Livro Eco_Lógicas 2008 by Instituto ideal

Eco_Lógicas. Renovar é pensar diferente Concurso Catarinense de Monografias Energias Renováveis e Eficiência Energética

Florianópolis 2008

Ficha catalográfica I59e Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina (IDEAL) Eco_Lógicas: renovar é pensar diferente. IDEAL. Florianópolis: Insular, 2008. 150 p. ISBN 978-85-7474-424-7 1. Energia. 2. Energia renovável. 3. Eficiência energética. I. Título CDD 333.79

Editora Insular Ltda. Rodovia João Paulo, 226 – Bairro João Paulo CEP 88030-300 – Florianópolis/SC Fone/fax: 48-3232-9591 / 48-3334 2729 editora@insular.com.br – www.insular.com.br Filiada à CCL – Câmara Catarinense do Livro

Apoio Institucional

Apoio CientĂfico

EDITORES Dr. João Alkaim Dr. Ricardo Rüther Dr. Samuel Luna de Abreu

COMISSÃO JULGADORA Dr. Alexandre Kupka da Silva - Universidade do Texas - UT Dra. Ana Lígia Papst de Abreu - Unisul Dr. Fernando Henrique Milane - UFSC Dr. João Alkaim - Unisul Dr. Joaquim Manoel Gonçalves - Cefet-SC Dr. Johannes Kissel - Universidade Tecnológica de Berlim - TU Dr. José Rubens Morato Leite - UFSC Dra. Maria José Hötzel - UFSC Dr. Paulo Couto - UFRJ Dr. Pedro Armando da Silva Júnior - Cefet-SC Dr. Ricardo Rüther - UFSC Dr. Samuel Luna de Abreu - Cefet-SC Dr. Sérgio Henrique Ferreira de Oliveira - Universidade Federal do ABC Dr. Thomaz Penteado de Freitas Borges - UFSC

APRESENTAÇÃO

>>> As energias renováveis mostram-se, cada vez mais, como um campo de infinitas possibilidades para pesquisa, desenvolvimento limpo, novos e qualificados empregos. O Estado de Santa Catarina, nesse aspecto, é agraciado com empresas de ponta no setor, universidades, centros de pesquisa atentos às novas necessidades energéticas. Divulgar este conhecimento produzido para além dos muros acadêmicos, possibilitando intercâmbios de saber, aproximando os estudantes das empresas que precisam de profissionais qualificados nas diversas áreas que envolvem as energias renováveis é um dos objetivos que motivaram a criação do Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina - IDEAL.

Para contribuir na produção acadêmica catarinense é que o Instituto IDEAL promoveu o Eco_Lógicas: Concurso Catarinense de Monografias sobre Energias Renováveis e Eficiência Energética. Ao longo de 2008, debateu-se o tema nas principais universidades do Estado. O resultado foi a inscrição de 63 monografias que abordam vários temas em áreas distintas do conhecimento: da engenharia à administração, da publicidade à economia, do direito às relações internacionais. Além da participação acadêmica, é importante destacar que esta iniciativa só foi possível porque recebemos o apoio de empresas sabedoras da importância e do potencial de crescimento das energias renováveis em nosso continente. A parceria instituída com a Tractebel Energia, WEG, Eletrobrás, Eletrosul, BRDE, SCGás, Santa Rita e Grupo RBS foi uma experiência gratificante. Cabe também registrar a contribuição e o esforço dos representantes da UFSC, do Cefet-SC e da Unisul na Comissão Julgadora e no apoio científico a este projeto. O que o leitor verá a seguir são as dez melhores monografias, avaliadas de acordo com a adequação, relevância e originalidade, clareza, qualidade do método, das fontes de dados, bibliografia e de sua contribuição para a sociedade. Com esta publicação, o Instituto IDEAL encerra o Eco_Lógicas no âmbito de Santa Catarina e parte para o desafio de realizá-lo em versão nacional, esperando, em breve, poder divulgar também os melhores trabalhos acadêmicos de energia renovável e eficiência energética do Mercosul e da América Latina. Boa leitura! MAURO PASSOS Presidente

SUMÁRIO

>>> Vencedores Graduação 1º lugar – Carlos Eduardo Gonçalves – Univali | Utilização de aquecimento solar para substituição do chuveiro elétrico em creches, orfanatos, asilos e assemelhados >>> 11 2º lugar – Patrícia Menegaz de Farias – Unisul | Estudos preliminares do protocolo de micropropagação do pinhão-manso (Jatropha curcas) >>> 23 3º lugar – Viviane Regina da Silva – UFSC | Diplomacia comercial das energias renováveis: a introdução do etanol brasileiro no mercado norte-americano >>> 33 4º lugar – Paulo Sérgio Borba – Cefet-SC | Aproveitamento de bagaço e palha de cana-de-açúcar na indústria sucroalcooleira >>> 45 5º lugar – Lúcio Costa Proença, Davi da Fonseca Tavares e Gabriel Marcon Coelho – UFSC | Potencial de economia de energia elétrica por meio da redução da demanda por água potável na cidade de Florianópolis >>> 59

>>> Vencedores Pós-Graduação 1º lugar – Joyce Correna Carlo – UFSC |Relação entre a eficiência estabelecida pela regulamentação para etiquetagem do nível de eficiência energética de edifícios comerciais e os benefícios econômicos provenientes de investimentos no envoltório >>> 77 2º lugar – Clarissa Debiazi Zomer – UFSC | Usina solar fotovoltaica integrada a uma edificação urbana: o maior gerador solar do hemisfério sul >>> 91 3° Lugar – Isabel Tourinho Salamoni – UFSC | O paradigma do alto custo da energia fotovoltaica no Brasil e a paridade tarifária >>> 107 4º lugar – Ísis Portolan dos Santos – UFSC | Avaliação do potencial de telhados solares em residências >>> 121 5° lugar – Ana Paula Melo – UFSC | Análise da influência da transmitância térmica no consumo de energia de edificações comerciais >>> 137

GRADUAÇÃO

>>> UTILIZAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR PARA SUBSTITUIÇÃO DO CHUVEIRO ELÉTRICO EM CRECHES, ORFANATOS, ASILOS E ASSEMELHADOS Carlos Eduardo Gonçalves

RESUMO A crescente preocupação com a degradação ambiental, ocasionada em parte pelo alto consumo de energia elétrica, induz à necessidade de procurar alternativas para a substituição dos equipamentos elétricos atualmente utilizados. Entre eles destaca-se o chuveiro elétrico, que, além de ser o equipamento de maior potência instalado em uma residência, é usado com maior freqüência durante o horário de ponta. Empresas concessionárias do fornecimento de energia elétrica buscam através de programas de eficiência energética a substituição dos chuveiros elétricos por coletores solares. O presente trabalho aborda o projeto Banho de Sol, que tem como finalidade a redução da demanda de energia no horário de ponta e a redução do consumo de energia elétrica. Como meio de atingir esse objetivo, a Celesc, empresa responsável pelo projeto, encontrou como solução a implementação de sistemas de aquecimento solar em creches, orfanatos, asilos e assemelhados, substituindo os sistemas de aquecimento elétricos presentes nesse tipo de estabelecimento. Mais que uma solução dos problemas gerados pelo alto consumo de energia, a empresa observou também o importante papel social que poderia desempenhar. O projeto foi desenvolvido em diversas etapas, que incluíram: seleção das instituições participantes, pré-dimensionamento dos sistemas, licitação, instalação dos sistemas e avaliação dos resultados obtidos. Até o momento já foram atendidas 47 instituições, que receberam como doação os sistemas de aquecimento solar. Com os resultados obtidos com essa substituição é analisada a redução do consumo de energia elétrica e da demanda durante o horário de ponta, assim como as dificuldades encontradas nessa implementação, como a adaptação do público-alvo à nova tecnologia. Esse projeto trouxe reais benefícios, não somente econômicos, mas principalmente sociais, porém há algumas dificuldades que devem se consideradas e evitadas quando possível. PALAVRAS-CHAVE: Aquecimento solar. Horário de ponta. Eficiência energética.

ABSTRACT The growing concern with environmental degradation, caused in part by the huge amount of electric energy used, leads us to search for alternatives to replace electric devices used nowadays. Among those the electric shower stands out, apart from being the most power demanding device in a residence, it is mainly used during peak hours. Energy companies, by energetic efficiency programs, are seeking for a way to switch from electric showers to solar collectors. The present paper approaches the Sun Shower project which is aimed at reducing energy demand during peak hours and reducing the use of electric energy. To achieve this objective, the company responsible for the project, Celesc, found a solution by implementing solar heating systems in daycares, orphanages, asylums and the like, switching from the original heating system. Beside being a solution for problems caused by high energy consumption, the company also noticed the important social role it could play. The project was developed in several stages, namely: selection of institutions, pre-dimensioning the systems, bidding, system installation and results analysis. At present, more than forty-seven institutions have received the solar heating system as a donation. With the results of this substitution we will be analyzing the reduction in electric use during peak hours and the problems found during implementation, such as people adapting to the new technology. This project brings real advantages, not only economic but mainly social, however, there are some difficulties that need to be economically but mainly socially considered and whenever possible, avoided. KEYWORDS: Solar warming. Peak hours. Energetic efficiency.

1 INTRODUÇÃO A utilização de água quente para o conforto e higiene é um aspecto fundamental da civilização moderna. No Brasil a principal maneira de se obter água quente para o banho é por meio de chuveiros elétricos, que são aquecedores elétricos de passagem, os quais possuem uma potência usual em torno de 5 kW, podendo ser superior a 10 kW para alguns modelos. O uso desses equipamentos para aquecer a água faz com que todo o sistema elétrico nacional, tanto na parte de geração quando na transmissão e distribuição, tenha quer ser superdimensionado para garantir o fornecimento no horário de ponta, o qual coincide com o utilizado para o banho. O maior problema ocasionado por esse superdimensionamento é a degradação ambiental, uma vez que novas usinas hidroelétricas, principal fonte de energia elétrica brasileira, surgem para abastecer uma demanda crescente de energia, assim como outras fontes de energia, como as termoelétricas, que contribuem drasticamente para

o efeito estufa. O consumo de energia elétrica no setor residencial para aquecimento da água corresponde a aproximadamente 6,5% do consumo total de energia elétrica do país, o que representa um consumo da ordem de 20 bilhões de quilowatts-hora. Esse problema pode facilmente ser evitado buscando-se novas tecnologias para substituir o uso da energia elétrica no aquecimento da água. Várias são as alternativas, como, por exemplo, a utilização do aquecimento a gás, porém a alternativa nacional econômica e ambientalmente sustentável é o emprego da energia solar. O Brasil possui um enorme potencial para a utilização do aquecimento solar, o que se deve aos valores de irradiação solar global incidente, em qualquer região de seu território, superarem os da maioria dos países da União Européia, onde projetos para utilização da energia solar, alguns contendo fortes incentivos governamentais, são amplamente disseminados (PEREIRA et al., 2006). A economia proporcionada pela substituição desses aquecedores elétricos por sistemas de aquecimento solar é considerável, porém o investimento inicial é a principal dificuldade para a sua adoção em larga escala. No entanto, os gastos gerados pelo superdimensionamento necessário para atender à demanda durante o horário de ponta causado pelo uso de chuveiro elétrico são elevados. Com o objetivo de minimizar esse efeito na rede, empresas concessionárias do fornecimento de energia elétrica buscam, mediante programas de eficiência energética, a substituição dos chuveiros elétricos por coletores solares. Preocupada não somente com a redução da demanda, a Centrais Elétricas de Santa Catarina (Celesc) elaborou o projeto Banho de Sol, que possui como objetivo a substituição dos aquecedores elétricos por sistemas de aquecimento solar em creches, orfanatos, asilos e assemelhados, com o intuito de reduzir o impacto causado pela utilização dos chuveiros elétricos na rede e a conseqüente economia que essa substituição proporcionaria às instituições contempladas com esse projeto. No presente trabalho são abordadas as características desse projeto, assim como as etapas predefinidas para a sua realização. Por já ter atendido a 47 instituições, foi possível adquirir dados, que são analisados, para verificar se os objetivos do projeto foram alcançados.

2 AQUECIMENTO SOLAR Aquecimento solar é o aproveitamento da taxa de energia emitida pelo Sol e recebida pela Terra. Essa energia é emitida em forma de radiação, capturada por placas coletoras e transformada em energia térmica, com o objetivo de aquecer um fluido de trabalho, sendo a água o mais comumente usado. Os sistemas de aquecimento solar são equipamentos basicamente compostos de coletores solares, reservatórios térmicos (boilers) e acessórios.

O reservatório térmico e os coletores solares são interligados à rede de água fria. Quando há absorção de energia solar pelos coletores, a água é aquecida, provocando uma circulação que cessará quando o sistema entrar em equilíbrio térmico. Dependendo da montagem do sistema, essa circulação pode ser natural (termossifão) ou auxiliada por uma bomba (circulação forçada). O aquecimento solar utiliza uma fonte de energia gratuita, limpa e inesgotável, o que torna a sua utilização ecologicamente correta, pois não polui. Suas vantagens são amplas, porém este trabalho focaliza a economia e conforto que tal tecnologia propicia aos seus usuários e a redução da demanda no horário de ponta.

3 PROJETO O projeto Banho de Sol, abordado no presente trabalho, tem como objetivo reduzir o impacto dos chuveiros elétricos na rede de distribuição mediante a substituição dos modelos elétricos por aquecedores solares, visando à redução de demanda no horário de ponta, compreendido entre 18h00 e 21h00, e a conseqüente redução do consumo de energia elétrica das instituições contempladas. Os sistemas de aquecimento utilizados serão certificados pelo selo Procel/Inmetro. O projeto enfoca instituições sem fins lucrativos, como creches, asilos, orfanatos, casa de recuperação para dependentes químicos, APAES, albergues e hospitais públicos, em atenção a uma das maiores preocupações do voluntariado: reduzir os custos de manutenção para viabilizar investimentos que resultem em um número maior de atendimentos. O projeto possui ainda outro importante papel social, pois, além de promover uma redução na conta de luz, aumenta a qualidade de vida dos beneficiários. Nascido a partir do compromisso da Celesc e da ANEEL de promover o uso racional e eficiente da energia elétrica no terceiro setor, o projeto teve seu início no ciclo 2002/2003, abrangendo as regiões Norte, Vale do Itajaí, Grande Florianópolis, Sul e Planalto Catarinense, onde foram contempladas 27 instituições, sendo também realizado no ciclo 2003/2004, abrangendo as regiões Norte, Vale do Itajaí, Grande Florianópolis, Sul, Planalto Serrano e Extremo Oeste Catarinense, atendendo 20 instituições. Atualmente o projeto Banho de Sol encontra-se em andamento no seu terceiro ciclo, que atenderá a mais 21 instituições. Portanto, até o fim do terceiro ciclo, mais de 60 instituições serão contempladas com esse sistema de aquecimento solar, que proporcionará uma economia na ordem de aproximadamente 70%. O projeto conta também com o auxílio do Laboratório Solar (Labsolar), do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, nos dois primeiros ciclos, e do Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina (Cefet-SC – Unidade de São José), no terceiro ciclo. O suporte para acompanhamento de todo o

projeto é desempenhado por essas instituições, que também são responsáveis pelo dimensionamento dos sistemas de aquecimento solar a serem instalados e pela análise do impacto desse projeto na economia de energia elétrica e na diminuição da demanda obtida. A instalação dos sistemas de aquecimento é realizada por empresas contratadas por meio de licitação.

4 IMPLANTAÇÃO DOS SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR A implantação dos sistemas de aquecimento solar nas instituições beneficiadas segue determinados passos, tendo como marco inicial a elaboração e definição da abrangência do projeto, para que as instituições interessadas possam se cadastrar. Com base no levantamento dos dados cadastrados pelas instituições, a Celesc faz um ranque das instituições cujo benefício em termos de eficiência energética seja maior e seleciona quais ‘ atendidas, de acordo com os recursos disponíveis para implantar o projeto. Na segunda etapa é realizada uma visita técnica a todas as instituições selecionadas, para levantamento das características construtivas e de consumo, com o intuito de adequar os recursos do projeto e fazer o pré-dimensionamento dos sistemas para a elaboração dos editais de licitação. Nesses encontros são colhidas informações sobre as características do espaço físico, como orientação e inclinação do telhado, se existem tubulações de água quente, assim como todas as informações necessárias para a instalação do sistema. Também são adquiridas informações sobre as características de consumo de água quente, como o número de chuveiros, a quantidade de banhos diários, a duração dos banhos e o horário em que ocorrem. Essas informações são de extrema necessidade para o pré-dimensionamento, uma vez que os sistemas serão implantados em edificações já construídas e, em alguns casos, antigas, em que há risco de danos na estrutura por se tratar de equipamentos pesados, como o reservatório térmico, que terá que suprir o volume de água quente consumido diariamente na instituição, o qual é definido de acordo com o consumo diário de água quente. Concluído o dimensionamento de todas as instalações assim como feita a descrição das obras a serem realizadas em cada uma das instituições, é realizada uma estimativa de custos de cada uma das instalações para a elaboração do edital de licitação. Toda a preparação do edital, como os cálculos que determinam a energia economizada, parâmetro principal do projeto, segue as recomendações do Manual para Elaboração do Programa de Eficiência Energética da ANEEL (ANEEL, 2007). Após o envio das propostas pelas empresas interessadas, aquelas são analisadas quanto aos requisitos expostos no edital. A empresa que atender a todos os requisitos e apresentar o menor preço é escolhida para efetuar a obra, sendo contratada para implantar os sistemas de aquecimento solar nas instituições contempladas. Na

Figura 1 pode-se ver a instalação, realizada por empresa terceirizada, de um sistema de aquecimento solar em uma das instituições contempladas.

