservatório térmico fabricado em aço
inoxidável, com diâmetro externo de 1 metro por 3,30 metros de comprimento e 1,40
metros de altura17, com capacidade para armazenar 2.500 litros de água. As Figuras
3.10 e 3.11 ilustram o reservatório térmico da Argus Aquecedores.
17
Idem.
40
Figura 3.10 – Representação ilustrativa de um reservatório da Argus Aquecedores (A –
diâmetro externo, B – comprimento, C – altura total).
Figura 3.11 – Reservatório térmico da Barreira Principal.
O reservatório térmico da barreira central possui 4 resistências elétricas de
apoio controladas por termostatos individuais com 3 kW cada, que possuem a
finalidade de auxiliar no aquecimento de água do reservatório quando não há
insolação suficiente.
Todo o sistema solar é gerenciado por um controlador diferencial de
temperatura da marca Microsol. Este tem como objetivo comandar a bomba de
circulação de água entre os coletores solares e o reservatório térmico. O
acionamento da bomba é feito através do diferencial de temperatura registrado pelo
41
sensor 1 localizado nos coletores solares e o sensor 2 localizado no reservatório
térmico.
Todos os núcleos possuem o mesmo sistema da barreira principal, porém
em menor tamanho. Em cada núcleo foram instalados 10 coletores solares e um
reservatório térmico com capacidade para 1.000 litros de água. Todo o sistema é
comandando pelo mesmo controlador citado anteriormente. Os reservatórios
térmicos dos núcleos são compostos por duas resistências de apoio com 3kW cada,
reguladas por termostatos individuais. A Figura 3.12 mostra o sistema instalado no
núcleo 6.
Figura 3.12 – Sistema de Coletores Solares instalado no núcleo 6.
Ao todo o sistema da Granja Araucária é composto por:
85 coletores solares;
01 reservatório térmico com capacidade para 3.500 litros de água com 4
resistências de 3kW;
06 reservatórios térmicos com capacidade para 1.000 litros de água com 2
resistências de 3kW cada;
07 bombas para circulação de água entre coletores solares e reservatório
térmico;
42
07 controladores diferenciais de temperatura;
Outros acessórios para instalação do sistema (canos resistentes a água
quente, fios e cabos elétricos, parafusos, etc.)
A vida útil de todo este sistema descrito é de 10 anos segundo o fabricante.
43
4 MEDIÇÕES E ANÁLISES
Neste capítulo serão apresentados os resultados e análises da viabilidade
técnico-econômica, bem como o plano de medição e a descrição dos equipamentos
e softwares utilizados para se fazer estas medições de campo.
4.1 MEDIÇÕES
As medições realizadas seguem o Protocolo Internacional para Medição e
Verificação de Performance (PIMVP), que no Brasil conta com a participação do
Instituto Nacional de Eficiência Energética (INEE) e do Ministério de Minas e
Energia.
Para estas medições, usou-se o método de medição parcial de retrofit
isolado do PIMVP, onde as medições de campo são feitas isoladamente no sistema
em estudo, deixando em separado o restante da instalação.
Para uma melhor exatidão dos estudos, as medições deveriam ser
realizadas em sete pontos distintos (a barreira principal e os seis núcleos que
possuem os sistemas de aquecimento solar), mas devido à falta de aparelhagem
suficiente e de tempo, só foram realizadas as medições na barreira principal,
fazendo com que os dados dos núcleos fossem estipulados para se atingir os
resultados.
Todas as medições foram realizadas com o equipamento MARH-21
fornecido pelo Instituto de Tecnologia para Desenvolvimento – LACTEC. O MARH-
21 é um medidor e registrador digital portátil de grandezas em tempo-real para
sistemas elétricos, que possui três canais de entrada para sinais de tensão, três
canais de entrada para sinais de corrente e três canais de entrada para grandezas
auxiliares.
Através dos sinais de entrada de tensão e corrente o MARH-21 calcula e
indica no mostrador os valores de tensão, corrente, potências e energia, os quais
44
foram usados no presente trabalho. Estes dados são armazenados na memória de
massa para serem transferidos para o computador e analisados de melhor forma
pelo software ANAWIN.
