Embed Size (px)
Citation preview
AVALIAÇÃO DE UM SISTEMA DE TELEGERENCIAMENTO EMPREGANDO LUMINÁRIAS LED
DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA
FERNANDO J. NOGUEIRA, IGOR D. MELO, LUIZ H. GOUVEIA, CRISTIANO G. CASAGRANDE, HENRIQUE A.C.
BRAGA E DANILO P. PINTO
NIMO - Núcleo de Iluminação Moderna, Universidade Federal de Juiz de Fora
36036-900, Juiz de Fora, MG, Brasil.
E-mails: [email protected], [email protected]
Abstract The main purpose of this paper is to analyze the performance of LED luminaires and to analyze the remote management inte-
grated into them. These luminaires come with a remote monitoring system based on ZigBee protocol, and it allows wireless communication
using GSM / GPRS, the most used technology around the world provided by mobile network operators. With photometric tests, electrical
and performance analysis of the luminaires in according to the standards, this paper aims to study the operation of the whole system in a
pragmatic way and to evaluate the actual performance and the possible positive and desired results on the public lighting system.
Keywords LEDs, LED luminaires, Street Lighting, Telemanagement Systems.
Resumo Este trabalho tem como objetivo principal a avaliação do desempenho de luminárias LED e o sistema de telegerenciamento
integrado a elas. Estas luminárias dispõem de um sistema de monitoramento remoto baseado no protocolo ZigBee, que permite comunica-
ção sem fio utilizando os padrões GSM/GPRS, a tecnologia mais utilizada no país fornecida pelas operadoras de telefonia celular. Com
testes fotométricos, elétricos e análises de desempenho das luminárias segundo normas vigentes, este trabalho pretende estudar o comporta-
mento de todo o sistema de forma pragmática, visando avaliar a real eficiência e os possíveis e almejados resultados positivos sobre o siste-
ma de iluminação pública.
Palavras-chave Iluminação pública, LEDs, Luminárias LED, Sistemas de Telegerenciamento.
1 Introdução
A busca por tecnologias mais eficientes em ter-
mos de utilização da energia tem sido motivada por
questões de natureza econômica e ambiental, visando
o desenvolvimento sustentável. Os sistemas de ilu-
minação artificial, em particular, representam um
grande potencial de economia de energia elétrica.
Estima-se que cerca de 30% de toda a energia elétri-
ca gerada no mundo, seja utilizada para a produção
de iluminação artificial (POLONSKII, 2008). Portan-
to, alternativas que apresentem redução do consumo
de energia elétrica em sistemas de iluminação são
muito importantes, já que podem produzir significa-
tivos impactos econômicos e ambientais.
No caso da iluminação pública, tradicionalmente
tem-se utilizado lâmpadas de descarga em alta pres-
são. Nos últimos 50 anos, essas lâmpadas se mostra-
ram como soluções mais eficientes, se comparadas
com as lâmpadas incandescentes ou fluorescentes,
suas antecessoras. Porém, tanto no caso das lâmpadas
que se baseiam na incandescência, como das que se
baseiam na descarga elétrica em gases, o processo de
produção da luz está associado à elevação da tempe-
ratura, o que acaba provocando elevadas taxas de
perdas (ŽUKAUSKAS, 2002).
O uso dos diodos emissores de luz (ou LEDs, do
inglês, lighting emitting diodes) na iluminação tem
representado um grande avanço tecnológico nos
últimos anos. Diversos estudos recentes apontam
para a utilização dos LEDs na iluminação pública
(ALMEIDA, 2011; MAGGI 2013; RODRIGUES,
2012). Características como elevada eficácia lumino-
sa (até 150 lm/W), longa vida útil (até 100.000 ho-
ras), elevada resistência mecânica, alto índice de
reprodução de cor (acima de 70%), possibilidade de
dimerização da intensidade luminosa e capacidade de
emissão de luz branca são fatores que contribuem
para a aplicação dessa tecnologia em iluminação
pública (RODRIGUES, 2012). Além disso, são dis-
positivos que causam menos danos ao meio ambien-
te, por não apresentarem gases tóxicos em seu interi-
or, como os encontrados em alguns modelos de lâm-
padas de descarga.
A utilização de luminárias empregando LEDs
associada a tecnologias capazes de fazer o telegeren-
ciamento de luminárias e componentes ligados à
iluminação pública podem representar um grande
impacto econômico nesse setor.
O funcionamento de um sistema de telegerenci-
amento é baseado no controle e gestão a distância
dos pontos de luz, sendo possível efetuar o controle
do fluxo luminoso das luminárias (reduzindo gastos
com consumo de energia), verificar em tempo real a
condição de cada ponto de iluminação (consumo,
vida útil, pontos apagados) e gerar relatórios infor-
mando possíveis problemas de funcionamento e
danos sofridos nos componentes do sistema de ilu-
minação, agilizando assim os processos de manuten-
ção (VAZ, 2010; SECA 2013).