Figura 1 – Sistema de aquecimento solar na Sociedade Beneficente de Amparo aos Idosos

Com os sistemas devidamente instalados, é realizada uma visita a todas as instituições para verificar se todos os detalhes técnicos exigidos no edital e apresentados nas propostas foram cumpridos. Nessa fase é verificado o funcionamento dos equipamentos entregues e se existe alguma reclamação por parte da instituição. Ao término das obras, funcionários das instituições ganham treinamento básico para manter os equipamentos em bom estado, como limpezas nas placas coletoras e manutenção preventiva nas resistências auxiliares. Também são treinados quanto ao correto uso dessa tecnologia, com o devido cuidado nos banhos para se evitarem acidentes, uma vez que a água quente pode atingir elevada temperatura, o que pode proporcionar queimaduras se não for corretamente regulada antes da sua utilização. A etapa final é caracterizada pelo acompanhamento dos resultados obtidos com a substituição dos chuveiros elétricos pelo aquecimento solar, sendo analisado o impacto na economia de energia elétrica e na diminuição da demanda no horário de ponta.

5 ANÁLISE DOS RESULTATOS ECONÔMICOS OBTIDOS Por não haver um equipamento para monitorar o consumo elétrico dos chuveiros antes e depois da instalação dos sistemas de aquecimentos solar, não é possível afirmar com exatidão a real economia gerada por essa substituição, pois a variação da conta de luz pode ser influenciada por mais fatores do que somente a utilização do aquecimento solar. No entanto, pode-se estimar essa economia com a utilização de uma simulação realizada por meio de um software específico, denominado f-Chart. O f-Chart foi desenvolvido por Klein e Beckman (DUFFIE; BECKMAN, 1991) e possibilita estimar o desempenho dos sistemas de aquecimento solar a partir de dados da irradiação solar mensal da região. Necessita apenas do fornecimento de dados técnicos

referentes à instalação, como a área total de placas, o volume do reservatório, a inclinação da placa, a orientação em relação ao norte geográfico, as perdas térmicas e a curva de eficiência das placas coletoras utilizadas. Os resultados da simulação são: energia solar disponível, energia para aquecimento de água, energia para resistência auxiliar e fração solar. Com esses dados é possível estimar a energia economizada por mês. A seguir são apresentados os resultados obtidos nas instituições contempladas nos dois primeiros ciclos (Tabela 1). A Tabela 2 traz apenas as principais informações – a economia gerada em quilowatts-hora e em reais –, com um tempo de simulação de um ano. Tabela 1. Economia anual das instituições do projeto Banho de Sol I Projeto

Banho de Sol I

Economia f-Chart (quilowattshora) 12.738,889 2.884,722 14.822,778 9.231,389 10.411,111 6.063,333 7.643,611 16.959,722 2.644,722 10.345,556 4.929,722 9.015,556 3.691,111 7.176,389 3.903,333 10.971,111 4.950,278 7.003,889 7.101,667 20.614,444

Economia f-Chart (R$)

S. E. A. e Promoção Social Tereza de Jesus

10.648,889

2.835,20

Sociedade Beneficente de Amparo aos Idosos C. S. J. da Sociedade São Vicente de Paulo Abrigo dos Velhinhos de Tubarão C. de Repouso Imaculada Conceição de Imbituba Asilo Santa Isabel Conferência Vicentina de Lages

8.885,000 7.905,000 12.931,111 6.926,944 17.018,056 6.553,333

2.353,59 2.053,86 3.360,01 1.845,32 4.472,27 1.722,84

Instituição Lar Espírita Maria de Nazareth A. C. Cristã São Paulo Apóstolo Lar dos Idosos Comunidade Terapêutica Rosa de Saron Instituição Bethesda A. Lar dos Velhinhos de Mafra S. F. de Assis Fundação Lar da Terceira Idade Associação São Vicente de Paula Casa de Recuperação Pró-Vida Associação Casa do Peregrino Asilo Dom Bosco Conferência São Vicente de Paulo S. E. S. de Blumenau Ancianato Lar Elsbeth Koehler Associação Casa São Simeão Centro de Recuperação Nova Esperança Centro de Recuperação Nova Esperança C. de Recuperação de Toxicômanos e Alcoólicos Lar Recanto do Carinho Sociedade Espírita Entreposto da Fé O. S. N. Senhora da Glória Fazenda Esperança Orionópolis

3.344,39 781,54 3.969,12 1.352,67 2.767,65 1.602,52 2.092,78 3.176,21 1.743,25 2.725,97 1.355,79 1.323,93 677,47 1.860,91 1.039,40 2.760,29 1.199,34 1.898,87 1.140,08 5.491,95

Fonte: Abreu (2004)

Tabela 2. Economia anual das instituições do projeto Banho de Sol I Projeto

Banho de Sol II

Instituição

Economia f-Chart (kWh)

Economia f-Chart (R$)

A. Ecos da Esperança

6.569,444

2.081,53

A. P. Recuperação de Alcoólatras e Toxicômanos

7.089,722

2.246,38

A. Beneficente Renascer

3.962,778

1.255,61

A. Beneficente São Francisco de Assis

5.852,778

1.854,45

Bairro da Juventude dos Padres Rogacionistas

70.316,667

22.279,84

Sociedade Irmã Carmen

19.810,278

6.276,89

T. N. Sociedade Beneficente do Vale do Pirapocu

5.318,333

1.685,11

Centro Educacional Francisco de Assis

3.641,944

1.153,95

A. Casa da Criança do Brasil

20.834,444

6.601,39

Asilo de Velhos de Braço do Trombudo

17.624,444

5.584,31

Clube das Mães – Lar da Menina

15.965,556

5.058,68

C. de R. Especializado em Dependência Química

12.094,722

3.832,21

5.034,444

1.595,16

12.325,000

3.905,18

C. das Irmãzinhas dos Anciões Desamparados

5.010,556

1.587,59

Lar Recanto da Esperança

5.078,889

1.609,25

Centro de Valorização Humana e Social

6.253,056

1.981,28

Lar da Divina Providência

11.898,333

3.769,99

Centro de Recuperação Nossa Senhora Aparecida

13.418,333

4.251,60

6.175,833

1.956,81

Sociedade Espírita Obreiros da Vida Eterna Creche São Francisco de Assis

Casa de Recuperação Água da Vida

Fonte: Abreu (2005)

Em geral, os valores obtidos em todas as instituições foram excelentes, proporcionando uma economia financeira de grande impacto a cada instituição. Porém, existiram situações em que a economia foi relativamente pequena quando comparada com as das demais instituições, o que ocorreu, em sua maioria, no primeiro ciclo do projeto, em que foi registrado o menor valor de energia economizada. A Associação Comunitária Cristã São Paulo Apóstolo Lar dos Idosos obteve apenas R$ 781,54¹ em um ano, enquanto a instituição Bairro da Juventude dos Padres Rogacionistas alcançou a maior economia, R$ 22.279,84¹ em 12 meses. A explicação pela ocorrência

desse fato está na abrangência de cada ciclo do projeto, uma vez que no primeiro ciclo os recursos totais do projeto não foram suficientes para atender a todas as instituições integralmente, ao contrário do que ocorreu no segundo ciclo. Apesar desse detalhe, os resultados foram ótimos: o primeiro ciclo obteve uma média de energia economizada de R$ 2.200,00¹ anuais. Como no segundo ciclo do projeto foi possível atender igualmente a todas as instituições, obteve-se um resultado ainda melhor, sendo alcançada uma margem média de mais de R$ 3.700,00¹ anuais (ABREU, 2004, 2005). Vale ressaltar que essa diferença é conseqüente das características de cada instalação. Para uma melhor compreensão desse fato, pode-se analisar, em particular, os dois extremos do projeto. A instituição Bairro da Juventude dos Padres Rogacionistas, contemplada no ciclo 2003/2004, obteve o maior valor de energia economizada nos dois ciclos. Essa economia é proporcional ao recurso investido nessa instituição. Tal resultado deve-se ao porte das instalações, uma vez que essa instituição realiza mais de 500 banhos diários. Nela foi necessária a instalação de uma quantia maior de coletores do que nas demais instituições, como pode ser verificado na Figura 2.

Figura 2 – Sistema de aquecimento instalado no Bairro da Juventude dos Padres Rogacionistas

Como contraponto, a instituição Associação Comunitária Cristã São Paulo Apóstolo Lar dos Idosos, atendida no ciclo 2002/2003, obteve o menor valor de energia economizada. Assim como na instituição anterior, a economia obtida foi proporcional ao recurso investido no sistema de aquecimento solar instalado. A instituição foi dimensionada para suprir um total de 26 banhos diários. Quanto à energia total economizada, que também era uma das preocupações da empresa distribuidora de energia, obtiveram-se valores expressivos, alcançando uma margem de economia de aproximadamente 500 MWh anuais, ao fim da implantação do sistema de aquecimento solar nas instituições contempladas dos dois ciclos. É uma economia ainda pequena, porém significativa, uma vez que foram atendidas apenas algumas instituições catarinenses.

6 ANÁLISE DOS RESULTADOS SOCIAIS OBTIDOS A utilização da água quente é fundamental ao conforto e higiene do homem. Em particular, para o público-alvo desse projeto, é de grande importância a sua regulagem e controle, pois faz parte do tratamento e cuidados necessários com pessoas que possuem dificuldades. Diante dessa situação, as instituições possuem elevados gastos para aquecer a água que é utilizada nos banhos diários. Por serem instituições sem fins lucrativos, sobrevivem por meio da ajuda do governo, de doações e de eventos realizados para arrecadar dinheiro, o qual é destinado ao pagamento dos funcionários e das despesas, como luz, água e medicamentos. Qualquer economia que puder ser proporcionada a essas instituições é altamente relevante, pois são recursos que podem ser alocados em outras áreas da instituição, com investimento em novos equipamentos e obras, que viabilizem um melhor atendimento e conforto aos beneficiários. Um exemplo dos benefícios gerados por esse projeto ocorreu na instituição Sociedade Espírita de Assistência e Promoção Social Tereza de Jesus, que foi contemplada no ciclo 2002/2003. Em entrevista, a administradora Ernestina Maria Santos Giacomozzi relatou que as mudanças econômicas sentidas pela instituição foram bruscas, o que proporcionou a ampliação do refeitório e uma reforma no banheiro, além da compra de cadeiras, colchões ortopédicos e mesas mais fortes – trocaram-se as de plástico por mesas de madeira. Além da economia nos gastos, essa substituição auxiliou de uma forma indireta no aumento de arrecadação, uma vez que foi possível aumentar o ambiente onde eram realizados os eventos beneficentes. Também pode ser constatado pela entrevista que todas as etapas do projeto foram realizadas sem transtornos à instituição. Todas as visitas ocorreram segundo o previsto, e a presença da empresa contratada para a realização da instalação não foi incômoda. A situação ocorrida na instituição citada anteriormente pode ser encontrada em todas as outras instituições, em proporções diferentes, mas em geral trouxe benefícios a todas as contempladas com esse projeto. Como exemplo cita-se a descrição do coordenador de capacitação de recursos Egon Schlüter, da instituição Centro de Recuperação Nova Esperança: “Trouxe qualidade do banho com água quente (maior temperatura e constância), redução do custo com energia elétrica e otimização dos recursos naturais”. E completa: “O dinheiro economizado foi investido no cardápio das refeições servidas ao público-alvo, manutenção das instalações físicas e pequenos investimentos”. Mesmo com resultados excelentes, deveria ser dada maior atenção a alguns detalhes. Um problema na utilização dessa tecnologia é o manuseio da água quente, pois, se for mal regulada para o banho, pode provocar queimaduras. O seu controle é realizado por meio de dois registros, um para a água quente, procedente do reservatório térmico, que pode ultrapassar os 70 ºC, e outro para a água fria, que vem da

rede. Como prevenção contra acidentes foram fornecidas instruções de regulagem, porém a instalação de um dispositivo limitador de temperatura de banho apresentaria melhores resultados.

7 CONCLUSÃO O projeto Banho de Sol alcançou os objetivos esperados, proporcionando uma economia significativa às instituições contempladas, o que demonstra o forte impacto que os chuveiros elétricos possuem sobre a rede de distribuição de energia elétrica. Com a implantação de 47 sistemas de aquecimento solar foi possível obter uma redução no consumo de energia na ordem de 500 MWh ao longo de um ano. Os benefícios gerados por tal substituição propiciaram um importante aumento na qualidade de vida dos beneficiados, sendo responsáveis por diversas melhorias nas instituições, por terem possibilitado a compra de novos equipamentos e a realização de reformas, entre outros. A escolha de abranger apenas instituições sem fins lucrativos, que dependem, em sua maioria, de doações e arrecadações para o pagamento de suas despesas, tornou os resultados ainda mais expressivos, pois, além da redução da demanda, os benefícios gerados com tal economia causaram verdadeiras transformações nessas instituições. Não foram registrados acidentes com a utilização dessa tecnologia, porém seria interessante a instalação de um dispositivo limitador de temperatura, porque, do modo como foram realizadas as instalações, a temperatura da água, se má regulada, pode atingir temperaturas superiores a 70 ºC, uma precaução crucial quando se trata de um público-alvo que necessita de maior atenção e cuidado. Todas as etapas do projeto foram respeitadas, não havendo registro algum de reclamações por parte das instituições contempladas; ao contrário, somente agradecimentos foram citados pelos representantes das instituições. No entanto, existiram algumas limitações, como, por exemplo, o não-atendimento integral a todas as instituições no primeiro ciclo do projeto, o que proporcionou uma queda nos resultados obtidos. Isso já não ocorreu no segundo ciclo, quando todas as instituições foram atendidas integralmente. Seria de grande importância ao setor atendido pelo Banho de Sol que fossem disseminados projetos como esse por todo o país, uma vez que o projeto limitou-se a atender apenas algumas instituições catarinenses, área de atuação da empresa responsável pelo projeto. O impacto que projetos como esse poderiam proporcionar às instituições de todo o Brasil seria de enorme valor, não apenas em termos de redução da demanda e economia de energia elétrica, mas também pelos benefícios indiretos proporcionados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABREU, Samuel Luna de. Relatório Técnico Banho de Sol I: aquecimento solar em creches, orfanatos, asilos e assemelhados. Florianópolis: Celesc, 2004. ABREU, Samuel Luna de. Relatório Técnico Banho de Sol II: aquecimento solar em creches, orfanatos, asilos e assemelhados. Florianópolis: Celesc, 2005. ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica. Manual para Elaboração do Programa de Eficiência Energética. Brasília, 2007. DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W. A. Solar engineering of thermal processes. 2. ed. New York: John Wiley, 1991. PAPST, A. L.; GHISI, E.; COLLE, F.; ABREU, S. L.; GOULART, S.; BORGES, T. Eficiência energética e uso racional da energia na edificação. Florianópolis: Ed. da UFSC, 2005. PEREIRA, E. B.; MARTINS, F. R.; ABREU, S. L.; RÜTHER, R. Atlas Brasileiro de Energia Solar. São José dos Campos: INPE, 2006.

NOTA ¹ Valores obtidos com as taxas atuais cobradas pela Celesc por quilowatt-hora no período de realização da simulação.