Algumas das características de operação do MARH-21 são dadas a seguir:
Fabricante: RMS Sistemas Eletrônicos – Brasil;
Tensão de alimentação: Pode ser alimentado diretamente pela entrada de sinal
de medição de tensão, pela entrada auxiliar em tensão alternada de 70 a 600 V
em corrente alternada ou por uma entrada em tensão contínua de 11 a 60 V em
corrente contínua;
Freqüência: 50 Hz ou 60 Hz;
Memória: 4 Mb;
Período de integralização: 10 minutos, parametrizado pelo software ANAWIN.
O programa ANAWIN é utilizado parra analisar os dados obtidos com o
registrador. Com ele é possível ler o conteúdo da memória em forma de gráficos e
relatórios para facilitar a visualização de todas as grandezas registradas no intervalo
de medição.
As medições foram realizadas no quadro de energia da barreira central da
Granja Araucária, visto na Figura 4.1. O período de medições começou às 15h40min
do dia 09/06/2010 (quarta-feira) e se estendeu até às 16h10min do dia 17/06/2010
(quinta-feira).
45
Figura 4.1 – Quadro de energia da barreira central.
Participaram do processo de medição os resistores 1, 2, 3, 4 e o controlador
diferencial de temperatura. Estes dispositivos se encontram divididos entre fases
como demonstrado na tabela 4.1 a seguir.
DISPOSITIVOS / FASES Fase A Fase B Fase C
Controlador X X
Resistência 1 X X
Resistência 2 X X
Resistência 3 X X
Resistência 4 X X
Tabela 4.1 – Disposição dos elementos entre as fases A, B e C.
A instalação do MARH-21, como visto na Figura 4.2, se deu respeitando
todos os itens de segurança do trabalho presentes na norma regulamentadora nº 10
(NR-10 – Segurança em instalações e serviços em eletricidade) como o isolamento
da área ao redor da instalação e o uso de equipamentos de proteção individual (EPI)
como calçado especial para atividades com energia elétrica, luvas isolantes,
capacete e óculos de segurança.
Figura 4.2 – MARH-21 instalado no quando de energia.
46
A Figura 4.3 demonstra o diagrama de como o MARH-21 foi instalado no
quadro de energia. As garras do tipo “jacaré” foram colocadas no barramento de
cada fase para a leitura dos sinais de tensão. Os alicates de corrente “abraçavam”
todos os fios de cada fase em separado, de modo que o alicate A medisse o sinal de
corrente do conjunto de todos os fios que estavam ligados na fase A, ocorrendo
igualmente nas fases B e C.
Figura 4.3 – Diagrama do esquema de ligação do MARH-21 no quadro de energia.
4.2 ANÁLISE TÉCNICO-ECONÔMICA
Através dos dados levantados pelas medições do MARH-21 e analisados no
ANAWIN foi possível comprovar o nível da qualidade de energia fornecida ao
sistema estudado.
Para o período de análise, foi escolhida como início a data de 10/06/2010 às
00h00min e teve uma duração de exatamente sete dias, terminando em 17/06/2010
as 00h00min. Durante o período de medições ocorreu apenas uma falta de energia
que teve a duração abaixo dos 10 minutos (período de integralização do MARH-21).
Os níveis médios, mínimos e máximos de tensões de fase são dados pela
Tabela 4.2.
47
Tabela 4.2 – Valores médios, mínimos e máximos de tensão de fase.
Com os gráficos das Figuras 4.4 e 4.5 é possível observar que as faixas de
valores apresentadas pelas tensões de fase e de linha, ao longo dos sete dias, estão
classificadas como adequadas segundo a resolução nº 505, de 26 de novembro de
2001 da ANEEL, onde impõe os limites 201 V ≤ Tensão de Leitura ≤ 231 V e 116 V ≤
Tensão de Leitura ≤ 133 V para uma tensão adequada de fornecimento.
Na Figura 4.6 se apresenta o perfil da carga instalada através dos gráficos
das tensões nas três fases medidas.
Figura 4.4 – Tensões de fase das fases A, B e C ao longo dos sete dias de análise.