Este trabalho trata da avaliação de um sistema de
telegerenciamento empregando luminárias LED de
iluminação pública. Avaliações elétricas e fotométri-
cas serão realizadas segundo recomendações norma-
tivas nacionais e internacionais a fim de se verificar o
funcionamento do sistema. Além disso, uma avalia-
ção econômica será efetuada a fim de verificar qual a
economia gerada pela implantação de um sistema de
telegerenciamento empregando 150 luminárias LED
que irão substituir luminárias com lâmpadas de vapor
de sódio em alta pressão no anel viário central da
Universidade Federal de Juiz de Fora.
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2763
2 Sistemas de Telegerenciamento Aplicados em
Iluminação Pública
Os sistemas de telegerenciamento são ferramen-
tas utilizadas com o intuito de gerir, controlar e mo-
nitorar redes de iluminação pública. Esses sistemas
de telecomunicações permitem gerir as luminárias
individualmente ou em grupo, fazendo pleno uso dos
seus parâmetros operacionais (GODOY, 2009). Com
isso, é possível ter acesso à condição de cada ponto
de iluminação, com informações de consumo, tempo
de utilização, ocorrências de defeitos, parâmetros
elétricos de funcionamento, entre outras informações.
Também é possível atuar diretamente no funciona-
mento do ponto de iluminação, efetuando-se o acio-
namento ou desligamento da luminária, e controle do
fluxo luminoso, ajudando na eficiência do sistema de
iluminação (VAZ, 2010).
Os sistemas de telegerenciamento mais aplicados
são aqueles que trabalham através de comunicação
via cabo (ou PLC, do inglês Power Line Comunnica-
tion) e os que trabalham através de comunicação via
rádio frequência (VAZ, 2010). O sistema empregan-
do PLC utiliza os cabos da própria rede elétrica em
que estão ligadas as luminárias para se comunicar
com o centro de controle, utilizando modulações de
onda a uma determinada frequência. Já o sistema
empregando radiofrequência pode fazer a comunica-
ção da luminária com o centro de controle através de
uma rede wireless (sem fio). Ambos têm seus centros
de controle ligados a uma central de monitoramento,
que possui um software que se comunica com os
centros de controle geralmente através de protocolo
TCP/IP ou rede GSM. Sistemas de telegerenciamento
modernos permitem receber informações ou enviar
comandos através de dispositivos pessoais como
celulares, tablets e notebooks (SCHRÉDER 2013).
O uso de uma ou outra tecnologia deve estar as-
sociado à disponibilidade financeira dos responsáveis
pela implantação do sistema, quantidade de pontos
de iluminação, distância entre os pontos, limitações
geográficas (tipo de terreno, relevo, vegetação), faci-
lidade ao acesso à rede elétrica nos pontos de luz,
entre outras características. (SECA, 2013).
A Figura 1 mostra um sistema de telegerencia-
mento da iluminação pública utilizando comunicação
cabeada via PLC e outro utilizando radiofrequência.
Figura 1. Diferença de instalação usando PLC e radiofrequência
(NEVES, 2013).
Lâmpadas de iluminação pública no sistema
convencional são oferecidas com saídas em watts
fixas, podendo produzir na prática níveis de lumino-
sidade incorretos ou sobredimensionados para deter-
minados tipos de ambiente. Isso ocorre devido à
limitação dos valores de potências oferecidos para
determinados tipos de lâmpadas. Uma das caracterís-
ticas mais importantes de um sistema de telegerenci-
amento é o controle do fluxo luminoso emitido pela
fonte luminosa.
Para que o controle da regulação do fluxo lumi-
noso seja efetuado corretamente, deve-se contar com
o suporte de uma tecnologia que possa ser dimerizá-
vel, ou seja, que permita a mudança e controle do
fluxo luminoso sem afetar o seu funcionamento. Este
fato torna os LEDs atraentes para os sistemas de
telegerenciamento, uma vez que já existem no mer-
cado luminárias dessa tecnologia capazes de serem
controladas de forma bem eficiente nesse sentido,
sem serem afetadas no ponto de vista elétrico e foto-
métrico pelos contínuos ajustes no fluxo luminoso
emitido (SCHREDER, 2013).
As principais vantagens da utilização de um sis-
tema de telegestão em iluminação pública empregan-
do LEDs são: elaboração do mapa contendo os pon-
tos de luz distribuídos em determinada região, o que
facilita o monitoramento desses pontos e do sistema
como um todo; possibilidade de dimerização de cada
um dos pontos de iluminação, o que pode diminuir a
poluição luminosa e aumentar a vida útil da luminá-
ria LED, além de possibilitar menor consumo de
energia elétrica em horários de menor tráfego de
veículos e pedestres; melhora nas operações de ma-
nutenção, pelo fato de um ponto com defeito ser
imediatamente identificado; contribuição na previsão
de compras para reposição, uma vez que é possível
fazer um acompanhamento da vida útil de cada ponto
de iluminação; redução nos custos de manutenção,
devido ao fato de não serem mais necessárias equipes
noturnas que buscam pontos de iluminação defeituo-
sos; acesso em tempo real das informações sobre o
funcionamento de cada ponto de iluminação (como
potência, tensão, fator de potência, etc.), entre outras
(SANTOS, 2011).