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GRADUAÇÃO

>>> ESTUDOS PRELIMINARES DO PROTOCOLO DE MICROPROPAGAÇÃO DO PINHÃO-MANSO (Jatropha curcas) Patrícia Menegaz de Farias

RESUMO Devido à vasta dimensão continental que o Brasil possui e à sua diversidade de climas e solos, além da possivelmente duradoura transição energética em todo o mundo, estima-se a necessidade de fundir pesquisas na área. Busca-se o aprofundamento de estudos para a produção em massa da planta pinhão-manso (Jatropha curcas) por meio da micropropagação in vitro, pois essa oleaginosa tem demonstrado grande importância prática e potencial nas áreas agrícolas, florestal, na horticultura e na floricultura. Os frutos da planta pinhão-manso, dos quais se extrai o óleo para a produção do biodiesel, possuem concentração de cerca 40% de óleo. Por esse motivo, além de ser uma cultura que existe de forma espontânea, em áreas de solos pouco férteis e de clima desfavorável à maioria das culturas alimentares tradicionais, o pinhão-manso pode ser considerado uma das mais promissoras oleaginosas por não ser atacada por nenhuma praga. É altamente resistente a doenças, e nem os insetos a atacam, porque ela segrega um leite que queima. Além disso, o pinhão-manso apresenta-se como uma possível oleaginosa para a agricultura familiar, tanto por ter capacidade produtiva dentro de níveis economicamente viáveis ao produtor rural quanto por resistir a regime de estresse hídrico e poder ser empregada em áreas degradas ou pouco utilizadas nas propriedades familiares. PALAVRAS-CHAVE: Pinhão-manso. Micropropagação in vitro. Agricultura familiar.

ABSTRACT Because of the vast continental dimension and diversity of climate and soil Brazil offers, beside the long lasting energetic transition throughout the world, there is an estimated possibility and need to merge research in the area. There is a pursuit to improve studies on the gentle-pinion (Jatropha curcas) plant for mass production of oilseeds through in vitro micropropagation. Because it has shown great practical importance and potential in the agriculture, forestry, horticulture, floriculture areas, as well as in basic research. The fruits of the gentle-pinion plant from which the oil is extracted to produce biodiesel have an oil concentration of about 40%. For this reason, apart from

being a spontaneous crop in areas with low fertile soil and unfavourable climate for the majority of traditional food crops, the gentle-pinion can be considered one of the most promising oleaginous also because the plant is not attacked by any pests. It is highly resistant to diseases and insects do not to attack it because it segregates a milk that burns. Moreover, the gentle-pinion also appears as a likely oleaginous for family farming both for having a productive capacity within economically feasible farming levels for rural producers and for resisting the regime of water stress and be used in degraded areas and areas not widely used in family properties. KEYWORDS: Gentle-pinion. Micropropagation in vitro. Family farms.

1 INTRODUÇÃO O Brasil, país com alta diversidade ecológica e com extensas áreas agricultáveis, diante do cenário mundial da transição energética, mostra-se uma fonte de pesquisas e possibilidades para tal necessidade. Com diversas plantas oleaginosas com potencial para a produção de biocombustíveis, buscou-se neste um estudo mais aprofundado da planta pinhão-manso (Jatropha curcas) para alcançar uma produção em massa desta, por meio de protocolos de micropropagação in vitro. A multiplicação in vitro de plantas de importância econômica, para a produção em larga escala, tem resultado na instalação de verdadeiras fábricas de plantas, as chamadas biofábricas comerciais, baseadas no princípio de linha de produção. A planta estudada, pinhão-manso, é pertencente à família botânica das euforbiáceas, da mesma família da mamona, planta já com pesquisas avançadas para produção de biodiesel. Segundo estudos de Cortesão (1956), o pinhão-manso concentra em seus frutos até 40% de óleo. Todavia, por ser uma cultura existente de forma espontânea em áreas de solos pouco férteis e com clima desfavorável à maioria das culturas alimentares tradicionais, o pinhão-manso pode ser considerado uma das mais promissoras oleaginosas, também pelo motivo de a planta apresentar resistência a doenças e a insetos. Por isso, a Jatropha curcas apresenta-se como uma possível alternativa para a agricultura familiar, predominante no Estado de Santa Catarina, pois a planta apresenta resistência ao estresse hídrico e ainda pode ser implantada em áreas pouco utilizadas nas propriedades rurais familiares, o que proporcionaria ao pequeno agricultor mais uma fonte de renda. O presente estudo teve como objetivo geral analisar a taxa de germinação in vitro e a taxa de contaminação das sementes de pinhão-manso, submetendo-as em meio de cultura (MS) a pH 4,5 e a diferentes tratamentos de assepsia das sementes; e a taxa de brotação dos segmentos nodais extraídos das plântulas de pinhão-manso, de modo a criar um protocolo de estudo para a micropropagação da espécie.

Além disso, buscou-se avaliar as taxas de germinação das sementes de Jatropha curcas submetidas a pH 4,5 com os diferentes tratamentos de assepsia das sementes após 60 dias da inoculação, juntamente com a taxa de contaminação devido à assepsia das sementes. Diante das avaliações das taxas de germinação in vitro, após 60 dias da inoculação, com a plântula já formada, avaliaram-se as taxas de brotação de Jatropha curcas, submetidas à concentração de 0,5 ml de BAP (6-benzilaminopurina) após 30 dias, para assim realizar o protocolo de micropropagação da espécie estudada.

2 REVISÃO DA LITERATURA 2.1 Pinhão-manso A planta pinhão-manso (Jatropha curcas) tem sua origem ainda incerta. Entretanto, acredita-se que é originária da América do Sul, possivelmente do Brasil, tendo sido introduzida por navegadores portugueses, em fins do século XVIII, nas ilhas de Cabo Verde e em Guiné, de onde foi levada ao continente africano. No que diz respeito à classificação botânica, é um arbusto grande, de crescimento rápido, cuja altura normal é de dois a três metros, mas pode alcançar até cinco metros em condições especiais. O diâmetro do tronco é de aproximadamente 20 cm e possui raízes curtas e pouco ramificadas, caule liso, de lenho mole e medula desenvolvida, mas pouco resistente; floema com longos canais, que se estendem até as raízes, nos quais circula o látex, suco leitoso que corre com abundância por qualquer ferimento (BELTRÃO, 2006; CORTESÃO, 1956). As folhas da planta pinhão-manso são de coloração verde, esparsas e brilhantes, alternadas e ditas como largas, pecioladas e em forma de palma, com três a cinco lóbulos, e ainda apresentam nervuras esbranquiçadas. Possuem fecundação cruzada, já que suas flores são separadas: as flores masculinas, em número maior, estão alojadas nas extremidades das ramificações; já as femininas, nas ramificações em geral. Em relação ao fruto, que é a parte principal para a produção de biocombustíveis, é capsular ovóide e trilocular, com uma semente em cada cavidade, tendo um pericarpo e/ou uma casca dura e lenhosa. Inicialmente apresenta-se de coloração verde, passando a amarelo, castanho e, por fim, preto, quando atinge o seu estado de maturação. Segundo estudos de Cortesão (1956), o fruto contém de 53% a 62% de sementes e de 38% a 47% de cascas. Em relação à semente, encontram-se 7,2% de água, 37,5% de óleo e 55,3% de açúcar, amido, albuminóides e materiais minerais, sendo 4,8% de cinzas e 4,2% de nitrogênio.

Para Arruda et al. (2004), a planta de pinhão-manso é uma produtora de óleo com todas as qualidades necessárias para ser transformada em biocombustível, por ser perene e de fácil cultivo, e por apresentar boa conservação da semente colhida. Entre as vantagens do cultivo de pinhão-manso estão: a sua severidade na natureza; a resistência a insetos-praga; apresentar crescimento rápido; facilidade na propagação; resistência ao estresse hídrico; controladora de erosão do solo, podendo ser utilizada em práticas de conservação do solo; rentabilidade a pequenos agricultores familiares; planta adaptável a diversas regiões; e utilização da semente para extração de óleo para biodiesel. Entretanto, como toda cultura, apresenta desvantagens, tais como: toxidade de sementes; colheita manual; baixa resistência ao frio; e a torta não pode ser empregada na alimentação animal, devido à sua toxidade. Segundo Beltrão (2006), as sementes de pinhão-manso destinam-se a países importadores, Portugal e França, para a extração do óleo, e elas sofrem o mesmo tratamento industrial das bagas de mamona: o cozimento prévio e o esmagamento subseqüente em prensas, a fim de extrair o óleo, e posteriormente a filtração, a centrifugação e a clarificação. Como subprodutos obtêm-se a torta, que contém cerca de 8% de óleo, que é re-extraído com solventes orgânicos, e o farelo residual, ensacado para o aproveitamento como fertilizante natural. Um dado importante encontrado em diversas literaturas é que a planta de pinhãomanso produz frutos já no primeiro ano após a implantação da cultura. Cortesão (1956) afirma que a produção no primeiro ano pode atingir 500 kg por hectare, dependendo das condições climáticas e do solo da região.

3 METODOLOGIA A metodologia aplicada à realização no estudo, a fim de obter resultados preliminares do protocolo de micropropagação de Jatropha curcas, contou com três etapas, sendo a primeira a germinação in vitro da planta; a segunda, a repicagem do material utilizado na primeira; e a terceira etapa, a quantificação dos resultados obtidos. Na primeira etapa realizou-se a assepsia das sementes de Jatropha curcas, que serviu como fonte de explante para obterem-se as sementes assépticas in vitro. Essa assepsia aconteceu da seguinte maneira: desinfestação do material a ser estudado, neste caso as sementes de Jatropha curcas, as quais foram lavadas em água corrente por 30 a 60 minutos; depois mergulhadas em álcool puro (96 ºGL) por 3 minutos; logo após foram mergulhadas em solução de hipoclorito de sódio (NaOCl) a 2% por 20 e 30 minutos, em câmara de fluxo laminar. Em seguida foram lavadas em água destilada por três vezes. Após a desinfestação das 100 sementes em estudo, elas foram inoculadas em vidros e tubos de ensaio contendo 10 ml de meio MS (MURASHIGE; SKOOG, 1962),

possuindo meio MS, solidificado com 5% (2,5 g) de ágar, 5 ml de solução A – H, 15 g de sacarose e 0,75 mg/l de AG3 (ácido giberélico) com pH 4,5, onde permaneceram até a germinação, sendo 50 sementes para o tratamento I e 50 sementes para o tratamento II. O pH foi ajustado antes da autoclavagem, e a esterilização foi realizada a 123 ºC durante 30 minutos. Em cada tubo de ensaio foi inoculada uma semente, sob câmara de fluxo laminar. A incubação foi realizada na sala de crescimento sob temperatura de mais ou menos 25 ºC, com diferença de 2 ºC, e a umidade relativa em torno de 70%. Ainda, a primeira etapa contou com avaliação bissemanal da taxa de germinação e de contaminação das sementes já inoculadas, cujos dados foram quantificados posteriormente. Já na segunda etapa do estudo, após a germinação in vitro de Jatropha curcas, as plântulas que não tiveram contaminação foram conduzidas à câmara de fluxo laminar, onde ocorreu a repicagem do material, excisando-se os segmentos nodais das plântulas e, em seguida, realizando-se a inoculação em meio de cultura MS solidificado com 5% (2,5 g) de ágar, 5 ml de solução A – H, 15 g de sacarose e 0,75 mg/l de BAP (6-benzilaminopurina) com pH 5,5, para a regeneração de brotos de pinhãomanso a partir do segmento caulinar, que foram inoculados por 30 dias. Durante esta etapa, o monitoramento também foi realizado bissemanalmente. Por fim, a terceira etapa contou com o delineamento estático, que foi casualizado em dois tratamentos de quatro repetições, sendo cada repetição formada por 25 tubos/vidros de ensaio com uma semente em cada. Após 60 dias de inoculação, foi realizada a avaliação das taxas de germinação e de contaminação, e as médias foram comparadas com o teste “t”, em nível de 5% de significância.

4 RESULTADOS OBTIDOS A seguir são apresentados os resultados do monitoramento do estudo que buscou avaliar as taxas de germinação e de contaminação, além da taxa de brotação, das plântulas de Jatropha curcas, o pinhão-manso, referentes aos dois tratamentos realizados no experimento, cujo tratamento I teve assepsia de 20 minutos, e cujo tratamento II, de 30 minutos.

Gráfico 1 – Comparação entre a taxa de germinação do tratamento I (20 minutos) e a do tratamento II (30 minutos) das sementes de Jatropha curcas

Em relação à média da taxa de germinação das sementes de Jatropha curcas no tratamento I, observa-se que no pH 4,5 do MS 10 ml houve 79% de sementes germinadas.

Gráfico 2 – Comparação entre a taxa de contaminação do tratamento I (20 minutos) e a do tratamento II (30 minutos) das sementes de Jatropha curcas

A taxa de contaminação no tratamento I, cuja assepsia foi de 20 minutos, teve um percentual de 64% comparativamente aos 36% de contaminação do tratamento II, com assepsia de 30 minutos.

Gráfico 3 – Comparação entre a taxa de brotação do tratamento I (20 minutos) e a do tratamento II (30 minutos) dos segmentos nodais extraídos da primeira etapa do experimento

Em relação à taxa de brotação dos segmentos nodais extraídos das plântulas de pinhão-manso, a maior porcentagem ocorreu no tratamento II, de 59%. Tabela 1. Taxa de brotação dos segmentos nodais extraídos das plântulas de pinhão-manso Taxa de brotação dos segmentos nodais extraídos das plântulas de pinhão-manso Quantidade após 60 dias de inoculação

Tratamento I (20 minutos)

Tratamento II (30 minutos)

Primeira extração

Segunda extração

TOTAL

104

De acordo com a Tabela 1, o maior número de segmentos nodais extraídos das plântulas formadas após 60 dias de inoculação foi no tratamento I, com assepsia de 20 minutos.

5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Após a análise dos dados coletados, obteve-se que a média da taxa de contaminação das sementes de Jatropha curcas no tratamento I, que se trata da assepsia de 20 minutos em solução de NaOCl a 2%, mostra que no pH 4,5 do MS 10 ml apenas 64% das sementes foram contaminadas, com desvio padrão de 19,07. Já no tratamento II, cuja assepsia é de 30 minutos em solução de NaOCl a 2%, apenas 36% das sementes foram contaminadas, com um desvio padrão de 33,63. Ao analisar a taxa de germinação das sementes de Jatropha curcas, obteve-se o seguinte resultado, referente ao tratamento I: 79% das sementes atingiram a germinação, com uma média 0,6 e um desvio padrão de 2,82. Em relação ao tratamento II, sobre a taxa de germinação, 21% das sementes foram germinadas, tendo como média 2,2 e um desvio padrão de 10,27. Aplicado o teste “t” pôde-se verificar que, em relação à taxa de contaminação no tratamento I (20 minutos), o “t”calculado foi de 0,75, e o “t” tabelado, de 2,306. No tratamento II (30 minutos), o “t”calculado foi de 0,21 em nível de significância de 5%. Já em nível de significância de 10%, o “t” tabelado foi de 1,860. Para a taxa de germinação no tratamento I (20 minutos), o “t”calculado foi de 0,47, e o “t” tabelado, de 2,306. Já no tratamento II (30 minutos), o “t”calculado foi de 0,49, e o “t” tabelado, de 2,306 em nível de significância de 5%. Já em nível de significância de 10%, o “t” tabelado foi de 1,860. Sobre a taxa de brotação dos segmentos nodais das plântulas de Jatropha curcas, com o tratamento II (30 minutos), obteve-se um percentual de 59% de extração após 60 dias de inoculação dessas plântulas, mediante duas extrações.

6 CONCLUSÃO Diante do estudo realizado, conclui-se que foi alcançado o principal objetivo, que era analisar a taxa de germinação in vitro e a taxa de contaminação das sementes de pinhão-manso, Jatropha curcas, as quais foram submetidas a pH 4,5 em meio de cultura (MS) a diferentes tratamentos de assepsia das sementes, de modo a criar um protocolo de estudo para a micropropagação da espécie. No que se referiu à taxa de germinação das sementes de pinhão-manso, nas subme-

tidas ao tratamento I (20 minutos de assepsia em solução de NaOCl a 2%), esta foi de 79% de germinação das sementes. Entretanto, no mesmo tratamento ocorreu a maior taxa de contaminação, 64% das sementes. Foi observado que os embriões conseguiam germinar, entretanto, após 15 dias, ocorria a contaminação por fungos e/ou bactérias, que ocasionava a morte deles. A menor taxa de contaminação ocorreu no tratamento II, cuja assepsia foi de 30 minutos em solução de NaOCl a 2%, com um percentual de 36% de contaminação. Contudo, este apresentou uma taxa de germinação de apenas 21% das sementes de Jatropha curcas. Uma hipótese para isso seria a morte dos embriões, já que eles ficaram mais tempo expostos à assepsia. A contaminação ocorrida nos dois tratamentos foi ocasionada por fungos e bactérias, não identificados. Além disso, um dado importante observado no experimento foi que a primeira semente a apresentar germinação ocorreu no quinto dia após ser inoculada, pertencente ao tratamento II (30 minutos). As sementes dos dois tratamentos que germinaram e mantiveram o crescimento foram mantidas na sala de vegetação por 30 dias seguidos e diferenciadas no tratamento, para realizar posteriormente a segunda etapa. Observou-se que algumas das sementes de Jatropha curcas apresentaram geotropismo positivo, com surgimento de pequenas folhas, além de um alto índice de enraizamento, principalmente no tratamento II (30 minutos). No que diz respeito à taxa de brotação dos segmentos nodais extraídos das plântulas de pinhão-manso após 60 dias da inoculação, deu-se em maior percentagem no tratamento II, 59%. Isso porque as sementes inoculadas e germinadas neste tratamento, que mantiveram o crescimento, apresentaram maior resistência à contaminação de fungos e/ ou bactérias. Além disso, algumas das brotações dos segmentos nodais das plântulas de pinhão-manso do tratamento I apresentaram anomalias, chamadas de calos. Em relação à análise de delineamento estático com aplicação do teste “t”, da comparação entre as médias, aceita-se a hipótese de que há influência em relação ao tempo de assepsia das sementes, portanto as médias são distintas, havendo diferença significativa entre a taxa de germinação e a taxa de contaminação nos estudos realizados com sementes de pinhão-manso, Jatropha curcas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARRUDA, F. P. de et al. Cultivo do pinhão manso (Jatrofa curcas L.) como alternativa para o semi-árido nordestino. Revista Brasileira de Oleaginosas e Fibrosas, Campina Grande, PB, v. 8, n. 1, p. 789-799, jan./abr. 2004.