48
Figura 4.5 – Tensões de linha das fases A, B e C ao longo dos sete dias de análise.
Figura 4.6 – Perfil de carga nas fases A, B e C durante os sete dias de análise.
Através da Figura 4.6 é possível notar pelo perfil de carga que a fase B é
menos utilizada em relação à fase A e C. Assim pode-se perceber um desbalanço
de carga entre as três fases, deixando duas fases (A e C) com carregamento muito
maior que a fase B como se pode ver pela média de correntes da Tabela 4.3 a
seguir.
49
Tabela 4.3 – Valores médios, mínimos e máximos de correntes das três fases.
Uma solução para este caso seria readequar as quatro resistências e o
controlador entre as três fases de modo que as correntes de cada fase se tornassem
semelhantes.
As Figuras 4.7 e 4.8 representam os gráficos de energia ativa e reativa ao
longo dos sete dias. As medições foram realizadas durante o inverno, ou seja,
estação do ano em que a região apresenta as menores temperaturas, além disso, o
período de medição coincidiu com um período de baixíssimo índice de exposição
solar, foram na maioria, dias chuvosos e/ou nublados. Devido às medições serem
feitas nesta época do ano e com as características climáticas destacadas acima, o
uso das resistências do sistema de apoio ao sistema solar é maior e mais constante,
assim os gráficos apresentam índices mais elevados proporcionando consumos de
energia maiores que em épocas mais quentes.
Com os gráficos de potência das Figuras 4.7 e 4.8 pode-se notar que há um
uso de energia razoável durante as noites para manter a água aquecida mesmo não
havendo uma demanda de água quente necessária neste horário. Isto se dá
principalmente na barreira central, onde os banhos são realizados todos no início do
dia, período no qual não houve insolação nas 12 horas anteriores e tornando assim
o sistema solar da barreira central muito mais dependente da energia auxiliar que os
50
sistemas das barreiras 1, 2, 3, 4, 5 e 6 onde os banhos são realizados durante todo
o dia. Visto isso, também poderá ser feito um estudo mais detalhado posteriormente
para checar a viabilidade do uso de timers para controlar de modo mais eficiente o
uso do sistema elétrico de apoio em períodos de menor demanda de água aquecida,
como durante as noites.
Caso esta necessidade de aquecimento de água a noite seja dispensável
como, por exemplo, de sábado para domingo onde a demanda de água quente é
muito baixa nas manhãs de domingo, pode-se usar timers para controlar de modo
mais eficiente o uso do sistema elétrico de apoio.
Figura 4.7 – Potências ativas ao longo de sete dias nas três fases.
Figura 4.8 – Potências reativas ao longo de sete dias nas três fases.
51
O consumo adotado para as análises será o consumo medido no inverno,
representando então a pior situação climática e assim o maior uso do sistema de
apoio elétrico. Nas Tabelas 4.4 e 4.5 estão descritos os dados com as demandas
máximas, consumos e fator de potência das medições.
Outro ponto importante que pode ser analisado é o fator de potência que se
encontra fora dos padrões da Copel de 0,92. Esta adequação pode ser feita
facilmente com a instalação de capacitores devidamente dimensionados, e assim
gerando mais um ponto de economia nas contas de energia evitando as multas com
o excedente de energia reativa.
Tabela 4.4 – Consumos e fatores de potência totais nas três fases.
Tabela 4.5 – Demandas máximas de potência ativa e reativa.
52
Tomando como base os valores apresentados de consumo durante os sete
dias, foram estipulados os valores para um mês. Foi multiplicado o consumo
semanal por quatro e assim estimado valores de consumo mensal.
Os consumos medidos foram 775,14 kWh no horário fora de ponta e 32,674
kWh no horário de ponta vistos na Tabela 4.4. Assim, para os consumos mensais
serão usados os valores de 3100,56 kWh no horário de ponta e 130,696 kWh no
horário de ponta. O horário de ponta é das 18h00min e se estende até as 21h00min
deixando todos os horários restantes como horários fora de ponta, segundo a
concessionária Copel.