A principal desvantagem é que a implantação da
telegestão aumentaria ainda mais o custo de um sis-
tema a LEDs, que já é elevado devido ao custo das
luminárias. Porém, se todo o sistema for projetado de
acordo com os requisitos previstos nas normas vigen-
tes, a economia proveniente do menor consumo de
energia e da menor necessidade de manutenção pode
amortizar o investimento ao menos dentro da vida
útil das luminárias LED (BRAGA, 2013).
3 Luminárias LED de Iluminação Pública
A estrutura simplificada de uma luminária LED
aplicada nos sistemas de iluminação pública é com-
posta basicamente por quatro partes, como pode ser
visto na Figura 2: LEDs, estrutura óptica, carcaça
(com dissipador) e driver.
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2764
Dissipação
LEDs ÓpticaDriverCarcaça
Rede
Figura 2. Estrutura simplificada de uma luminária LED de
iluminação pública
Os LEDs mais aplicados em iluminação são os
PC-LEDs (Phosphor converted LEDs), que se divi-
dem em dois grupos: LEDs de alto brilho, utilizados
em dispositivos de baixa potência (correntes nomi-
nais típicas de 20 mA) e os de alta potência, utiliza-
dos em dispositivos de elevada potência (correntes
nominais típicas de 300 mA até 1,5 A), sendo estes
últimos os mais utilizados (RODRIGUES, 2011).
Devido ao pequeno ângulo de abertura do feixe
luminoso emitido pelos LEDs, as luminárias são
dotadas de estruturas ópticas compostas por lentes,
colimadores e refletores, que são responsáveis por
melhorar a distribuição luminosa do LED.
O dissipador de calor geralmente compõe a es-
trutura da carcaça. A estrutura de dissipação de calor
é responsável por fazer a transferência de calor gera-
do pela junção dos LEDs para o ambiente de forma
rápida e eficiente, para não prejudicar a vida útil do
LED.
O driver é o dispositivo eletrônico responsável
por adequar o nível da corrente de alimentação nos
LEDs. Além de prover o correto funcionamento dos
LEDs, o driver também pode incorporar uma série de
outras funcionalidades (como dimerização, teleco-
municação, etc.) de forma a adequar a luminária a
um sistema de telegerenciamento.
4 Sistema Avaliado
A Owlet é uma empresa alemã sediada em
Mainz, que desenvolve um sistema de redução de
fluxo luminoso com recurso a ZigBee, em parceria
com a empresa de iluminação Schréder.
O sistema se assenta numa tipologia em estrela,
no qual a rede é self-healing. Isso quer dizer que a
rede de comunicações tem a capacidade regenerativa
de encontrar o caminho mais eficaz para a comunica-
ção entre os nós que a integram e que a falência de
um nó não influencia no comportamento normal dos
nós restantes. O sistema desenvolvido pressupõe a
existência de um concentrador e gestor da rede
ZigBee, que é designado por SeCo (Segment Con-
troller), e de equipamentos terminais de controle
individualizado para cada ponto de iluminação. De
acordo com a especificidade do ponto de luz opta-se
por equipamentos distintos: CoCo (Column Control-
ler) para controlar dois pontos de luz instalados na
mesma coluna, ou LuCo (Luminaire Controller) para
controlar pontos de luz isolados (SCHRÉDER, 2013).
Pelo LuCo, os parâmetros de corrente, tensão e
potência são continuamente monitorados e registra-
dos. Além disso, para o caso de falha nos comandos
de liga e desliga enviados pelo servidor da central de
telegerenciamento, o LuCo possui um relógio astro-
nômico interno, capaz de ligar a luminária após o pôr
do sol e desligar a luminária após o nascer do sol.
O controlador de circuito avaliado, nomeado de
SeCo pode administrar até 150 CoCos e LuCos. Ele
coleta os dados através do sistema ZigBee e transmi-
te através da Internet ao servidor de rede. A conexão
com a Internet é feita através da rede GPRS ou 3G,
possibilitando enviar e receber dados e comandos
através de dispositivos remotos.
O servidor do Nightshift é baseado na lógica de
sistemas abertos. A partir do servidor de rede e da
página do sistema a monitoração do sistema é possí-
vel acompanhar a localização dos pontos de luz em
mapas geográficos, imprimir relatórios, configurar o
sistema, criar curvas pré-programadas de dimeriza-
ção das luminárias, enviar comandos de liga e desli-
ga, verificar o funcionamento de cada luminária ou
de um grupo de luminárias e seus principais compo-
nentes, entre outras funções. Toda informação rece-
bida é armazenada em uma base de dados MySQL,
que é um sistema de gerenciamento de banco de
dados bastante popular no mundo.