BELTRÃO, N. E. M. Considerações gerais sobre pinhão manso (Jatrofa curcas) e a necessidade urgente de pesquisas, desenvolvimento e inovações tecnológicas para esta planta em condições brasileiras. Campina Grande, PB: Embrapa, 2006. CORTESÃO, M. Culturas tropicais: plantas oleaginosas, coqueiro, rícino, purgueira e aleurites. Lisboa: Livraria Clássica, 1956.

ANEXOS

Sementes de Jatropha curcas em assepsia

Inoculação das sementes de Jatropha curcas

Semente de Jatropha curcas em germinação no tratamento I

Semente de Jatropha curcas em germinação no tratamento II

Semente de Jatropha curcas germinada no sétimo dia após a inoculação do tratamento I

Semente de Jatropha curcas contaminada por fungos e bactéria, sem apresentar germinação

Semente de Jatropha curcas contaminada por fungos

PlĂ˘ntula jĂĄ formada de Jatropha curcas contaminada por fungos e apresentando geotropismo positivo

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GRADUAÇÃO

>>> DIPLOMACIA COMERCIAL DAS ENERGIAS RENOVÁVEIS: A INTRODUÇÃO DO ETANOL BRASILEIRO NO MERCADO NORTEAMERICANO Viviane Regina da Silva

RESUMO Deflagra-se o presente cenário imbuído por conflitos geopolíticos e acirradas discussões sobre mudanças climáticas globais. Consubstanciam-se ainda, contemporaneamente, as sucessivas crises internacionais de abastecimento energético em consonância com a escassez de petróleo e a ruptura de recordes históricos no preço dessa commodity. Acresce-se a essa perspectiva a intensificação das insurgências populacionais ante as distorções dos preços dos gêneros alimentícios em escala global, concomitantemente ao protecionismo decorrente de subsídios agrícolas e à expressiva demanda por combustíveis e alimentos em uma economia global ascendente. Destarte, o etanol brasileiro – como produto agrícola de alto valor agregado à base de cana-de-açúcar e pertencente à categoria das fontes de energia renovável – adentra na arena internacional como o principal ator capaz de conciliar o equilíbrio ambiental à eqüidade social, juntamente ao crescimento econômico, pautados no conceito de sustentabilidade. Sabendo-se que os EUA e o Brasil são, nessa ordem, os maiores produtores globais de álcool combustível, este trabalho visa contribuir para o entendimento da diplomacia comercial do etanol nacional quando da inserção internacional do etanol brasileiro no mercado norte-americano. PALAVRAS-CHAVE: Diplomacia comercial. Energias renováveis. Etanol.

ABSTRACT The present scenario is bursting with geopolitical conflicts and heated discussions on global climate changes. Contemporarily, successive international energy supply crises in consonance with oil scarcity and the record breaking prices of this commodity. Added to this perspective is the intensification of the population uproar in the face of distortions in prices of foodstuffs in a global scale, concomitantly to the protectionism arising from agricultural subsidies and to the expressive demand for fuels and foodstuffs in growing global economy. In this case, the Brazilian ethanol – as an agricultural product of high value added to the base of sugarcane and belonging to the category of renewable power

sources – enters the international enclosure for bullfighting as the main player, capable of compromising environmental balance and social equality to economic growth, following the support concept. In the knowledge that the U.S.A. and Brazil are, respectively, the greatest producers of fuel alcohol, the purpose of this paper is to contribute to an agreement in commercial diplomacy for national ethanol with the international insertion of Brazilian ethanol in the North American market. KEYWORDS: Commercial diplomacy. Renewable energy. Ethanol.

1 INTRODUÇÃO A relação dialética entre o homem e o seu meio demonstra ao longo da história que a energia constitui-se no alicerce para o desenvolvimento econômico de inúmeras nações. No que tange aos aspectos concernentes aos combustíveis líquidos na arena da geopolítica energética mundial, é flagrante o grau de dependência da importação de petróleo por parte dos países industrializados. Decorrente desse cenário, a escassez de combustíveis – associada à dependência externa – representa um fator potencial de vulnerabilidade político-militar nos aspetos concernentes à defesa nacional e soberania energética do país, quando da garantia de suprimento de recursos no abastecimento das forças militares, na manutenção da infra-estrutura e segurança pública do território nacional. Atualmente, o consumo mundial de combustíveis fósseis está em níveis bastante elevados, aproximando-se de um total de 2,5 trilhões de litros por ano. Nessas circunstâncias, a única possibilidade de substituição ou complementação do paradigma fóssil está na produção de sucedâneos que tenham características físico-químicas semelhantes ao produto original (BRESSAN FILHO, 2008). Logo, faz-se necessário o aprofundamento das discussões suscitadas acerca da exaustão do modelo fóssil diante da viabilidade e das conseqüências da implementação de um novo paradigma pautado na tríade composta da sustentabilidade ambiental, disponibilidade de recursos e relação com os custos econômico-financeiros que permeiam a adoção de fontes renováveis de energia. O Brasil é dotado de uma consolidada tradição na produção, distribuição e uso – direto ou misturado na gasolina – de álcool etílico anidro e hidratado. Diante da vanguarda tecnológica que o país logrou, associada às excelentes condições para a rápida expansão – em grandes proporções – da produção de etanol, o Brasil – ente signatário do Protocolo de Kyoto e membro ativo do processo de desenvolvimento de mecanismos de desenvolvimento limpo (MDL) – tornou-se referência internacional no suprimento global desse produto. Associa-se a essas perspectivas a capacidade de o etanol brasileiro propiciar geração de renda, promoção de empregos, integração social e redução dos níveis de emissões de alguns gases do efeito estufa gerados por diesel mineral.

Tais atributos, em consonância com os aspectos interligados à diplomacia comercial e à promoção internacional do país, são responsáveis pelo aumento da credibilidade e visibilidade do Brasil no exterior, capazes de alavancar e expandir a atração dos investimentos externos diretos. Urge, portanto, discernir acerca das regras, regulamentos e legislações que orientam o comércio internacional em face da globalização de mercados altamente competitivos. Entre as abordagens da diplomacia comercial brasileira para o etanol, este estudo priorizou a análise da inserção do etanol brasileiro no mercado norte-americano, visto que Estados Unidos e o Brasil caracterizam-se como os dois maiores produtores de álcool combustível em escala global, nessa ordem, e os EUA constitui-se no maior mercado de combustíveis líquidos do mundo.

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Esta seção tem por escopo postular o arcabouço teórico que serve de base referencial para os elementos da análise do estudo de caso. Os fundamentos teóricos referem-se à “Diplomacia Comercial” e às “Políticas Ambientais na Arena do Comércio Internacional”.

2.1 Diplomacia comercial Deflagra-se no cenário contemporâneo a expansão cada vez mais ampliada da sociedade de consumo concomitantemente à internacionalização da produção e dos fluxos de capital, aliadas a um intenso progresso tecnológico em um contexto permeado pelo evidente declínio da sociedade fabril. Diante do exposto, torna-se necessária a postulação do conceito de globalização, que, conforme Oliveira e Lessa (2006, p. 48), “é um produto da expansão cada vez mais ampliada do capitalismo e da sociedade de consumo” e contempla as áreas da economia, da geografia, da história e da sociologia. Para Bull (apud MAGNOLI, 2004), o termo “diplomacia” simboliza a consciência geral de que há uma sociedade internacional. Corroborando com essa perspectiva, apresenta-se a seguir uma inferência proposta por Henry Kissinger – Prêmio Nobel da Paz, ex-Secretário de Estado do governo norte-americano e contemporaneamente professor da Harvard University – o qual afirma que: The international system of the twenty-first century will be marked by a seeming contradiction: on the one hand, fragmentation; on the other, growing globalization [...] At the same time, international relations have become truly global for the first time. Communications are instantaneous; the world economy operates on all continents simultaneously. A whole set of issues has surfaced that can only be dealt with on a worldwide

basis, such as nuclear proliferation, the environment, the population explosion, and the economic interdependence. (KISSINGER, 1994, p. 23-24).1

Logo, percebe-se que a compreensão dos impactos econômicos das políticas comerciais é um fator de suma importância para o estabelecimento de uma estratégica eficaz de diplomacia comercial. Dessa forma, Nogueira (2006, p. 18) afirma que “a diplomacia comercial visa formular soluções para os problemas e oportunidades de comércio internacional, atendendo os interesses políticos, sociais e empresariais, interagindo com as várias entidades envolvidas”. Para o autor, o objetivo da diplomacia comercial é criar uma política de comércio exterior que proteja os interesses sociais dos políticos, mas sem diminuir o comércio dos produtos ou serviços em questão. Ainda de acordo com Nogueira (2006), os atores da diplomacia comercial podem ser classificados como pertencentes às instituições relacionadas ao Poder Judiciário, Poder Legislativo, Poder Executivo, mídia, entidades políticas, institucionais e econômicas.

3 METODOLOGIA De acordo com Mattar (1999), o estudo caracteriza-se como exploratório, haja vista que buscou um maior conhecimento acerca de um tema específico. Por estar baseada em objetivos bem definidos e procedimentos delimitados, esta pesquisa é dotada de caráter descritivo. Para se adquirir maior conhecimento sobre o tema e facilitar o desenvolvimento da pesquisa, recorreu-se à coleta de dados secundários, que, segundo Mattar (1999), referem-se àqueles que já foram analisados, com propósitos outros ao de atender às necessidades da pesquisa em andamento, e que são catalogados e postos à disposição dos interessados. Essa atividade foi feita mediante levantamentos bibliográficos da literatura científica existente, pautando-se em livros, artigos, revistas e, principalmente, em publicações na internet. Utilizou-se também de doutrina jurídica, legislação, processos judiciais e estudos estatísticos elaborados por institutos nacionais, a exemplo do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), pela Embaixada Brasileira em Washington D.C. (EUA) e por organismos internacionais, como a Organização das Nações Unidas (ONU) e o Banco Mundial (BIRD). Os dados foram coletados no período de agosto de 2007 a agosto de 2008.

4 ESTUDO DE CASO: A INSERÇÃO DO ETANOL BRASILEIRO NO MERCADO NORTE-AMERICANO O presente cenário é marcado pela exacerbada alta no preço do petróleo, por conflitos geopolíticos originados da escassez desta commodity, pela crise ambiental em escala global proveniente da utilização de combustível fóssil, pelo crescimento acelerado das economias chinesa e indiana, e pela subseqüente demanda por energia, associados ao aumento dos níveis de produção e consumo mundiais. No centro da confluência de tais problemáticas, o etanol surge como advento capaz de realizar uma grande contribuição para a solução delas, sob a égide da diversificação da matriz energética mundial pautada em um modelo de sustentabilidade global. Atualmente, quanto à distribuição da produção mundial de etanol referente ao ano de 2006, a Renewable Fuels Association (RFA, 2008) aponta os Estados Unidos como líder global, com 37% do montante produzido no globo, seguido do Brasil, que detém 35% da produção global de etanol. Contemporaneamente, o comércio internacional de etanol movimenta aproximadamente 4 bilhões de dólares (ETHANOL WORLD TRADE, 2008a). No que tange às importações globais de etanol, os Estados Unidos assumem a liderança do ranking mundial, com a cifra de US$ 993.127.393, seguidos da Holanda, com US$ 637.787.100. Importante ressaltar que as importações norte-americanas decaíram 38,86% no período concernente a 2006/2007, em contraposição à evolução das importações holandesas, que se expandiram em 146,15% no mesmo período (ETHANOL WORLD TRADE, 2008b).

4.1 O setor sucroalcooleiro e o etanol brasileiro A partir da crise do petróleo em 1973 e da queda do preço do açúcar no mercado internacional, a produção de etanol foi estimulada pelo Estado brasileiro, com a criação da Comissão Nacional do Álcool (Cinal) e o lançamento do Programa Nacional de Álcool (Proalcool), idealizado pelo físico Bautista Vidal, ambos os projetos instaurados pelo Decreto n. 76.593, de 1975. Atualmente, a indústria sucroalcooleira gera cerca de um milhão de empregos diretos e seis milhões de indiretos (MRE, 2007). As safras de cana-de-açúcar ocorrem duas vezes ao ano: nos meses de outubro a março, no Nordeste, e nos meses de abril a agosto, nas regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste, o que possibilita ininterrupta produção de açúcar e etanol ao longo do ano (RODRIGUES; ORTIZ, 2007). Dados da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP apud REINACH, 2008, p. 22) informam que o agronegócio da cana-de-açúcar movimenta R$ 40 bilhões por ano no país e prevêem que a safra 2007/2008 deva colher 547 milhões de toneladas de cana-de-açúcar (15,2% a mais do que a anterior). Segundo o Ministério

da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA apud AULER, 2008), a última safra brasileira processou aproximadamente 22 bilhões de litros de etanol, que resultaram em 35 bilhões de reais ao setor. De acordo com a União da Indústria de Canade-Açúcar (UNICA apud AULER, 2008), projeções apontam para investimentos na ordem de 33 bilhões de reais no segmento entre 2008 e 2012, oriundos principalmente do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), Banco Mundial (BIRD) e Banco Europeu de Investimentos (BEI). Com relação aos custos de produção, em uma perspectiva comparativa, a Confederação Nacional da Indústria (CNI, 2007, p. 27) afirma que o etanol brasileiro é o único biocombustível competitivo nos dias de hoje. Seu custo de produção equivale a 40 US$/barril de petróleo. O etanol produzido nos Estados Unidos tem um custo de produção na faixa do preço atual de petróleo (cerca de 70 US$/barril). Para a Europa, esse custo equivalente seria de 90 US$/barril. Segundo o Ministério das Minas e Energia (MME, 2007), é mister evidenciar a elevada capacidade de expansão da fronteira agrícola nacional, considerando que o Brasil utiliza atualmente menos de 2% da área cultivável dos 101 milhões de hectares disponíveis para expansão agrícola. Dados do MME (2007) revelam que há no presente momento 308 usinas/destilarias de etanol em funcionamento no Brasil. As perspectivas para a agroenergia, no que tange à produção de etanol, é de que até o ano de 2010 sejam acrescidos 10.000.000 m3 de álcool ante os índices atuais e que a expansão na área plantada aumente em 1 milhão de hectares para o mesmo período. De acordo com o Ministério das Relações Exteriores (MRE, 2007), nos últimos 30 anos, o uso do álcool, em substituição à gasolina, promoveu uma economia equivalente a mais de um bilhão de barris de petróleo, o que corresponde a cerca de 22 meses da produção atual de petróleo no Brasil. Esse feito promoveu o alcance de notáveis resultados econômicos, tendo em vista que nos últimos oito anos o uso do etanol propiciou uma economia na importação de petróleo que se elevou a US$ 61 bilhões, aproximadamente o total da dívida externa pública do Brasil (MRE, 2007). Certamente a arena dos Direitos Humanos é o ponto crítico da cadeia produtiva do álcool combustível brasileiro, embora também sejam consideráveis os aspectos negativos relacionadas às queimadas durante a colheita da cana, o uso maciço de adubos e pesticidas, e os altos subsídios, créditos baratos e vantagens fiscais, que chegam a 1,5 bilhão de dólares por ano, além da aposta em commodities tradicionais e tecnologias pouco demandadas em outros países. Além disso, há o risco de acirramento dos conflitos de terra e de um cerco à agricultura alimentar e às reservas naturais (HOFFMAN, 2007). Dados da União da Agroindústria Canavieira de São Paulo (UNICA, 2003) demonstram que aproximadamente 80% da colheita dos canaviais é realizada manualmente. Nesse sentido, Novaes (2007) menciona que muitos trabalhadores chegam a cortar até vinte toneladas de cana por dia e manter uma média mensal entre 12 e 17

toneladas/dia. Para alcançar essa produtividade diária, Auler (2008, p. 47) calcula que o “trabalhador precisa efetuar 36.630 flexões de pernas, percorrer pequenos trajetos 800 vezes carregando 15 quilos de cana nos braço e caminhar na sua faina 8.800 metros. Perde uma média de 8 litros de água por dia. A temperatura em certas ocasiões atinge os 45 ºC”. Acresce-se à problemática da sobrecarga ocupacional no setor sucroalcooleiro as denúncias de trabalho forçado e escravidão rural contemporânea no Brasil, amplamente difundidas pela imprensa internacional, sobretudo através dos jornais italiano La Repubblica e alemão Deutch Welle. Essas denúncias são confirmadas pela própria Gerência Regional do Trabalho de Campinas do estado de São Paulo (apud AULER, 2008, p. 45), a qual afirma que somente “de janeiro a maio de 2007 foram feitas quase mil fiscalizações pelo Grupo Móvel Nacional de Combate ao Trabalho Escravo em todo o país no setor de álcool e açúcar, o que resultou em um registro de mais de 64 mil trabalhadores”.