Para estipular o consumo mensal dos seis núcleos foi tomada como base
uma média do número total de banhos na Granja Araucária (112 banhos) e uma
média com o número total de banhos na barreira central da granja (50 banhos).
Assim os 50 banhos da barreira central representam 44,65% do total de banhos da
Granja Araucária.
Com a estimativa de consumo da barreira central pode-se calcular o
consumo mensal total da Granja Araucária. Aplicando uma regra de três simples se
obtém o consumo mensal total na ponta e fora de ponta.
Para um consumo mensal de 3100,56 kWh na barreira central no horário
fora de ponta se obteve um consumo total mensal de 6944,143 kWh e para um
consumo mensal de 130,696 kWh na ponta obteve-se 292,712 kWh de consumo
total na granja.
A Granja Araucária se encontra no sistema tarifário Horo-sazonal VERDE
A3a, alimentado com tensão que varia de 30 kV a 40 kV. Segundo a resolução Nº
839 da ANEEL, de 23 de junho de 2009, as tarifas de consumo de energia para este
sistema tarifário são as descritas na Tabela 4.6 a seguir, possuindo ainda um
desconto de 10%.
Tabela 4.6 – Tarifas da Copel para o Sistema horo-sazonal VERDE do grupo A3a.
Período Consumo (R$/kWh)
Ponta Seca 0,69053
Ponta Úmida 0,67396
Fora de Ponta Seca 0,10804
53
Fora de Ponta Úmida 0,09842
O período Seco do ano corresponde aos meses de maio a novembro (7
meses) e o período Úmido corresponde aos meses de dezembro a abril do ano
seguinte (5 meses).
Para as análises, será usada a divisão entre período seco e úmido, porém
com o mesmo consumo estipulado mensalmente. Na Tabela 4.7 se tem o valor real
pago para cada consumo mensal estipulado.
Tabela 4.7 – Valores dos consumos totais em cada período.
Período Valor do Consumo (R$)
Ponta Seca 212,12
Ponta Úmida 197,27
Fora de Ponta Seca 750,24
Fora de Ponta Úmida 683,44
Somando-se os valores de consumo entre cada período, no período seco se
tem R$ 962,40 e no período úmido R$ 880,71.
Para os valores de consumo de gás será usada uma média apenas dos três
primeiros meses de 2010, visto que no ano de 2009 o quadro de funcionários era
diferente do atual. Com base na Tabela 3.1 do estudo de caso, a média de consumo
de gás nos três primeiros meses de 2010 é de 682,667 kg, com uma tarifa média de
2,60 (R$/kg). Com isto, o valor do consumo mensal médio é de R$1.774,93.
Para os cálculos dos benefícios entre os diferentes sistemas, são subtraídos
do valor do consumo médio mensal do sistema a gás, os valores do consumo médio
mensal do sistema solar. Nos meses de período seco o benefício com o novo
sistema solar é de R$812,52 mensais e para os meses de período úmido o benefício
mensal passa a ser de R$894,21. Visto que o período seco é de 7 meses, durante
este período há um benefício total de R$5.687,68 e no período úmido que dura 5
meses o benefício total é de R$4.471,08, totalizando num benefício anual de R$
10.158,769 durante 10 anos como visto no fluxo de caixa da Figura 4.9.
54
Figura 4.9 – Gráfico do fluxo de caixa durante 10 anos.
Na análise do investimento foram usados três métodos diferentes, todos se
baseando no fluxo de caixa da Figura 4.9. O método do Payback, o método do Valor
Presente Líquido (VPL) e o método da Taxa Interna de Retorno (TIR).
O método do payback consiste apenas em quantificar o período de retorno
do investimento não levando em conta as taxas de juros. Para este método basta
apenas dividir o valor total do investimento (R$78.500,00) pelo valor de benefício
anual atingido com o novo sistema de aquecimento (R$10.158,76). Assim obtém-se
um valor aproximado de 7,7 anos para recuperar todo capital investido na data
inicial. Visto que a vida útil do sistema de aquecimento em questão é dada como 10
anos pelo fabricante, por este método o investimento passa a ser atrativo.