A luminária LED avaliada juntamente com o sis-
tema de telegerenciamento é da linha Akila da em-
presa Schréder. Sua concepção visa atender à ilumi-
nação de vias públicas e área de pedestres, possuindo
144 LEDs dispostos em três módulos com 48 LEDs
cada. Possui potência nominal de entrada de 230
watts e fluxo luminoso inicial de 25.600 lumens,
sendo uma opção para lâmpadas de vapor de sódio
em alta pressão de 250/400 watts na iluminação de
grandes ruas, avenidas e estradas. Dentre algumas
outras características da luminária, destacam-se a
possibilidade de dimerizá-la de 0% até 100% e a vida
útil de 60.000 horas, considerando uma degradação
de 10% do fluxo luminoso inicial. O controle de cada
luminária é efetuado por seu respectivo LuCo em
conjunto com o driver dimerizável Philips Xitanium
LEDINTA 0530C, que engloba características de
regulação da corrente de alimentação dos LEDs,
sendo possível efetuar o controle de fluxo luminoso
da luminária.
A configuração simplificada do sistema avaliado
pode ser vista na Figura 3.
Figura 3. Sistema de telegerenciamento completo Owlet
Nightshift (SCHRÉDER, 2013).
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2765
5 Avaliação das Características Elétricas
A luminária LED Akila PSSG144LNW5096 foi
submetida a testes em laboratório para avaliar seu
desempenho quando o fluxo luminoso é variado de
100% até 10 %. Para isso foram analisados (alimen-
tando a luminária em uma tensão nominal de 220V)
os seguintes parâmetros:
Corrente de entrada;
Potência de entrada;
Fator de potência;
Taxa de distorção harmônica da corrente de en-
trada (THDi).
O arranjo montado para efetuar os ensaios de de-
sempenho elétrico é mostrado na Figura 4. A alimen-
tação da luminária foi feita pela fonte de baixa dis-
torção harmônica TENMA 7276-25, os parâmetros
de potência de entrada, fator de potência e corrente
de entrada foram obtidos através do Wattímetro de
precisão YOKOGAWA WT-230, enquanto a visuali-
zação das formas de onda de tensão e corrente de
entrada, obtenção da taxa de distorção harmônica da
corrente de entrada e a amplitude das correntes har-
mônicas de entrada foram obtidas através do Osci-
loscópio TEKTRONICS DPO 3014.
Os resultados de fator de potência foram avalia-
dos seguindo a resolução 414 da ANEEL (ANEEL,
2010), ou seja, deve ser maior ou igual 0,92. A quan-
tidade de correntes harmônicas geradas para cada
nível de dimerização foi comparada com as exigên-
cias da norma IEC 61000-3-2 Classe C (IEC, 2005).
Estes resultados são mostrados na tabela 1.
Figura 4. Equipamentos utilizados nos ensaios de características
elétricas da luminária LED avaliada.
Tabela 1. Dados de desempenho elétrico da luminária LED Akila.
Fluxo
luminoso
(%)
Pin (W) Iin (A) Vin (V) FP THD (%)
100 237,3 1,105 220 0,975 8,04
90 234,4 1,095 220 0,974 8,38
80 218 1,033 220 0,971 8,29
70 205 0,963 220 0,969 8,86
60 171,7 0,816 220 0,958 24,3
50 140,6 0,678 220 0,941 34,2
40 110,7 0,548 220 0,921 36,3
30 80,9 0,424 220 0,867 58,1
20 49,9 0,333 220 0,678 145
10 28,8 0,291 220 0,453 222
É possível observar que a luminária LED avalia-
da, para atender o fator de potência exigido pela
ANEEL, não pode ter o fluxo luminoso controlado
abaixo de 40%, uma vez que o fator de potência fica
abaixo do limite permitido. Em 30 % percebe-se um
valor (0,867) bem abaixo da exigência mínima, além
de uma taxa de distorção harmônica de 58,1%.
Os gráficos das figuras 5 a 7 mostram as formas
de onda de tensão e corrente de entrada para um
controle de fluxo luminoso de 100%, 50% e 10%
respectivamente. Percebe-se que em 10 % a forma de
onda da corrente de entrada está bastante distorcida,
ficando bem diferente da aproximação senoidal espe-
rada. Nessas circunstâncias, a taxa de distorção har-
mônica é extremamente elevada e o fator de potência
muito reduzido.
Outro ensaio feito em laboratório foi a avaliação
das amplitudes das correntes harmônicas de entrada
em relação à corrente fundamental, com a luminária
acionada em 100%, 50% e 10% do fluxo luminoso
mostrado na Tabela 2. Pode ser notado que à medida
que o fluxo luminoso diminui, aumenta-se a interfe-
rência das correntes harmônicas, sendo notável em
10 % do fluxo luminoso que a terceira harmônica
possui 56 % da amplitude da fundamental, valor bem
acima do previsto na norma IEC 61000-3-2 Classe C,
que limita a amplitude dos harmônicos da corrente de
entrada para componentes de iluminação.