4.2 A inserção do etanol brasileiro no mercado norte-americano Em 1974 os Estados Unidos enfrentaram uma grave crise devido ao embargo de petróleo imposto pela OPEP, que levou o Congresso norte-americano a tomar medidas legislativas para promover a produção de combustíveis alternativos, dando origem ao etanol como uma das formas de substituir a energia petrolífera. Diante desse cenário, o governo norte-americano estabeleceu o Energy Act 2007, estipulando uma meta de 35 bilhões de galões para 2017, o que representa aumento substancial em relação à meta atual, que é de 7,5 bilhões de galões para 2012, investindo para tanto aproximadamente 200 milhões de dólares em pesquisas, com o objetivo de substituir petróleo por etanol e outros combustíveis (SCHELER; GUINAN, 2007). Em relação aos aspectos concernentes à seara agrícola, os Estados Unidos apresentam-se como líder global na produção de milho, respondendo por aproximadamente metade da produção mundial. Dotado de ciclo produtivo anual, o milho (Zea mays spp.) constitui-se em um importante componente da oferta de alimentos para humanos e animais em vários países. No que tange ao mercado interno norte-americano, aproximadamente 50% da safra de milho é destinada à indústria de alimentos e 20% conduzida à agroenergia. O milho caracteriza-se também como matéria-prima responsável por 98% da produção de etanol (USDA, 2008). Contemporaneamente, pode-se observar um crescimento na produção de álcool combustível nos EUA, com uma considerável elevação no volume de 1,5 bilhão de galões em 1999 para 6,4 bilhões de galões em 2007 (HOEKMAN, 2008). Apesar da ascendente produção de etanol nos Estados Unidos, o álcool representa apenas 4% do total dos combustíveis utilizados na economia norte-americana (HOEKMAN, 2008). Em virtude da inexistência de novas fronteiras agrícolas nos EUA e da imperativa

necessidade de expansão do cultivo do milho, as áreas cultivadas de soja, trigo e demais cereais estão sendo substituídas pelas de milho. Destarte, intrinsecamente atreladas à produção do etanol norte-americano apresentam-se as questões relativas à segurança alimentar internacional. Ante o exposto, deve-se considerar o risco da extrema especialização dos territórios e, com isso, a diminuição local da produção de alimentos, o que pode construir um cenário de aumento de custos de alimentação e escassez relativa. No que tange às relações diplomáticas entre Brasil e Estados Unidos, elas vêm apresentando sinais evidentes de amadurecimento tanto na arena econômica quanto na esfera política. No que tange ao comércio internacional de energia, o momento é economicamente propício para o estabelecimento de acordos bilaterais eficientes, tendo em vista que os Estados Unidos representam o principal destino do álcool brasileiro exportado, com exportações diretas – oneradas por tarifas de importação, ad-valorem e específicas da ordem de U$ 150,00 por metro cúbico (BRESSAN FILHO, 2008). Ante o contexto apresentado, faz-se necessária a inferência acerca da assinatura, em março de 2007, do “Memorando de Entendimento entre o Governo da República Federativa do Brasil e o Governo dos Estados Unidos da América para Avançar a Cooperação em Biocombustíveis”. Esse acordo estabelece uma parceria internacional envolvendo terceiros países e a dimensão global, quando da comercialização do etanol. De absoluta relevância, porém não contempladas nesse acordo bilateral, as barreiras tarifárias impostas pelos Estados Unidos ao etanol brasileiro e a política de subsídios agrícolas aos produtores de milho norte-americanos restringiram-se à afirmativa de que elas devem ser tratadas em outros foros multilaterais, regionais e bilaterais. Segundo o Congresso Nacional norte-americano, o custo de produção do etanol brasileiro é cerca de 50% menor que o norte-americano, o que justifica a permanência das barreiras tributárias internacionais (AMERICAN NATIONAL CONGRESS apud YACOBUCCI, 2006, p. 3). É necessário evidenciar que os países pertencentes ao Caribbean Basin Trade Partnership Act (CBTPA) possuem um regime preferencial nas exportações de etanol, bem como Israel, Canadá e México, que não são penalizados com a tarifa de US$ 0,54 centavos. Nesse sentido, esses mercados representam as exportações indiretas do etanol brasileiro, sobretudo via países da região do Caribe, visando beneficiar-se da baixa incidência tarifária. As duas formas de fazer o álcool brasileiro chegar ao mercado americano (exportações diretas e indiretas) faz com que esse país responda por quase 60,0% das exportações anuais. Os destinos correspondentes aos EUA (inclusive Caribe) e à União Européia representam 87,1% de todo o volume exportado nos anos recentes (BRESSAN FILHO, 2008). Nos Estados Unidos e em outros países desenvolvidos, a indústria do etanol é artificialmente mantida por subsídios governamentais, níveis mínimos de produção e oferta de empréstimos públicos. É importante ressaltar que o Comitê de Finanças do Senado norte-americano aprovou em outubro de 2007 um pacote fiscal de US$

16 bilhões para fornecer ajuda aos produtores agrícolas. Ainda assim, as perspectivas de cenário para as exportações de etanol brasileiro para os Estados Unidos são alvissareiras. Dados da Superintendência de Informações para o Agronegócio do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA apud BRESSAN FILHO, 2008) apontam que as projeções das exportações de álcool etílico para os EUA são de 1.260,25 bilhões de litros em 2008, 1.489,8 bilhões de litros em 2009, 1.761,2 em 2010 e 2.082,0 em 2011.

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS O paradigma fóssil passa a ser contestado, dada a exaustão e sua não-renovabilidade. Acresce-se a esse cenário a proliferação dos conflitos políticos associada à intensificação do estado de beligerância internacional, decorrentes da escassez de alimento em âmbito global. Neste ínterim, o etanol adentra na arena internacional como paradigma de combustível alternativo capaz de reduzir os índices de poluição ambiental e de proporcionar desenvolvimento econômico através da geração de empregos, associado à economia de divisas para os países importadores de petróleo ou geração de receitas para as nações exportadoras de álcool combustível. Os Estados Unidos configuram-se contemporaneamente como o maior produtor e importador mundial de álcool combustível. Por sua vez, o Brasil apresenta-se como o segundo maior produtor e o primeiro exportador global de etanol. Dessa feita, o presente trabalho apresentou propostas à diplomacia comercial do álcool combustível visando oferecer ferramentas capazes de corroborar com a inserção internacional do etanol brasileiro no mercado norte-americano por meio de um modelo de negociação internacional amplamente reconhecido em âmbito global, proposto por William Ury, diretor e co-fundador do Program on Negotiation da Harvard University. Elencaram-se, dessa forma, segundo sua metodologia, os principais atores do processo de negociação, seus verdadeiros interesses e necessidades, reconhecendo suas opções de negociação, inferindo os critérios objetivos na defesa de seus interesses e apresentando, por fim, a melhor alternativa à negociação de um acordo (MAANA). De forma a contemplar os principais interesses dos atores do processo de negociação internacional de inserção do etanol brasileiro no mercado norte-americano, o presente trabalho verificou que a melhor alternativa à negociação desse acordo bilateral deverá priorizar: a) redução das barreiras tarifárias, diminuição dos subsídios agrícolas oferecidos pelos EUA e atração de investimentos externos diretos em agroenergia brasileira; b) adoção de políticas sociais que propiciem qualidade de vida, segurança

e saúde do trabalhador associada a uma política de Direitos Humanos e elevação do Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) nos pólos rurais produtores de agroenergia; e c) promoção da visibilidade internacional do Brasil na seara ambiental associada à perspectiva de sustentabilidade do etanol brasileiro na proposição de um paradigma energético sustentável para outros países do globo. Ante o exposto, torna-se necessário inferir que as relações comerciais estabelecidas entre o Brasil e os Estados Unidos devem pautar-se por uma genuína interdependência, baseada na compatibilização dos interesses de ambos os países, proporcionando ao Brasil condições de usufruir legitimamente de suas vantagens e de equilibrar esse processo, de características assimétricas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AULER, Sabrina. Setor cresce, trabalhadores padecem: atividade de corte é ainda a que mais preocupa na cadeia produtiva do combustível “verde”. Revista Proteção, p. 37-58, maio 2008. BRESSAN FILHO, Ângelo. O álcool etílico como um novo combustível mundial: análise estatística e projeção do consumo doméstico e exportação de álcool etílico brasileiro no período de 2008 a 2011. Superintendência de Informações do Agronegócio. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Brasília, 2008. CNI – Confederação Nacional da Indústria. Matriz energética: cenários, oportunidades e desafios. Brasília: CNI, 2007. ETHANOL WORLD TRADE. Ethanol 10 major exporting countries. Disponível em: <http://www.ethanolworldtrade.com/>. Acesso em: 27 abr. 2008a. ETHANOL WORLD TRADE. Ethanol 10 Major Importing Countries. Disponível em: <http://www.ethanolworldtrade.com/>. Acesso em: 27 abr. 2008b. HOEKMAN, Kent S. Biofuels in the U.S.: challenges and opportunities. Renewable Energy – an international journal, Elsevier Ltd., Mar./Apr. 2008. HOFFMAN, Geraldo. Economista alemão critica balanço ambiental do etanol brasileiro. Deutsche Welle. Disponível em: <http://www.dw-world.de/dw/ article/0,2144,2414651,00.html>. Acesso em: 20 out. 2007.

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NOTA 1 O sistema internacional do século XXI será marcado por uma aparente contradição. Por um lado, fragmentação; de outro, globalização crescente [...]. Ao mesmo tempo, as relações internacionais têm se tornado verdadeiramente globais pela primeira vez. Comunicações são instantâneas, a economia mundial opera em todos os continentes simultaneamente. Todo o conjunto de matérias que têm emergido pode ser tratado apenas em âmbito mundial, quanto à proliferação nuclear, ao meio ambiente, à explosão populacional e à interdependência econômica, entre outros. (Tradução livre da autora).

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GRADUAÇÃO

>>> APROVEITAMENTO DE BAGAÇO E PALHA DE CANA-DEAÇÚCAR NA INDÚSTRIA SUCROALCOOLEIRA Paulo Sérgio Borba

RESUMO Desenvolver tecnologias e processos eficazes que contemplem o total aproveitamento da biomassa da cana-de-açúcar em usinas sucroalcooleiras figura como um dos grandes desafios para os industriais da área e para centros de pesquisas e desenvolvimento relacionados. Este artigo contempla uma análise sistêmica de algumas possibilidades de aproveitamento da palha e do bagaço da cana-de-açúcar como fonte primária de energia para produção de calor ou geração de energia elétrica. Para tal utiliza-se do Guia do Conjunto de Conhecimentos em Gerenciamento de Projetos – A Guide to the Project Management Body of Knowledge (Guia PMBOK). Faz-se necessário despertar nos empresários o interesse pelo máximo aproveitamento energético da biomassa disponível na cana-de-açúcar e convencê-los de que podem ser seguros os investimentos em fontes de energia ditas alternativas. A isso se deve a prática de um instrumento com ampla credibilidade em gerenciamento de projetos, o Guia PMBOK, para a avaliação das possibilidades de aproveitamento da biomassa. Ao fazer uso do Guia PMBOK, este estudo caracteriza-se como uma ferramenta de apoio à tomada de decisões em energias alternativas e por esse motivo também desenvolve transversalmente uma comparação das possibilidades de aproveitamento da palha e do bagaço da cana-de-açúcar apresentadas aos processos tradicionais de tratamento dessa biomassa. PALAVRAS-CHAVE: Cana-de-açúcar. Biomassa. Palha. Bagaço. Guia PMBOK. Energia.

ABSTRACT Developing technologies and effective processes that cover the total use of biomass from sugar cane plants in sugar and alcohol mills is one of the major challenges for the industrial area and related research and development centers. This paper includes a systemic analysis of some possibilities to use straw and bagasse of sugar cane as a primary energy source to produce heat or generate electric power, and for such purpose uses A Guide to the Project Management Body of Knowledge

(PMBOK Guide). There is a need to arouse corporate interest in making maximum use of biomass energy available from sugar cane, and convince them that they can safely invest in so-called alternative energy sources. This is due to applying an instrument of great credibility in managing projects, the PMBOK Guide, to assess the possibilities for biomass use. Through the PMBOK Guide, the study characterizes itself as a tool to support decision making in alternative energy, and for this reason also develops a crossed comparison of the possibilities to use sugar cane straw and bagasse presented with the traditional processes of handling this biomass. KEYWORDS: Sugar cane. Biomass. Straw. Bagasse. PMBOK Guide. Energy.

1 INTRODUÇÃO A grande maioria das usinas de álcool combustível tem como insumo a cana-deaçúcar cultivada nas lavouras e colhida manualmente. Para facilitar o corte manual, a cana é queimada ainda no campo e a palha eliminada quase que completamente. Entretanto, de cada tonelada de cana-de-açúcar, 140 kg é palha, o que representa um potencial energético que não deveria ser desprezado. Outro ponto importante no processo de produção do etanol é o destino dado ao bagaço da cana-de-açúcar. Uma prática comum, e muitas vezes pouco eficiente, é alimentar as caldeiras com o bagaço ainda úmido, subproduto da moagem da cana-de-açúcar. Esse processo representa mais um desperdício de energia, considerando-se que o poder calorífico do bagaço úmido é aproximadamente dez vezes menor que o do bagaço seco (10% de umidade) e processado. Apesar de ter aproveitamento pouco eficiente, o bagaço da cana ocupa uma posição de destaque na matriz energética do país, proporcionada pelo consumo em grande escala desse insumo nos setores industrial e energético.

(Fonte: Balanço Energético Nacional, Base 2007. Resultados preliminares, p. 17)

O Brasil possui em operação mais de 300 usinas de açúcar e álcool, que processaram na safra 2006/2007 aproximadamente 425 milhões de toneladas de canade-açúcar (UNICA, 2008). Segundo a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP, 2007), o potencial energético dos resíduos de biomassa resultantes dessa quantia de cana equivale a 14,2 milhões de toneladas de óleo combustível, ou combustível suficiente para gerar 4,0 MW/h médios. De acordo com as expectativas da Empresa de Pesquisa Energética, com as previsões de crescimento do PIB e do próprio setor sucroalcooleiro, estima-se que este tenha potencial para suprir 15% das necessidades do país a partir de 2015, gerando mais 14.000 MW/h médios a partir de 75% do bagaço e de 50% da palha disponível. O Decreto n. 5.163, de 2004, e a Lei n. 10.438, de 2002, que dispõem sobre a abertura do mercado de energia e sobre o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia respectivamente, deram oportunidade a pequenos geradores independentes de produzir e vender energia elétrica. A garantia de compra da energia produzida a partir de fontes alternativas e a real necessidade por novos empreendimentos de geração por causa da eminência de racionamentos no país criam uma expectativa positiva quanto ao retorno dos investimentos em geração de energia. Este trabalho remete a uma situação inserida num ambiente organizacional ávido por inovações tecnológicas e mudanças processuais que visem a um aproveitamento racional dos recursos disponíveis. Simultaneamente, as organizações modernas estão descobrindo que a utilização do Gerenciamento de Projetos traz muitas vantagens. Clientes esclarecidos, cronogramas apertados e recursos limitados exigem técnicas e profissionais competentes para a condução do projeto e a tomada de decisões. De acordo com o Guia do Conjunto de Conhecimentos em Gerenciamento de Projetos – A Guide to the Project Management Body of Knowledge (Guia PMBOK), Gerenciamento de Projetos é a aplicação de conhecimentos, habilidades, ferramentas e técnicas nas atividades do projeto, a fim de atender aos requisitos do projeto. Ele pode ser mais bem explicado por meio dos processos que o compõem, que podem ser reunidos em cinco grandes grupos de processos: Processos de Iniciação, Planejamento, Execução, Controle e Encerramento. Desenvolver um sistema de aproveitamento da biomassa da cana-de-açúcar compreende um grupo de tarefas que poderão ser mais bem analisadas se estruturadas na forma de projeto. O Guia PMBOK contribui com orientações que neste artigo conduzirão à avaliação das possibilidades de aproveitamento da biomassa da canade-açúcar na sua totalidade.