No método do VPL se leva em conta a taxa mínima de atratividade (TMA)
que é dado pelo investidor como 12%. O VPL retorna o valor líquido atual do
investimento, com base em uma taxa de desconto (TMA = 12%) e uma série de
pagamentos futuros (valores negativos, neste caso o investimento total) e renda
(valores positivos, neste caso benefícios anuais) durante os 10 anos de vida útil do
equipamento. Com um valor de investimento de R$78.500,00 (valor negativo) e 10
parcelas de benefícios de R$10.158,76 (valores positivos), o valor presente líquido é
de –R$18.839,90 (valor negativo), ou seja, neste método mais complexo em que se
leva em conta a taxa de juros (TMA) o investimento passa a não ser mais atrativo
para o investidor, pois o VPL necessitaria ser maior que zero.
O método do TIR está relacionado com o método do VPL. A taxa de retorno
que é calculada pelo método TIR é a taxa de juros correspondente a um VPL igual a
-R$ 90.000,00
-R$ 80.000,00
-R$ 70.000,00
-R$ 60.000,00
-R$ 50.000,00
-R$ 40.000,00
-R$ 30.000,00
-R$ 20.000,00
-R$ 10.000,00
R$ -
R$ 10.000,00
R$ 20.000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fluxo de Caixa
Ano
55
zero. Tomando como base o valor negativo do investimento e os 10 valores positivos
dos benefícios anuais o cálculo do TIR apresentará uma taxa de 5% para se atingir
um VPL próximo de zero. Visto que a taxa mínima de atratividade é de 12% (dada
pelo investidor), tendo um TIR menor que a TMA significa que o investimento não é
atrativo neste método de análise.
Se for levado em consideração apenas o mês de junho de 2009, e
estimando o consumo de gás para o número de funcionários presentes em 2010, o
consumo de gás passa a ser de 689,14 kg e representa um gasto de R$1.791,76 por
mês. Assim, refazendo todos os cálculos anteriores com estes novos valores, o
benefício anual passa a ser R$10.361,05, valor este que não difere muito do valor
encontrado anteriormente, e resultando novamente em um investimento não atrativo
no método do VPL e do TIR.
4.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste capítulo, pode-se comprovar a qualidade de energia que abastece o
sistema de apoio dos coletores solares. As exigências da ANEEL para uma
qualidade de energia de nível adequada foram todas verificadas através das
medições feitas com o MARH-21 e analisadas no ANAWIN.
Entretanto, o sistema de aquecimento solar em questão, analisando
simplesmente o lado econômico, não se mostrou um investimento atrativo para a
Granja Araucária. A análise dos investimentos foi feita em cima de três métodos
largamente utilizados pela engenharia econômica, o VPL, o TIR e o Payback.
Apesar de o resultado ter sido favorável no método do payback, este é um método
muito simples e errôneo, visto que não leva em consideração as taxas de juros ao
longo do tempo de análise. Os métodos de VPL e TIR, que possuem resultados
mais reais e semelhantes com o comportamento econômico, comprovaram pelas
análises realizadas que este sistema de aquecimento solar não foi um investimento
adequado com a taxa mínima de atratividade imposta pelo proprietário da granja e
assim gerando uma perda de capital ao longo dos 10 anos de vida útil do
equipamento.
56
Segundo Vieira (2001), há algumas possibilidades para o dimensionamento
correto e a programação do funcionamento destes aquecedores. O autor apresenta
várias possibilidades para se conseguir economia de energia, como o
dimensionamento correto do volume de água do reservatório térmico, o
dimensionamento correto do valor das resistências de apoio e os controles de
temperatura dos termostatos, a altura da instalação destas resistências no
reservatório térmico e o uso de um controlador horário para acionar e desligar o
sistema de apoio em horários desnecessários. Todas estas ações em conjunto
poderiam gerar economias de até 79% segundo o estudo do autor.
Este estudo pode vir a ser utilizado futuramente para tentar reverter parte do
desperdício de energia elétrica causado pelo mau dimensionamento do sistema
instalado, e assim aumentar a eficiência energética do mesmo, tornando-o um
melhor investimento para o capital do investidor.