Figura 5. Tensão (azul) e corrente (vermelho) de entrada para
100% do fluxo luminoso.
Figura 6. Tensão (azul) e corrente (vermelho) de entrada para 50%
do fluxo luminoso.
Figura 7. Tensão (azul) e corrente (vermelho) de entrada para 10%
do fluxo luminoso.
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2766
Tabela 2. Amplitude das correntes harmônicas da luminária LED
para diferentes níveis de controle de fluxo luminoso.
Amplitude das Correntes Harmônica
Harmônicas 100% do
fluxo
50% do
fluxo
10% do
fluxo
1(fundamental) 100% 100% 100%
3 6,76% 25,40% 56,60%
5 2,92% 1,47% 32,70%
7 1,85% 2,16% 20,60%
9 1,32% 0,53% 92%
11 1% 0,94% 38,40%
13 0,70% 2,56% 40%
15 0,70% 0,91% 23%
17 0,60% 0,69% 21%
19 0,70% 2,66% 19,5
Os gráficos mostrados nas Figuras 8 a 10 mos-
tram as amplitudes dos harmônicos da corrente de
entrada medidos nos três casos anteriores (10%, 50%
e 100% do fluxo luminoso) em comparação com os
limites estabelecidos pela norma IEC 61.000-3-2
(Classe C). Nesse caso, é possível observar que
quando a luminária avaliada é acionada com 10% do
seu fluxo luminoso, ela não cumpre os requisitos
mínimos previstos pela norma.
Figura 8. Avaliação das correntes harmônicas com a luminária
acionada com 100% do fluxo luminoso.
Figura 9. Avaliação das correntes harmônicas com a luminária
acionada com 50% do fluxo luminoso.
Figura 10. Avaliação das correntes harmônicas com a luminária
acionada com 10% do fluxo luminoso.
6 Avaliação das Características Fotométricas
Segundo a norma de iluminação pública NBR
5101 (ABNT, 2012), a classificação do anel viário
central da Universidade Federal de Juiz de Fora
(UFJF) é V3 (via urbana de interligação entre bairros
com tráfego médio de veículos e tráfego elevado de
pedestres). Logo, deve possuir uma iluminância
média mínima de 15 lux, um fator de uniformidade
mínimo de 0,2 e uma luminância média mínima de
1,00 cd/m2.
As avaliações fotométricas foram efetuadas a
partir de medições práticas na via em questão. Foram
feitas medições de iluminância média, uniformidade
e luminância média utilizando a malha de inspeção
apresentada na norma de iluminação pública NBR
5101. A via em estudo possui 7 m de largura e poste-
amento em disposição unilateral com distância média
entre os postes de 35 m, sendo que a altura de insta-
lação das luminárias foi de 10 m. No caso em que
duas luminárias foram instaladas, as medições foram
realizadas entre o vão dos postes, como mostrado na
Figura 11.
As medições foram feitas com os níveis de fluxo
luminoso das luminárias ajustados em 100%, 80%,
60%, 40% e 20%. As iluminâncias foram obtidas
com o luxímetro de precisão Optronik Digilux 9500
e as luminâncias com o luminancímetro LS-100 da
Konica Minolta. A uniformidade é a relação entre a
iluminância mínima e a iluminância média. Os resul-
tados dessas medições são mostrados na Tabela 3.
Para os resultados mostrados na Tabela 3, perce-
be-se que para o caso do anel viário central da UFJF,
a luminária deve ter seu fluxo luminoso ajustado
acima de 20% para atender os requisitos mínimos de
iluminância média e luminância média, previstos na
norma de iluminação pública NBR 5101.
35,0 m
Luminária
LEDLuminária
LED
Figura 11: Malha de inspeção de iluminância e luminância
segundo NBR5101.
Tabela 3. Resultados de ensaio fotométrico realizado.
Fluxo
Luminoso
(%)
Iluminância
Mínima
(lux)
Iluminância
Média
(lux)
Uniformidade
Luminância
Média
(cd/m2)
100 19 37,67 0,50 2,65
80 17,5 34,25 0,51 2,45
60 15,2 30,25 0,50 2,00
40 10,5 20,39 0,51 1,39
20 4,5 8,85 0,51 0,59
7,0
m
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2767
Para os casos em que as luminárias tiveram o
fluxo luminoso ajustado em 100%, 60% e 20%, fo-
ram gerados os gráficos de iluminância ponto a ponto
na via em questão, mostrados nas Figuras 12 a 14. As
setas em negrito representam a localização dos postes
com as luminárias. Nesse caso, é possível observar
para o nível de fluxo luminoso ajustado em 20%, que
a luminosidade na parte central do vão entre os pos-
tes fica prejudicada, o que pode ser percebido devido
aos afundamentos mostrados no gráfico de iluminân-
cia ponto a ponto da Figura 12.