2 PROCESSOS DE INICIAÇÃO Implantar um novo procedimento ou processo pode ser definido como um projeto, independentemente de sua dimensão, prazo e orçamento. Segundo o Guia PMBOK, define-se a iniciação de um projeto por dois elementos importantes: o Termo de Abertura do Projeto, que autoriza o projeto formalmente; e a Declaração do Escopo Preliminar do Projeto, que descreve detalhadamente o produto do projeto. Sob o ponto de vista do Gerenciamento de Projetos, durante os processos de iniciação, a indústria sucroalcooleria que optar por uma planta de processamento de bagaço e palha da cana-de-açúcar preocupar-se-á, primeiramente, com a abertura do projeto e com sua aprovação junto à alta direção da organização, com base nas necessidades da indústria e nos benefícios do projeto. O segundo ponto é definir o produto do projeto, que no caso pode ser descrito da seguinte forma: Sistema para aproveitamento do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, a fim de aumentar a reserva energética da usina e não desperdiçar um recurso em potencial. Definição de rotinas eficientes e economicamente viáveis para o processamento da palha e do bagaço.

Com o projeto definido e aprovado, a equipe de gerenciamento deverá dar início às atividades de planejamento do projeto. O Guia PMBOK sugere algumas atividades de planejamento que podem ser aplicadas a projetos de qualquer natureza. Uma das primeiras atividades de responsabilidade da equipe de projeto da usina de etanol ou açúcar é o Plano de Gerenciamento do Projeto. Nele serão especificados os processos requeridos para dirigir, gerenciar, monitorar e controlar o projeto. Outra atividade de suma importância no planejamento do projeto é a definição do escopo. Nele estarão as informações principais do projeto, como a relação das partes interessadas (stakeholders), a justificativa do projeto, a contextualização do projeto, a metodologia, os objetivos, as metas e o produto a ser alcançado. A usina sucroalcooleira é sem dúvida a organização mais dominante durante o processo de planejamento, pois é a única beneficiária direta do resultado do projeto. É responsabilidade da equipe de projeto compilar dados de estudo de viabilidade da implantação do projeto, custo, disponibilidade do insumo, desempenho da planta de processamento diante da disponibilidade de insumo, previsão de retorno financeiro, destino para o excedente energético produzido e análise das alternativas para aproveitamento da palha e do bagaço. Entretanto, o projeto extrapola os limites da usina sucroalcooleira e atinge outras organizações, seja por benefício indireto, seja pela necessidade de parceiros e terceirizados. O agricultor da cana-de-açúcar, por exemplo, é um beneficiário indireto do projeto. A não-queima da palha no campo exige a mecanização do processo de colheita, o que acarreta em investimentos, mas também gera benefícios financeiros. Não

queimar a palha significa diminuir a emissão de gás carbônico na atmosfera e gerar créditos de carbono. Cada tonelada de CO2 não emitida gera um crédito de carbono, que pode ser negociado por aproximadamente € 15 (BM&F, 2007). Uma possibilidade a ser considerada no planejamento do projeto é a de que a usina de etanol não disponha do staff necessário para conduzir o projeto desde o seu início até o encerramento dos contratos. Por esse motivo é preciso prever a necessidade de parceiros e prestadores de serviço, que junto com os beneficiários, diretos e indiretos, aparecerão como as partes interessadas no projeto. A elaboração dos projetos de infra-estrutura da planta de processamento do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, e da planta de conversão de energia térmica em elétrica são atividades que serão desenvolvidas por empresas de engenharia consultiva contratadas, a exemplo da instalação e manutenção dos equipamentos necessários para tal. Além disso, a troca de informações com centros de P&D, universidades e organização do mesmo setor será de grande valia para o sucesso do projeto.

3 PLANEJAMENTO DO PROJETO PARA O APROVEITAMENTO DA PALHA E DO BAGAÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR No processo de planejamento do projeto o gerenciamento do tempo engloba, sem dúvida, as tarefas que mais demandam esforços por parte da equipe de projeto. É nessa fase do planejamento que todas as atividades do projeto são seqüenciadas, e o tempo e os recursos para sua execução, estimados. Com posse dessas informações é possível desenvolver o cronograma de planejamento, que, associado ao escopo, compreende a linha de base do projeto.

3.1 Definição e seqüenciamento das atividades A equipe de gerenciamento do projeto terá a responsabilidade de definir as atividades que melhor satisfazem as necessidades da usina sucroalcooleira no que diz respeito ao aproveitamento do bagaço e da palha da cana-de-açúcar. A partir dessa definição poder-se-á estimar o tempo e os recursos necessários para a execução de cada atividade, e assim elaborar o cronograma referente ao projeto proposto. Analisando-se o processo de obtenção do açúcar e do álcool combustível no Brasil, de maneira sistêmica, observa-se a existência de duas frentes de produção distintas: uma responsável pelo cultivo e colheita da cana-de-açúcar; outra responsável pelo beneficiamento da matéria-prima. Ao se buscar uma alternativa para o aproveitamento de toda a biomassa da cana, deve-se levar em consideração essas duas frentes, visto que em ambas são necessárias adequações nos procedimentos tradicionalmente utilizados. No campo, é preciso eliminar as queimadas, para que a palha possa ser transporta-

da junto com a cana até a usina, o que só é possível com a mecanização do processo de colheita. Além de reduzir a emissão de gases do efeito estufa, a colheita mecanizada elimina também a liberação de fuligem, que causa problemas às populações próximas à lavoura e reduz consideravelmente o uso de herbicidas (REVISTA CIÊNCIA HOJE ONLINE, 2007). Entretanto, a mecanização também traz consigo alguns problemas, a começar pelo preço da colhedeira, que se aproxima de US$ 200.000,00. Outro problema é a limitação das máquinas atuais, que não operam em terrenos com declividade superior a 12%, além da altura das lâminas da colhedeira, cujo corte pode produzir uma cana com menor comprimento do que o obtido com o corte manual. Existe também um fator social negativo, já que cada máquina pode substituir até 80 trabalhadores, fomentando o desemprego e conseqüentes problemas sociais. Diante da situação apresentada, cabe a cada equipe de projeto decidir quando é melhor para sua organização optar pelo corte mecanizado, ou quando é melhor continuar com o processo tradicional de corte. O segundo ponto importante é o transporte da matéria-prima até a usina. Tradicionalmente, a cana-de-açúcar queimada e cortada manualmente é transportada até a usina por caminhões preparados. Segundo o Centro de Tecnologia Canavieira (CTC, 2008), deixar de queimar a palha para transportá-la junto com a cana até a usina não altera as funções dos veículos, apenas agrega volume à carga. Ainda segundo o CTC (2008), estima-se que o custo para se transportar a palha junto com a cana-de-açúcar não supere os US$ 14 por tonelada seca. A próxima decisão a ser tomada pela equipe de projeto é o procedimento adotado para separar a palha da cana-de-açúcar. Um procedimento possível é a separação a seco mediante um sistema de ventiladores que encaminham palha e cana para esteiras diferentes. Separadas, a cana-de-açúcar segue seu ciclo normal de moagem e fermentação para a produção de açúcar e etanol, enquanto a palha passa por uma peneira, onde é retirada toda a terra, que por sua vez é devolvida ao campo. A palha, então, passa pelo triturador, para ser reduzida, e segue para uma estação de compactação de biomassa, onde será transformada em briquetes, que formam um insumo energético de forma regular e alto poder calorífico, obtido pela compactação de resíduos de biomassa, ideal para a alimentação de fornos e caldeiras. Ao bagaço, que normalmente alimenta caldeiras tão logo é obtido no processo de moagem da cana-de-açúcar, dar-se-á a opção do processamento em uma usina de secagem e compactação de biomassa para a produção de briquetes. No planejamento do projeto é preciso levar em consideração que, para a produção de briquetes, a biomassa processada deve apresentar teor de umidade entre 10% e 16%, enquanto o bagaço após a moagem da cana-de-açúcar apresenta uma umidade de 55%. Essa condição exige secadores especiais, o que agrega custo à execução do projeto. Com a opção de briquetagem do bagaço, prever-se-á que este, ao sair da moagem,

será encaminhado para secadores, que poderão ser diretos (transferência de calor pelo contato entre o bagaço e os gases quentes) ou indiretos (transferência de calor através de uma parede de contato), conforme análise e tomada de decisão da equipe de projeto. A respeito dos secadores, outro ponto a ser definido no planejamento é o tipo de combustível empregado nos queimadores. A escolha de determinado combustível pode conduzir à contratação de um insumo não disponível na planta atual da usina, criando-se assim mais uma variável no planejamento do projeto. Os queimadores disponíveis no mercado operam a gás natural ou GLP, óleo combustível e biomassa; neste último caso, o próprio briquete produzido na usina. O bagaço seco e moído pode então ser encaminhado à estação de compactação de biomassa, juntamente com a palha moída. O processo de adensamento ocorre ao se submeter a biomassa a pressões elevadas, o que gera um aumento de temperatura na ordem de 100 ºC. Essa temperatura é suficiente para plastificar a lignina presente nos vegetais, que serve como aglomerante na compactação da biomassa. A presença dessa liga natural dos vegetais dispensa o uso de aglomerantes na fabricação de briquetes de biomassa. Vale ressaltar algumas características energéticas dos briquetes de bagaço da canade-açúcar: a) é um combustível sólido e renovável; b) pode ser facilmente transportado em embalagens ou a granel, e armazenado por longo período; c) o seu tamanho possibilita a alimentação automatizada de fornos e caldeiras; d) o volume do briquete pode ser dez vezes menor quando comparado ao volume do bagaço úmido; e e) devido à sua baixa umidade, o poder calorífico pode ser até dez vezes maior que o do bagaço úmido. Simultaneamente ao planejamento dos métodos de processamento do bagaço e da palha da cana, a equipe de projeto deverá analisar e definir as possibilidades de destino para o combustível produzido. Uma parte dos briquetes deverá ser destinada à alimentação das caldeiras da própria usina sucroalcooleira, em substituição ao bagaço antes queimado úmido. O excedente poderá ter dois destinos: a) comercialização como combustível sólido para a alimentação de caldeiras em usinas termelétricas e indústrias de qualquer natureza; ou b) produção de energia elétrica a partir de uma planta de conversão térmica anexa à usina de açúcar e etanol. A crise energética de 2001 fez o Governo Federal mudar alguns paradigmas relacionados ao setor energético. A Lei n. 9.074, de 1995, que consolidou a abertura do mercado de energia, e a criação do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Produção de Energia (PROINFA), em 2002, abriram possibilidade aos pequenos

geradores de buscar recursos para produzir e comercializar energia proveniente de fontes mais limpas e sustentáveis. Verifica-se desde já a existência de projetos de geração e comercialização de energia elétrica por parte de usinas sucroalcooleiras. No estado de São Paulo, 150 usinas de etanol totalizam 1.700 MW de potência instalada em ciclo integrado com a produção do combustível; entretanto, com um maior aproveitamento do bagaço e da palha da cana-de-açúcar, esse potencial pode ser rapidamente ampliado para 3.000 MW (GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO, 2007). O retorno financeiro para as usinas que geram e comercializam energia corresponde aproximadamente a 8% do faturamento total. Em usinas mais modernas, com maior eficiência energética, essa parcela pode chegar a 13%. Ao optar pela geração de energia elétrica, a equipe de projeto designada pela usina sucroalcooleira deverá acrescentar no planejamento do projeto as atividades relacionadas à geração de eletricidade em planta termelétrica integrada à produção de açúcar e álcool. Para definir esse processo de geração, a equipe solicitará a contratação de empresa consultiva para desenvolver os projetos de máquinas térmicas, subestação e conexão à rede, quando for o caso. A contratada deverá ser capaz de definir algumas questões: a) a capacidade instalada da unidade geradora; b) as características das máquinas de conversão térmica; c) a forma de distribuição da energia elétrica dentro dos limites da usina sucroalcooleira; d) estudos para conexão à rede de distribuição ou rede básica, quando for o caso; e e) infra-estrutura da planta de geração, subestação elevadora e conexão com o Sistema Integrado Nacional (SIN). O planejamento deve incluir também as atividades relacionadas à legalização do gerador junto à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e à Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE), órgãos que regulamentam e fiscalizam a comercialização de energia. Porém, é responsabilidade do gerador celebrar os contratos de fornecimento de energia junto às Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás) e os contratos de conexão à rede de distribuição ou rede básica, conforme for o caso. A equipe de projeto deve desenvolver e encaminhar ao Operador Nacional do Sistema (ONS) ou à companhia de distribuição estudos de conexão da unidade geradora à rede. Os estudos devem contemplar: a) a influência na rede das saídas da central geradora; b) a estabilidade da unidade geradora diante das perturbações da rede; c) estudo das proteções da unidade geradora, coordenadas com as proteções da rede; d) estudos de transitórios, transformadores e coletores, quando necessários; e e) aspectos contratuais e de operação da subestação.

Cabe ao ONS ou à companhia de distribuição encaminhar à ANEEL o Parecer Conclusivo de Acesso (PAC) em prazo determinado. A ANEEL, por sua vez, confrontará as informações do PAC e os estudos realizados pela usina sucroalcooleira, e emitirá atos administrativos decidindo sobre as divergências, com vistas à aprovação dos contratos de acesso.

3.2 Estimativa do tempo e dos recursos do projeto Definidas as atividades para o desenvolvimento do projeto e seu seqüenciamento, a equipe de gerenciamento deverá quantificar por orçamentos aproximados os recursos necessários para a execução de cada atividade apresentada no seqüenciamento, incluindo a mão-de-obra necessária, contratações, equipamentos, instalações e materiais, além de previsões de variáveis como inflação e contingência de recursos, que podem influenciar nos valores obtidos. Ainda, deverá determinar a quantidade de cada recurso e o momento em que estarão disponíveis para a execução das atividades do projeto. A partir dessas informações elaborar-se-á uma estimativa de custos, considerandose mais de uma alternativa. Essa estimativa de custo servirá como base para a orçamentação do projeto, que compreende o somatório dos custos estimados de cada atividade. A orçamentação, também de responsabilidade da equipe de gerenciamento, servirá como índice para a medição de desempenho do projeto. Paralelamente, a equipe de projeto deverá elaborar uma estimativa do tempo de duração de cada atividade, com base no escopo de trabalho do projeto, na seqüência de atividades e na estimativa de recursos, já desenvolvidos anteriormente. Essa estimativa de duração das atividades deve contemplar os períodos de trabalho necessários para a conclusão de cada atividade e sua posição no tempo do projeto. De posse das atividades, do tempo e dos recursos necessários para o encerramento delas, a equipe de projeto disporá do subsídio necessário para desenvolver o cronograma do projeto. É no cronograma que serão definidos os períodos de trabalho de início e de término de cada atividade do projeto.

4 GERENCIAMENTO DOS RISCOS DO PROJETO O Guia PMBOK define risco como “evento ou condição incerta que se ocorrer tem um efeito positivo ou negativo sobre ao menos um dos objetivos do projeto”. Verifica-se que os riscos são inerentes a todos os projetos pela interação entre aquilo que deve acontecer e aquilo que pode acontecer. Gerenciar os riscos significa aumentar a probabilidade de ocorrência e os impactos de eventos positivos, e diminuir a probabilidade de ocorrência e os impactos de eventos negativos sobre os objetivos do projeto. A equipe de gerenciamento

do projeto deverá identificar, qualificar e quantificar todo evento passível de risco, e encontrar a melhor forma para neutralizar seus efeitos sobre os objetivos do projeto. Por exemplo, a mecanização da colheita implica desemprego, então se faz necessário apontar medidas mitigadoras para esse impacto social, a fim de evitar que o projeto e seus objetivos não sejam encarados como fonte de problema social. Da mesma forma, deve-se avaliar o desperdício causado pela redução de alguns centímetros no tamanho da cana, evitando-se assim surpresas na avaliação de produção por hectare. No caso de lavouras com superfícies irregulares, é preciso mapear a área de plantio e mensurar inclinações superiores a 12% antes da aquisição das máquinas, confirmando-se a possibilidade de aplicação ou não do corte mecanizado. A equipe de gerenciamento deve definir no projeto medidas que garantam a manutenção do interesse de todas as partes em todos os tempos do projeto. De forma geral, a abertura de parcerias resulta em atrasos no cronograma do projeto e, algumas vezes, em gasto excedente de recursos financeiros. O projeto e seus processos devem contemplar integralmente as expectativas do agricultor, a fim de evitar o corte no fornecimento da palha da cana-de-açúcar. O não-fornecimento da palha pode pôr em risco uma série de recursos investidos; ou, então, a opção por um novo fornecedor de insumo, talvez mais afastado da usina, pode influenciar no custo final da produção. Outro ponto fundamental, que representa um risco para o projeto, é o destino dado ao produto resultante do aproveitamento da palha e do bagaço da cana. Cabe ao projeto garantir a comercialização da produção, sejam os briquetes de biomassa ou o excedente de energia elétrica. Caso o objetivo do projeto seja a geração de energia elétrica, o projeto pode contemplar a comercialização dos briquetes como uma alternativa imediata para destinação da biomassa.