57
5 CONCLUSÃO
A utilização da água quente é essencial ao conforto e higiene do homem, em
particular para o público-alvo deste trabalho.
Ao longo do presente trabalho, pode-se observar que o Sol é a maior fonte
de energia do planeta, além do fato de ser responsável direto ou indireto por todas
as outras fontes de energia existentes. Entretanto, o aproveitamento eficiente desta
fonte imensa de energia ainda está longe do ideal.
Hoje, com a preocupação que o planeta vem passando, em face às
questões ambientais e a possível escassez de combustíveis fósseis, fica cada vez
mais clara a necessidade de se desenvolver e difundir tecnologias para o
aproveitamento de energias renováveis e limpas como o Sol. A energia solar deve
ser explorada ao máximo e cabe a nós uma melhor divulgação e sensibilização
daqueles que não foram atingidos.
Um dos mais importantes modos de aproveitamento da energia solar é para
o aquecimento de água. Apesar de ainda possuir valores elevados de investimento
para a população, esta alternativa é viável quando analisada em relação a um maior
intervalo de tempo e levando em consideração a preservação do meio ambiente.
A utilização desta tecnologia tende a crescer muito nos anos que estão por
vir. E com a preocupação da população mundial com a sustentabilidade sócio-
ambiental, que hoje está tanto em pauta, muito será estudado e grandes avanços
irão surgir, reduzindo assim os custos de investimento com este tipo de sistema de
aquecimento de água. O que proporcionará à população uma excelente alternativa
para os sistemas de aquecimento atuais.
Além dos benefícios sócio-ambientais, o uso do aquecimento solar traz aos
consumidores finais, uma grande redução nas contas de energia se comparado com
os sistemas usuais de aquecimento. Este sistema contribui também para aliviar a
demanda de energia solicitada e promover a eficiência energética, permitindo uma
maior margem para um crescimento seguro e sustentável no sistema energético.
Com o objetivo de avaliar as implantações de ações de eficiência energética
através da substituição do aquecimento a queima de gás pelo aquecimento de água
solar, este trabalho conclui que apesar de todos os benefícios que o sistema de
58
aquecimento solar possui, neste caso em específico não se enquadra como um
investimento atrativo para a Granja Araucária. Através da análise econômica pode-
se observar que mesmo o sistema sendo pago antes do término da sua vida útil,
comprovado pelo método do payback, este investimento não é qualificado como
atrativo quando se leva em conta as taxas de juros do mercado através dos métodos
do valor presente líquido e da taxa interna de retorno.
Vale ressaltar novamente, que o estudo foi feito nas piores condições
climáticas do ano e que este sistema de aquecimento solar não possui o selo do
PROCEL de melhores níveis de eficiência energética. Porém, através de um
dimensionamento e controle mais eficiente deste sistema, podem-se atingir valores
melhores que possam vir a comprovar a atratividade do investimento e os seus
benefícios econômicos para a Granja Araucária.
Deixando o lado econômico de fora, o sistema de aquecimento solar
atendeu aos principais objetivos da Granja Araucária. Com este novo sistema se
reduziu o acesso de caminhões e outras pessoas, vindos de áreas com risco de
contaminação, para o abastecimento de gás, o que gerou uma melhoria na
biossegurança. Este sistema de aquecimento solar também contribuiu para a granja
entrar no grupo de empresas que contribui com o meio ambiente usando energias
renováveis e processos de maior eficiência energética, que ajudam na diminuição da
demanda de energia na matriz energética, na redução dos custos de produção e
diminuição das emissões de gases do efeito estufa.
Fica evidente, portanto, o quanto o uso da energia solar para aquecimento
de água é uma excelente alternativa para contribuir com o meio ambiente e em
alguns casos até se torna economicamente viável quando dimensionada
adequadamente. Esta tecnologia contribui não só com a população, como também
com o governo e acima de tudo com o planeta. Espera-se que o presente trabalho
sirva como fonte de pesquisa para trabalhos futuros e também se torne base para
tomadas de decisões, tanto do lado de quem busca conhecer esta alternativa de
aquecimento de água quanto do lado de quem incentive o seu uso.
59
6 REFERÊNCIAS
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