Portanto, nas possibilidades de se aplicar um sis-
tema de telegerenciamento para controlar o fluxo
luminoso das luminárias LEDs, a partir de comandos
dados a distância, pode-se notar nas análises dos
resultados elétricos e fotométricos efetuados, que as
normas são atendidas até certo ponto. A Tabela 4
mostra para quais níveis de fluxo luminoso as nor-
mas NBR 5101, IEC 61.000-2-3 Classe C e resolu-
ção 414 da ANEEL são ou não atendidas, de acordo
com os resultados obtidos.
Figura 12. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a
ponto para 20% do fluxo luminoso Unidade no plano em metros.
Figura 13. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a
ponto para 60% do fluxo luminoso. Unidade no plano em metros.
Figura 14. Resultados obtidos para iluminâncias (Lux) ponto a
ponto para 100% do fluxo luminoso. Unidade no plano em metros.
Tabela 4. Normas atendidas pela Luminária LED para diferentes
níveis de variação de fluxo luminoso.
Fluxo Luminoso
(%)
Norma IEC
61000-3-2
Resolução 414
ANEEL NBR 5101
100 Ok Ok Ok
80 Ok Ok Ok
60 Ok Ok Ok
40 Ok Ok Ok
20 Não atende Não atende Não atende
Sabendo que para o nível de fluxo luminoso
ajustado em 30%, o fator de potência fica abaixo de
0,92, para que a luminária em questão possa ser ins-
talada atendendo as normas vigentes para o tipo de
via em questão apresenta na UFJF, recomenda-se que
o fluxo luminoso mínimo seja de 40%.
7 Dificuldades encontradas durante a Avaliação
do Sistema de Telegerenciamento
Deve ser admitido que em toda nova transição
de sistemas que envolvam novas tecnologias há pro-
blemas relacionados ao uso ou manuseio de equipa-
mentos e softwares. Esta seção tem como objetivo
discutir alguns dos problemas encontrados durante o
período de dezembro de 2013 a fevereiro de 2014,
enquanto os equipamentos foram monitorados no
Campus da UFJF.
O problema mais comum foi o não acendimento
das luminárias em alguns dias, quando estas foram
programadas automaticamente para acender após o
por do sol. Nesse caso, observou-se que o relógio
astronômico do controlador da luminária não estava
funcionando adequadamente, sendo necessário mui-
tas vezes enviar comandos manuais para as luminá-
rias ligarem no período noturno.
O segundo problema mais notado foi o não rece-
bimento dos comandos enviados pela interface do
computador. Algumas vezes os comandos não che-
gavam ou demoravam vários minutos para chegar, e
nem sempre o mesmo comando chegava para todas
as luminárias, sendo necessário o reenvio. Tais pro-
blemas podem ser justificados pela instabilidade e
problemas de cobertura da rede 3G no local em que
as luminárias foram instaladas. Além disso, a própria
arborização da universidade pode ter prejudicado a
comunicação entre as luminárias, justificando o fato
de algumas receberem os comandos e outras não.
Por fim, citam-se as limitações impostas ao uso
da interface que permite o acesso à gestão das lumi-
nárias. Muitas das possibilidades não puderam ser
testadas, como a impressão de relatórios mensais
contendo histórico de consumo de energia, e o acom-
panhamento deste consumo. Outras funcionalidades
como GPS integrado ao sistema e informação sobre
possíveis defeitos nas luminárias foram mantidos,
mas nem sempre foram condizentes com a realidade,
indicando falta de comunicação enquanto a comuni-
cação estava perfeita ou luminária danificada en-
quanto estava em pleno funcionamento.
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2768
8 Cálculo de retorno de investimento
A UFJF pretende implantar o sistema de telege-
renciamento em todo o Campus, principalmente no
anel viário central, onde o tráfego de veículos e pe-
destres é maior.
Pretende-se deixar as luminárias ajustadas em
100% do fluxo luminoso das 18:00h horas às 00:00h
(horário de maior movimento no campus), e a partir
de meia noite até as 06:00h da manhã do dia seguin-
te, reduzir o fluxo luminoso das luminárias para 40
%. Esse valor atende aos requisitos mínimos previs-
tos nas normas NBR 5101 e IEC 61000-3-2 e na
resolução 414 da ANEEL para a via em questão.
Um sistema contendo 150 luminárias LED Akila
de 230 W tem um consumo mensal (30 dias), consi-
derando um funcionamento de 6 horas diárias, de
6.210 kWh.