5 EXECUÇÃO E CONTROLE DO PLANO DE PROJETO O processo de execução tem como objetivo atingir integralmente todos os requisitos estabelecidos no escopo do projeto. É nessa fase que a equipe de gerenciamento coordenará os recursos do projeto para pôr em prática aquilo que foi planejado, e no tempo em que foi estimado. Na realização desse processo, um grande esforço será despendido por parte da equipe de gerenciamento. A usina sucroalcooleira mobilizará a equipe responsável pela implantação do sistema de aproveitamento do bagaço e da palha da cana-deaçúcar. Nesse momento também serão escolhidos os fornecedores de equipamentos, mão-de-obra, materiais ou qualquer outro recurso necessário. Por esse motivo, é na execução que a maior parte dos recursos, financeiros e humanos, são aplicados. É ainda na execução do projeto que uma grande quantidade de tarefas é realizada

em tempo reduzido e com grande afinco de recursos. Nessa etapa do projeto, a equipe de gerenciamento deve dispor de um rigoroso plano de gestão da qualidade. Um grande número de pessoas diretamente envolvidas aumenta a possibilidade da ocorrência de erros, e por esse motivo é fundamental que o plano de execução contemple a garantia da qualidade do projeto. São muitas as variáveis que envolvem o processo de execução do projeto, e é responsabilidade de cada equipe de gerenciamento decidir quais alternativas melhor satisfazem os requisitos da sua organização e garantir o padrão de qualidade exigido por ela. Esse é um dos motivos pelos quais o Guia PMBOK define alguns processos para o monitoramento e o controle das atividades do projeto. É preciso monitorar e controlar o projeto para que se tenha uma avaliação dos desvios do plano do projeto. À medida que essas variações tornam-se significativas, talvez seja preciso realizar adequações naquilo que foi planejado. O processo de monitoramento e controle acontece transversalmente aos demais processos do projeto, não ocorrendo somente na fase de execução. Com base nos resultados de suas medidas, a equipe de gerenciamento do projeto de aproveitamento da biomassa da cana-de-açúcar poderá realizar o controle do escopo, do cronograma e dos custos do projeto. A partir da interação desses três índices, a equipe de projeto poderá construir o relatório de desempenho de projeto e verificar se os resultados estão em conformidade com os requisitos estabelecidos pela organização. Monitorar e controlar as atividades do projeto garante também o gerenciamento das partes interessadas no projeto. De posse das informações de desempenho do projeto, a equipe de gestão de projeto pode assegurar o gerenciamento de possíveis conflitos entre as partes interessadas e assim garantir a manutenção de todas elas. Gerenciar conflitos significa preservar a harmonia do projeto e a sinergia entre as partes envolvidas. Depois de posto em prática com êxito tudo o que foi planejado, a equipe de projeto preocupar-se-á com o encerramento do projeto. O encerramento pode ser entendido como a finalização de todas as atividades em todos os grupos de processos de gerenciamento, para concluir formalmente o projeto. Os contratos de fornecedores, parceiros e terceirizados serão encerrados após avaliação prévia, e o projeto poderá ser considerado concluído.

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS Empresas de vanguarda fazem uso do gerenciamento de projetos e de ferramentas como o Guia PMBOK, com o objetivo de padronizar seus processos e garantir que os projetos sejam executados conforme foram planejados. Analogamente, as necessidades do mercado consumidor exigem que as organizações apliquem seus recursos de maneira inteligente e eficaz, de modo a manter o valor agregado de seus produtos e a reduzir o custo final de produção.

No caso do desenvolvimento de um sistema de aproveitamento de biomassa da cana-de-açúcar, fatores como o caráter intermitente do fornecimento do insumo, metas para a redução das queimadas e emissão de gases do efeito estufa, geração de créditos de carbono, o Proinfa e a caracterização do negócio como um Mecanismo de Desenvolvimento Limpo colaboram para o sucesso do projeto, porém não o garantem. Somente pelo uso de técnicas de gerenciamento é que o projeto atenderá a todas as expectativas do empresário que se propuser a implementá-lo. A proposta deste estudo é servir como uma ferramenta de apoio à tomada de decisões, e não expor verdades absolutas a respeito dos benefícios do desenvolvimento de um projeto para aproveitamento da biomassa da cana-de-açúcar. Após a análise de algumas das alternativas, cabe a cada equipe de gerenciamento do projeto avaliar os benefícios da implantação ou da manutenção dos métodos tradicionais de tratamento da biomassa da cana-de-açúcar. Vale ressaltar que um projeto justifica-se por seu caráter temporário e também por sua singularidade, ou seja, mais de um projeto visando a um mesmo objetivo provavelmente compreenderá rotinas e atividades diferentes, entretanto, se bem planejados, todos estarão enquadrados nos cinco grupos de processos definidos pelo Guia PMBOK e suas ferramentas e técnicas para o gerenciamento de projetos.

Tabela 1. Mapeamento entre os processos de gerenciamento de projetos e os grupos de processos de gerenciamento de projetos e as áreas de conhecimento Processos de área de conhecimento

Integração do gerenciamento de projetos

Grupos de processos de gerenciamento de projetos Grupo de processos de iniciação

1. Desenvolver o termo de abertura do projeto 2. Desenvolver a declaração do escopo preliminar do projeto

Grupo de processos de planejamento

3. Desenvolver o plano de gerenciamento do projeto

Grupo de processos de execução

Grupo de processos de monitoramento e controle

Grupo de processos de encerramento

4. Orientar e gerenciar a execução do projeto

5. Monitorar e controlar o trabalho do projeto 6. Controle integrado de mudanças

7. Encerrar o projeto

Gerenciamento do escopo do projeto

8. Planejamento do escopo 9. Definição do escopo 10. Criar Estrutura Analítica do Projeto (EAP)

11. Verificação do escopo 12. Controle do escopo

Gerenciamento do tempo do projeto

13. Definição da atividade 14. Seqüenciamento de atividades 15. Estimativa de recursos da atividade 16. Estimativa de duração da atividade 17. Desenvolvimento de cronograma

18. Controle do cronograma

Gerenciamento de custos do projeto

19. Estimativa de custos 20. Orçamentação

21. Controle de custos

Gerenciamento da qualidade do projeto

22. Planejamento da qualidade

23. Realizar a garantia da qualidade

24. Realizar o controle da qualidade

Gerenciamento de recursos humanos do projeto

25. Planejamento de recursos humanos

26. Contratar ou mobilizar a equipe do projeto 27. Desenvolver a equipe do projeto

28. Gerenciar a equipe do projeto

Gerenciamento das comunicações do projeto

29. Planejamento das comunicações

30. Distribuição das informações

31. Relatório de desempenho 32. Gerenciar as partes interessadas

Gerenciamento de riscos do projeto

33. Planejamento do gerenciamento de riscos 34. Identificação de riscos 35. Análise qualitativa de riscos 36. Análise quantitativa de riscos 37. Planejamento de respostas a riscos

Gerenciamento de aquisições do projeto

39. Planejar compras e aquisições 40. Planejar contratações

38. Monitoramento e controle de riscos

41. Solicitar respostas de fornecedores 42. Selecionar fornecedores

43. Administração de contrato

44. Encerramento

(adaptado da Tabela 3-45, PMBOK, 2004, p. 70)

REFERÊNCIAS BM&F – Bolsa de Mercadorias e Futuros. Disponível em: <http://www.bmf.com.br>. Acesso em: 24 nov. 2007. CTC – Centro de Tecnologia Canavieira. Disponível em: <http://www.ctc.com.br>. Acesso em: 8 jul. 2008. FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. Disponível em: <http://www.fapesp.br>. Acesso em: 24 nov. 2007. GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO. Disponível em: <http://www.saopaulo. sp.gov.com.br>. Acesso em: 24 nov. 2007. PMBOK (Project Management Body of Knowledge) 2004. Um Guia do Conjunto de Conhecimentos em Gerenciamento de Projetos (Guia PMBOK®). 3. ed. 2004. PMI (Project Management Institute), Four Campus Boulevard, Newtown Square, PA 190733299 EUA. Disponível em: <http://www.pmisp.org.br/>. Acesso em: 25 nov. 2007. REVISTA CIÊNCIA HOJE ONLINE. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/>. Acesso em: 20 out. 2007. UNICA – União da indústria de cana-de-açúcar. Disponível em: <http://www.unica. com.br>. Acesso em: 8 jul. 2008.

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GRADUAÇÃO

>>> POTENCIAL DE ECONOMIA DE ENERGIA ELÉTRICA POR MEIO DA REDUÇÃO DA DEMANDA POR ÁGUA POTÁVEL NA CIDADE DE FLORIANÓPOLIS Lúcio Costa Proença, Davi da Fonseca Tavares e Gabriel Marcon Coelho

RESUMO O uso racional de água e de energia elétrica é hoje uma necessidade e um desafio para a promoção de um modelo de desenvolvimento mais sustentado e ambientalmente menos impactante. Em muitos casos, tais como em concessionárias de água e esgoto, o uso eficiente da energia elétrica depende diretamente do uso racional da água. Este trabalho tem como objetivo principal estimar o potencial de economia de energia elétrica através da redução da demanda de água potável nos setores residencial, comercial e público da cidade de Florianópolis (responsáveis por 98,9% do consumo de água da cidade). Conhecendo os indicadores operacionais dos serviços de saneamento de Florianópolis, o potencial de economia de água potável e a demanda de água para os três setores, pode-se estimar a economia de energia elétrica decorrente da redução da demanda por água potável e tratamento de esgoto. A redução na demanda de água potável foi estimada com base em estudos sobre usos finais de água em diferentes tipologias de edificações localizadas em Florianópolis, considerando três alternativas de redução de consumo: instalação de bacias sanitárias mais econômicas, reúso de águas cinzas e aproveitamento de água pluvial. Para os setores residencial, comercial e público, estimou-se em 30,0%, 53,4% e 76,0%, respectivamente, os potenciais médios de redução na demanda de água potável. Isso representa uma economia de água de 11.372.750 m³/ano e uma conseqüente economia de energia elétrica igual a 4,8 GWh/ano, o que seria suficiente para o abastecimento de 1.227 residências em Florianópolis, com consumo médio de 325,7 quilowatts-mês. PALAVRAS-CHAVE: Economia de energia elétrica. Eficiência energética. Uso racional da água.

ABSTRACT Nowadays, it is very important that water and energy are used rationally as this is a need and a challenge to promote sustainable development with less environmental impact. In many cases, such as water and sewage utilities, efficient use of energy

depends directly on rational water consumption. The main objective of this paper is to estimate the potential for energy savings by reducing residential, commercial and public sector potable water demand in the city of Florianópolis. These three sectors account for 98.9% of total water consumption in the city. By using data related to energy consumption and costs that apply to the local water utility for water and sewage treatment, as well as the potential savings in potable water across the three sectors, it is possible to estimate the potential for energy savings by reducing potable water demand and sewage treatment. Potable water demand reduction was estimated by using results available in the literature about end uses for water in different types of buildings located in Florianópolis. Three options were considered: installing dual flush toilets, reusing greywater and using rainwater. The average potential for potable water savings were 30.0%, 53.4% and 76.0%, respectively, for the residential, commercial and public sectors. Thus, the average potable water savings amount to 11,372,750 m³/year, and the energy savings, 4.8 GWh/year, which is enough to supply 1,227 houses or flats in Florianópolis, with an average energy consumption of 325.7 kWh/month. KEYWORDS: Energy savings. Energy efficiency. Potable water consumption.

1 INTRODUÇÃO A universalização dos serviços de água e esgoto no Brasil, com investimentos estimados pelo Ministério das Cidades em R$ 178 bilhões até 2020, tende a aumentar significativamente a demanda por energia elétrica. Por esse motivo, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel) possui uma linha de ações voltada especificamente para o uso eficiente da energia elétrica no saneamento (PROCEL SANEAR, 2008). Segundo SNIS (2007), a energia elétrica corresponde, em média, a 15,8% das despesas de exploração em prestadores de serviços de água e esgoto de abrangência regional e a 19,2% nos prestadores de serviços de abrangência local. Na cidade de Florianópolis, as despesas com energia elétrica correspondem a 13,5% das despesas de exploração da Companhia Catarinense de Águas e Saneamento (Casan). O elevado gasto de energia elétrica nos serviços de água e esgoto se deve basicamente ao consumo de energia pelos sistemas de bombeamento e de tratamento de água e esgoto. Portanto, qualquer redução da demanda por água potável em edificações resultará na diminuição do consumo de energia para tratamento de água e esgoto. Como não se encontram estudos sobre o impacto da redução do consumo de água no consumo de energia das concessionárias brasileiras, este trabalho propõe um estudo inicial para a cidade de Florianópolis.

2 OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo estimar o potencial de economia de energia elétrica decorrente da redução da demanda por água potável e conseqüente redução no volume de esgoto gerado nos setores residencial, comercial e público da cidade de Florianópolis.

3 METODOLOGIA Para atingir o objetivo do trabalho, o passo inicial foi estimar o potencial de economia de água potável nos setores residencial, comercial e público de Florianópolis. Tal potencial foi obtido por meio de revisão da literatura, identificando-se as atividades que não necessitam de água potável nas edificações. Um cenário considerando a implementação de três alternativas de redução do consumo de água potável foi analisado: instalação de bacias sanitárias com descarga dual,¹ reúso de águas cinzas² e aproveitamento de água pluvial. O potencial de economia de energia elétrica decorrente da redução do consumo de água potável nos três setores considerados foi estimado por meio do uso de indicadores operacionais da prestadora de serviços de saneamento local, disponíveis em SNIS (2007). Esses indicadores abrangem, entre outras informações, o consumo de energia nas atividades de captação, tratamento e distribuição de água, e coleta e tratamento de esgoto. O detalhamento do método utilizado para se atingir o objetivo do trabalho é apresentado a seguir.

3.1 Usos finais de água potável Os potenciais de economia de água potável de cada setor foram obtidos de estudos sobre usos finais de água potável³ realizados em edificações localizadas na região de Florianópolis. Assumiu-se que as edificações consideradas nos estudos seriam representativas para caracterizar os setores residencial, comercial e público de Florianópolis. Para o setor residencial foram considerados os usos finais de três blocos de edificações multifamiliares e os usos finais de duas edificações unifamiliares. Para o setor público, foram considerados os dados levantados em dez edifícios públicos e, para o setor comercial, os dados levantados em dez edifícios de escritórios.

3.2 Alternativas para redução do consumo de água potável Com base nos usos finais de água de cada uma das edificações dos três setores, foram identificadas as atividades que não necessitam de água potável, que representam o volume de água que pode ser economizado por meio das três alternativas consideradas. Para estimar o potencial de economia de água potável, considerou-se a aplicação das três alternativas de redução do consumo em conjunto. Priorizou-se, na aplicação das alternativas, a instalação de bacias sanitárias com descarga dual. A demanda de água não potável remanescente após a instalação das bacias sanitárias com descarga dual é atendida pelo reúso de águas cinzas. Após a implementação do reúso de águas cinzas, caso a demanda de água não potável não tenha sido inteiramente atendida, faz-se também o aproveitamento de água pluvial. O potencial de economia de água potável referente a esse cenário foi utilizado no cálculo do potencial de economia de energia elétrica. A prioridade dada às duas primeiras alternativas justifica-se pelo fato de estas reduzirem também a quantidade de esgoto gerado. As bacias sanitárias com descarga dual reduzem a quantidade de água consumida, conseqüentemente reduzindo em igual quantidade o volume de esgoto gerado. O reúso de águas cinzas promove a utilização de certo volume de água duas vezes (inicialmente nas torneiras, em seguida nas descargas de bacias sanitárias), reduzindo pela metade o volume de esgoto gerado. O aproveitamento de água pluvial apenas substitui a utilização de água potável por pluvial, não alterando a quantidade de esgoto gerada.