Considerando a tarifa horo-sazonal verde (valo-
res referentes a dezembro de 2013) adotada pela
Universidade Federal de Juiz de Fora, e sabendo que
as luminárias trabalham 50% do tempo em horário de
ponta (18:00h as 21:00h) e 50% do tempo fora do
horário de ponta (21:00h as 0:00h), isto implica em
um gasto mensal na conta de energia elétrica de (1):
GSLmês100 = CSL100 • (0,50Thp + 0,50 Tfhp ) + (TD • PI) (1)
Onde:
GSLmês100: Gasto mensal do sistema LED com
fluxo luminoso ajustado em 100%;
CSL100: Consumo sistema LED com fluxo lumino-
so ajustado em 100% (MWh);
TD: Tarifa de demanda, incluso os encargos
(16.346,00 R$/MWh);
Thp: Tarifa do horário de ponta, incluso os encar-
gos (1.479,00 R$/MWh);
Tfhp:Tarifa fora do horário de ponta, incluso os
encargos (182,56 R$/MWh);
PI: Potência instalada do sistema em questão,
número total de luminárias x potência da luminá-
ria (MW).
Portanto, o gasto mensal com a luminária LED
funcionando com 100% do fluxo luminoso na condi-
ção descrita anteriormente é de R$ 5.723,08.
Se as 150 luminárias LED Akila forem ajustadas
para funcionar com 40% do fluxo luminoso (por
volta de 110W), seu consumo mensal (30 dias), para
um funcionamento de 6 horas diárias será de
2.970,00 kWh.
Considerando novamente a tarifa horo-sazonal
verde adotada pela Universidade Federal de Juiz de
Fora, e sabendo que as luminárias LED funcionam
100% do tempo no horário fora de ponta (0:00h as
6:00h) ajustadas em 40% do fluxo luminoso, isto
implica em um gasto mensal na conta de energia de
(2):
GSL_mês40 = CSL40 • ( Tfhp ) + (TD • PI) (2)
Onde:
GSL_mês40: Gasto mensal do sistema LED com
fluxo luminoso ajustado em 40%;
CSL40: Consumo do sistema LED com fluxo lumi-
noso ajustado em 40% (MWh).
Assim, o gasto mensal com a luminária LED
funcionando com fluxo luminoso ajustado em 40% é
de R$ 1.106,14.
O gasto mensal do sistema empregando LEDs é
a soma dos gastos entre os dois modos de funciona-
mento da luminária, logo, o gasto mensal total será
de R$ 6.829,22.
Por outro lado, se for considerado que o sistema
atual possui 150 luminárias com lâmpadas de vapor
de sódio em alta pressão de 400 W, seu consumo
mensal (30 dias), considerando 48 W de perda para o
reator e funcionamento de 12 horas diárias, será de
24.192 kWh.
Em termos financeiros, considerando a tarifa ho-
ro-sazonal verde adotada pela Universidade Federal
de Juiz de Fora, e sabendo que as luminárias traba-
lham 25% do tempo em horário de ponta, isso impli-
ca em um gasto mensal na conta de energia elétrica
de (3):
GSS_mês= CSS • (0,25Thp + 0,75 Tfhp ) + (TD • PI) (3)
Onde:
GSS_mês: Gasto mensal do sistema empregando
lâmpadas de vapor de sódio;
CSS: Consumo mensal do sistema empregando
lâmpadas de vapor de sódio (MWh).
Portanto, o gasto mensal com o sistema empre-
gando lâmpadas de vapor de sódio em alta pressão de
400W é de R$ 12.821,30.
Segundo o fabricante, o custo de cada uma das
luminárias LED Akila é de R$ 4.200,00 (cotação
efetuada em janeiro de 2014) e o custo do sistema de
telegestão da Owlet é de R$ 12.000,00 para cada
conjunto de 150 luminárias. Já o LuCo presente em
cada luminária tem custo de R$ 1.333,00. Assim, o
custo de implantação do sistema de telegerenciamen-
to proposto é de aproximadamente 830 mil reais.
Considerando que a luminária LED não sofrerá
defeitos durante toda sua vida útil (60 mil horas), a
economia anual e o payback simplificado do sistema
podem ser expressos por (4) e (5):
_ _12
Anual SS mês SL mêsEc G G
(4)
( )
Anual
Custo de implantaçãoPayback anos
Ec
(5)
Portanto, a economia anual do sistema de ilumi-
nação empregando luminárias LED telegerenciadas
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2769
comparado ao atual sistema empregando lâmpadas
de vapor de sódio em ata pressão de 400 W é de
R$71.904,96, resultando em um payback de aproxi-
madamente 11 anos, dentro da vida útil das luminá-
rias, que é de 60.000 horas ou 13 anos e 4 meses.
9 Conclusão
Caso o sistema de telegerenciamento do Owlet
seja instalado no anel viário da UFJF, apenas obede-
cerá à norma NBR 5101 se a luminária de 230 W
proposta tiver seu fluxo luminoso ajustado acima de
40%, garantindo a iluminância mínima de 15 lux na
via. Além disso, em valores abaixo de 30% do fluxo,
a luminária avaliada não obedece à resolução 414 da
ANEEL, possuindo valores de fator de potência
inferiores a 0,92. Sendo assim, o sistema deve sem-
pre operar em valores acima de 40% do fluxo lumi-
noso.
Deve-se optar por um sistema wireless sabendo
que possíveis interferências poderão ocorrer caso a
arborização da universidade atrapalhe a comunicação
entre as luminárias, além disso, uma avaliação sobre
a cobertura da rede 3G na área em que o sistema vai
ser instalado deve ser feita de forma a se evitar pro-
blemas de comunicação com as luminárias.
A economia anual causada pela implantação do
sistema de telegerenciamento depende do nível de
dimerização que a luminária será ajustada. Para o
caso da UFJF, em que há a pretensão de se usar a
luminária com 100% do fluxo luminoso até meia
noite, e a partir de então regular o fluxo luminoso
para 40%, é possível perceber que o payback calcu-
lado (11 anos) estará dentro do período de vida útil
da luminária (60 mil horas ou 13 anos e 10 meses
para um funcionamento de 12 horas diárias).
O sistema de telegerenciamento já é uma reali-
dade em vários países e tem grande chance de se
estabelecer no Brasil, diante da busca por novas
tecnologias existentes, visando economizar com
iluminação pública e ao mesmo tempo atrair turistas
e investidores nas cidades que mostrem interesse
pelo embelezamento de seu território. Os desafios
encontrados pelo país em se adequar a essa nova
tecnologia podem ser diversos e merecem ser estuda-
dos amplamente, analisando principalmente o modo
de instalação (usando PLC ou radiofrequência) para
cada parte do vasto território brasileiro, levando em
consideração a diversidade de relevo, clima e vegeta-
ção do país.
Agradecimentos
Os autores desse trabalho gostariam de agrade-
cer a empresa Schréder, por ter disponibilizado as
luminárias LED e o sistema de telegerenciamento
avaliados nesse trabalho.
Referências Bibliográficas
ABNT NBR 5101. (2012) Iluminação Pública.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica (2010).
Resolução 414.
ALMEIDA, P. S.; RODRIGUES, C. R. B. S.; BRAGA,
H. A. C.; PINTO, D. P.; ASTORGA, O. A. M.;
SOARES, G. M.; JORGE, J. M. (2011).
“Iluminação Pública Eficiente Empregando LEDs”.
CBEE, Juiz de Fora.
GODOY, P.; CANDURA, P. (2009). Iluminação Urba-
na: Conceitos e analise de casos. São Paulo, VJ
Marketing Institutional Ltda.
IEC 61000-3-2 (2005). Limits for Harmonics Current
Emissions (equipment input current < 16 A per
phase).
IT.WPLEX, (2013). “O que é GSM, o que é GPRS?”
http://its.wplex.com.br/monitoramento/o-que-e-
gsm-o-que-e-gprs. Acesso em 18 de out. de 2013.
MAGGI, T (2013). Estudo e Implementação de uma
Luminárias de Iluminação Pública à Base de LEDs.
Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de
Santa Maria. Santa Maria.
NEVES, E. (2012). Cidades inteligentes e a telegestão
da iluminação pública. Lumière electric: instala-
ções e materiais.
BRAGA, H. A. C; NOGUEIRA, F. J.; RODRIGUES,
C. R. B. S.; CASAGRANDE, C. G..; (2013).
“Aplicação dos Diodos Emissores de Luz
Orientadas a Sistemas de Iluminação Pública.”
CES Revista, v.27, n°1.
POLONSKII, M. e SEIDEL, A. R. (2008). Reatores
Eletrônicos para Iluminação Fluorescente. Editora
Unijuí 1. Ed. Ijuí.
RODRIGUES, C. R. B. S.; ALMEIDA, P. S.; JORGE,
J. M.; SOARES, G. M. ; PINTO, D.P.; BRAGA,
H.A.C, (2011). “Experimental Characterization
Regarding Two Types Of Phosphor-converted
White High-brightness LEDs: Low Power And
High Power Devices”, in Proc. of COBEP 2011,
pp. 734–740.
RODRIGUES, C.R.B.S. (2012) “Contribuições ao uso
de diodos emissores de luz em iluminação públi-
ca.” Tese de Doutorado. Universidade Federal de
Juiz de Fora. Minas Gerais.
SECA, N.M.V., (2013). Sistemas de informação aplica-
dos à sistemas de iluminação pública. Dissertação
de mestrado. Universidade Portucalense Infante D.
Henrique. Portugal.
SANTOS, C.R.A. (2011) Iluminação Pública e Susten-
tabilidade Energética. Dissertação de Mestrado.
Faculdade de Engenharia da Universidade do
Porto. Porto.
SCHREDER, (2013). “Telegestão.” disponível em
http://www.schreder.com. Acesso em 17 de outu-
bro de 2013.
VAZ, L.C. T, (2010). Supervisão e controle remoto de
iluminação em vias públicas. Dissertação de Mes-
trado. Universidade de Aveiro. Departamento de
Engenharia Mecânica. Portugal, Aveiro.
ŽUKAUSKAS, A, M.; SHUR, S.; GASKA, R. (2002).
Introduction to Solid-State Lighting. 1. ed. New
York: John Willwy & Sons.
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
2770