3.2.1 Bacias sanitárias com dispositivo dual de descarga Devido ao alto consumo de água nas descargas de bacias sanitárias (indicado pelos estudos sobre usos finais de água citados neste trabalho), considerou-se que as bacias sanitárias com dispositivo dual de descarga são os aparelhos economizadores com maior potencial de redução no consumo de água potável para os casos estudados. Segundo a Sabesp (2008), as bacias sanitárias com dispositivo dual de descarga reduzem o consumo de água entre 50% e 75%, em comparação com as bacias sanitárias convencionais. Adotou-se, portanto, a instalação de bacias sanitárias com descarga dual como a primeira alternativa a ser implementada no cenário considerado. Os potenciais de redução na demanda de água potável por meio dessa alternativa nos setores residencial e público foram estimados considerando-se uma redução de 50% no consumo de água para descargas de bacias sanitárias. Para o setor comercial, os resultados foram obtidos de outra forma. Foram utilizados os resultados apresentados em Proença (2008), que avaliou o potencial de redução na demanda de água potável mediante a instalação de bacias sanitárias com dispositivo dual de descarga em dez edifícios de escritórios. As análises foram feitas com base nos hábitos de consumo

dos ocupantes dos edifícios, considerando que a descarga de três litros era acionada em 50% das utilizações das bacias sanitárias.

3.2.2 Reúso de águas cinzas A segunda alternativa a ser implementada, no cenário considerado, foi o reúso de águas cinzas. A disponibilidade de águas cinzas foi obtida considerando-se que a água proveniente de torneiras dos banheiros e chuveiros, após tratamento simples, pode ser reutilizada em atividades não potáveis, tais como descargas de bacias sanitárias, mictórios, irrigação de jardins e limpeza de áreas externas. Ressalta-se que a demanda por água não potável referente às bacias sanitárias já considera a implementação de descargas dual. A Tabela 1 apresenta as atividades e aparelhos sanitários considerados como de consumo de água não potável e como fonte de águas cinzas para cada setor. Nos casos em que a demanda por água não potável é maior do que a oferta de águas cinzas, o potencial de economia de água potável é igual ao volume de águas cinzas gerado. Já quando a oferta de águas cinzas é maior do que a demanda por água não potável, o potencial de economia corresponde à demanda por água não potável. Tabela 1. Classificação de consumos não potáveis Setor

Consumo não potável

Potencial de reúso (fontes de águas cinzas)

Residencial (unifamiliar)

Bacia sanitária e limpeza

Chuveiro e torneira do banheiro

Residencial (multifamiliar)

Bacia sanitária e limpeza

Chuveiro e torneira do banheiro

Público

Bacia sanitária, mictório, limpeza e irrigação de jardins

Chuveiro e torneira do banheiro

Comercial

Bacia sanitária

Torneira do banheiro

3.2.3 Aproveitamento de água pluvial A terceira alternativa implementada foi o aproveitamento de água pluvial. Após a redução no consumo de água decorrente da implementação das duas alternativas anteriores, a demanda remanescente por água não potável pode ser atendida por meio do aproveitamento de água pluvial. Para avaliar o potencial de economia de água potável ao se fazer o aproveitamento

de água pluvial, foi utilizado o programa computacional Netuno (GHISI; TAVARES, 2008). O programa Netuno simula um sistema de aproveitamento de água pluvial constituído por um reservatório superior e um inferior de água pluvial, levando-se em consideração a área de captação, a demanda diária de água potável e pluvial, o número de ocupantes da edificação e o coeficiente de aproveitamento.4 Essas análises foram feitas para as edificações dos três setores. Em todas as simulações utilizou-se um coeficiente de aproveitamento igual a 0,8 (20% de perdas) e dados de precipitação diária de um período de sete anos para a cidade de Florianópolis, fornecidos pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina S.A. (Epagri). Para o setor residencial, que possui 75% de edificações unifamiliares e 25% de multifamiliares (IPUF, 2006), os usos finais foram consultados em Ghisi e Oliveira (2007) e Ghisi e Ferreira (2007) respectivamente. A área de captação adotada foi de 85 m² para residências unifamiliares e de 3,75 m² por morador para residências multifamiliares (GHISI, 2006). A demanda per capita de água potável adotada corresponde à demanda média para a cidade de Florianópolis, igual a 175 litros/dia (SNIS, 2007). Dessa forma, o potencial de economia de água potável ao se fazer uso de água pluvial no setor residencial foi obtido a partir da média ponderada das duas diferentes tipologias das residências consideradas. No setor público, os usos finais de água assim como os outros dados de entrada para o Netuno foram obtidos de Kammers e Ghisi (2006). Para o setor comercial, foram considerados os resultados apresentados em Proença (2008).

3.3 Economia de energia elétrica Para os cálculos do potencial de economia de energia elétrica a partir da redução na demanda de água potável, foram utilizados alguns indicadores de serviços de saneamento de Florianópolis, constantes no Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos para o ano de 2006 (SNIS, 2007). Esse diagnóstico reúne informações sobre os sistemas de saneamento brasileiros, bem como indicadores (institucionais, administrativos, econômico-financeiros, técnico-operacionais e da qualidade) calculados com base nessas informações. Para calcular a economia de energia elétrica, fez-se necessário estimar inicialmente o potencial de redução no consumo de água potável considerando-se a implementação das três alternativas de redução do consumo. A Equação 1 foi utilizada na estimativa do potencial de economia de água potável. (Eq. 1) onde: V é o potencial de economia de água potável nos setores residencial, comercial e público, em metros cúbicos por ano;

PE é o potencial de economia de água potável do setor, em porcentagem (obtido conforme explicitado no item 3.2); e C é o volume consumido pelo setor no ano de 2006, em metros cúbicos. O volume total de água consumido foi obtido de SNIS (2007). A distribuição desse volume entre os três setores foi feita com base em dados fornecidos pela Casan. Sabendo-se o volume de água a ser economizado, foi possível calcular a economia de energia elétrica decorrente da não-utilização desse volume de água (economia de energia elétrica com a captação, tratamento e distribuição de água potável), por meio das Equações 2 e 3. (Eq. 2) onde: EEágua é a economia de energia elétrica obtida pela economia de água nos setores residencial, comercial e público, em quilowatts-hora por ano; V é o potencial de economia de água potável nos setores residencial, comercial e público, em metros cúbicos por ano, obtido por meio da Equação 1; e CEágua é o consumo de energia elétrica por metros cúbicos de água produzida, em quilowatts-hora por metro cúbico (SNIS, 2007). A Equação 3, análoga à Equação 2, foi utilizada para o cálculo da economia de energia elétrica através da redução na geração de esgoto (EEesgoto). A redução na geração de esgoto ocorre somente com a instalação de bacias sanitárias com descarga dual e do reúso de águas cinzas. O aproveitamento de água pluvial reduz o consumo de água potável, mas continua gerando a mesma quantidade de esgoto, por isso não é considerado na Equação 3. (Eq. 3) onde: EEesgoto é a economia de energia elétrica obtida pela economia de água nos setores residencial, comercial e público, em quilowatts-hora por ano; V é o potencial de economia de água potável por meio da utilização de bacias sanitárias com descarga dual e do reúso de águas cinzas nos setores residencial, comercial e público, em metros cúbicos por ano, obtido por meio da Equação 1; e CEesgoto é o consumo de energia elétrica por metro cúbico de esgoto tratado, em quilowatts-hora por metro cúbico (SNIS, 2007).

A economia total de energia elétrica é calculada segundo a Equação 4. A economia de energia elétrica nos sistemas de saneamento traduz-se também em uma economia financeira (redução dos custos operacionais) para a prestadora de serviços de saneamento local (Casan), calculada utilizando-se a Equação 5. (Eq. 4) onde: EEtotal é a economia total de energia elétrica, em quilowatts-hora por ano; EEagua é a economia de energia elétrica através da economia de água dos três setores (residencial, comercial e público), em quilowatts-hora por ano; EEesgoto é a economia de energia elétrica através da redução na geração de esgoto dos três setores (residencial, comercial e público), em quilowatts-hora por ano.

(Eq. 5) onde: EF é a economia financeira, em reais por ano; EEtotal é a economia total de energia elétrica, em quilowatts-hora por ano, obtida por meio da Equação 4; e CEeletrica é o custo da energia elétrica para a Casan, em reais por quilowatts-hora (SNIS, 2007). Para estimar a redução na arrecadação da concessionária, decorrente da redução do volume de água faturado, utilizou-se a Equação 6. (Eq. 6) onde: RA é a redução na arrecadação da concessionária, em reais por ano; Ta é a tarifa média de água, em reais por metro cúbico (SNIS, 2007); Va é o potencial de economia de água potável nos setores residencial, comercial e público, em metros cúbicos por ano; Te é a tarifa média de esgoto, em reais por metro cúbico (SNIS, 2007); e Ve é o potencial de economia de água potável por meio da utilização de bacias sanitárias com descarga dual e do reúso de águas cinzas nos setores residencial, comercial e público, correspondente à redução na geração de esgoto, em metros cúbicos por ano.

4 RESULTADOS Nesta etapa do trabalho, são apresentados os resultados de potencial de economia de energia elétrica a partir da redução do consumo de água. Também são apresentados os dados considerados neste estudo, tais como as estimativas de usos finais de água potável e os indicadores presentes em SNIS (2007), além do potencial de economia de água potável por meio da implementação de cada alternativa de redução do consumo considerada.

4.1 Usos finais de água potável Como explicitado na metodologia, os usos finais de água nos diferentes setores de Florianópolis foram pesquisados, visando estimar o potencial de economia de água. A partir desses usos finais, foi estimada a disponibilidade média de águas cinzas para cada setor, bem como a demanda média por água não potável, segundo a classificação de atividades adotada e apresentada na Tabela 1. A Tabela 2 apresenta a média dos usos finais de água potável para cada setor, discriminando os usos não potáveis e as fontes de águas cinzas (águas para reúso). Tabela 2. Usos finais de água potável em diferentes setores de Florianópolis Usos finais de água (%) Bacia sanitária Mictório Chuveiro Torneira do banheiro Lavação de roupa Torneira da cozinha Preparo de alimentos Lavadora de louça Limpeza Outros usos¹ Irrigação do jardim Total (*) Consumo não potável (**) Águas cinzas disponíveis para reúso

Residencial unifamiliar 28,0(*) 39,2(**) 4,9(**) 7,2 20,8 100,0 28,0 44,1

Setor Residencial Público multifamiliar 33,2(*) 47,5(*) 24,4(*) 22,6(**) 1,0(**) 16,0(**) 15,4(**) 4,7 0,8 19,9 2,9(*) 3,0(*) 7,6 1,1(*) 100,0 100,0 36,1 76,0 38,6

16,4

Comercial 67,6(*) 18,3(**) 2,4 11,7 100,0 67,6 18,3

Fonte: Adaptado de Ghisi e Ferreira (2007), Ghisi e Oliveira (2007), Kammers e Ghisi (2006) e Proença (2008) ¹ Nota: O item “Outros usos”, no setor público, corresponde ao consumo da cafeteira, lavação de carro, torre de resfriamento e restaurante. Já no setor comercial, corresponde à utilização das torneiras de copas, lavação de alimentos e água para consumo humano.

4.2 Redução do consumo de água potável A seguir são apresentados os potenciais de economia de água potável para as alternativas de redução de consumo detalhadas no item 3.2 da metodologia. As bacias sanitárias representam os maiores consumos de água potável, como apresentado na Tabela 2. Substituindo bacias sanitárias convencionais por aparelhos com descarga dual, verificou-se um potencial de redução do consumo de água potável entre 14,0% e 27,7%, como pode ser observado na Tabela 3. Tabela 3. Potencial de economia de água potável por meio da instalação de bacias sanitárias com descarga dual Alternativa de redução no consumo de água potável

Consumo de água (%) Residencial Média

Público

Comercial*

Unifamiliar

Multifamiliar

Usos finais com bacias sanitárias convencionais

28,0

33,2

29,3

47,5

67,6

Usos finais com bacias sanitárias com descarga dual

14,0

16,6

14,7

23,8

39,9

Potencial de economia de água potável (%)

14,0

16,6

14,7

23,8

27,7

* Fonte: Proença (2008)

A Tabela 4 apresenta o potencial de economia de água potável por meio do reúso de águas cinzas para cada setor de consumo. Observa-se que, no setor residencial, a instalação de bacias sanitárias com descarga dual e o reúso de águas cinzas são suficientes para suprir toda a demanda inicial por água não potável (Tabela 2), não havendo necessidade de aproveitamento de água pluvial. Já para os setores público e comercial, a instalação de descargas dual e o reúso de águas cinzas não foram suficientes para suprir toda a necessidade de água não potável.

Tabela 4. Potencial de economia de água potável por meio do reúso de águas cinzas Alternativa de redução no consumo de água potável

Consumo de água (%) Residencial

Público

Média

Comercial

Unifamiliar

Multifamiliar

Demanda por água não potável*

14,0

19,5

15,4

52,3

39,9

Águas cinzas disponíveis para reúso

44,1

38,6

42,7

16,4

18,3

Potencial de economia de água potável (%)

14,0

19,5

15,4

16,4

18,3

Demanda remanescente por água não potável (%)

35,8

21,6

*Considerando a instalação de bacias sanitárias com descarga dual

O potencial de economia de água potável por meio do aproveitamento de água pluvial foi, portanto, calculado apenas para os setores público e comercial, utilizando-se o programa Netuno. Nas análises para o setor público, os dados sobre usos finais de água potável foram obtidos de Kammers e Ghisi (2006). Na Tabela 5 encontram-se, a título de exemplo, os dados de entrada de cinco das dez edificações públicas analisadas. O potencial de economia de água potável do setor público foi determinado a partir da média dos resultados das análises dos dez edifícios. Tabela 5. Dados de entrada para as simulações de aproveitamento de água pluvial para o setor público Dados de entrada Netuno

Setor público BADESC

CELESC

CREA

DETER

EPAGRI

Número de usuários

165

1035

107

324

Área de captação (m²)

780

6455

1350

252

4332

Demanda per capita de água potável (litros/dia)

29,0

67,2

32,9

31,5

29,7

Percentual de substituição de água potável por pluvial (%)

81,2

67,6

73,9

68,4

80,4

Coeficiente de aproveitamento

0,8

A mesma análise foi realizada para o setor comercial, utilizando-se os dados de dez edifícios de escritórios apresentados por Proença (2008). A Tabela 6 reúne os resultados das análises. O setor público apresentou, em média, uma demanda remanescente de água não potável (após a instalação de descarga dual e reúso de águas cinzas) igual a 35,8% do consumo de água. O aproveitamento de água pluvial mostrou-se suficiente para suprir toda a demanda remanescente do setor público. O setor comercial apresentou, em média, uma demanda remanescente de 21,6%. Devido às pequenas áreas de captação dos edifícios de escritórios, a demanda remanescente não foi completamente suprida, já que o aproveitamento de água pluvial apresentou um potencial de economia de água potável de apenas 7,4%. Tabela 6. Potencial de economia de água potável por meio do aproveitamento de água pluvial Alternativa de redução no consumo de água potável Demanda por água não potável* Economia com aproveitamento de água pluvial Demanda remanescente por água não potável

Consumo de água (%) Público Comercial 35,8

21,6

35,8

7,4

14,2

* Considerando a instalação de bacias sanitárias com descarga dual e o reúso de águas cinzas

4.3 Economia de energia elétrica em Florianópolis O cálculo da economia de energia elétrica necessitou do valor de alguns indicadores dos serviços de saneamento de Florianópolis, obtidos em SNIS (2007) e mostrados na Tabela 7. Tabela 7. Indicadores dos serviços de saneamento obtidos de SNIS (2007) Volume de água consumido no município (1.000 m³/ano) Consumo de energia elétrica por m³ de água produzida (kWh/m³) Consumo de energia elétrica por m³ de esgoto tratado (kWh/m³) Custo da energia elétrica para a Casan (R$/kWh)

1,524.322 0,34 0,56 0,28

Para estabelecer a distribuição do consumo de água nos diferentes setores de Florianópolis, foram utilizados dados disponibilizados pela Casan (Tabela 8).

Tabela 8. Distribuição do volume micromedido pela Casan entre os setores de Florianópolis Distribuição do volume micromedido (%)

Residencial

Comercial

Industrial

Público

Total

56,7

10,2

1,1

31,9

100,0

A Tabela 9 apresenta os resultados completos de potenciais de economia de água e energia elétrica. Observa-se que o setor público apresentou o maior potencial de economia de água potável (76,0%), seguido dos setores comercial (53,4%) e residencial (30%), representando uma redução média de 46,8% para a cidade de Florianópolis. Foi obtido um potencial de economia de energia elétrica igual a 4.794,6 MWh/ano, o que corresponde ao consumo de 1.227 residências em Florianópolis, com consumo médio de 325,7 kWh/mês (FEDRIGO; GONÇALVES; Figueredo, 2008). Tabela 9. Potencial máximo de economia de água e de energia elétrica em Florianópolis Potencial de economia de água potável (%) Potencial máximo de economia de água potável* Potencial máximo de redução na geração de esgoto** Economia de energia elétrica (MWh/ano)

Setor Residencial

Público

Comercial

Média

30,0

76,0

53,4

46,8

36,1

30,0

40,2

46,0

34,6

365,7

2437,0

609,2

Unifamiliar

Multifamiliar

Média

28,0

36,1

28,0

1382,7

* Considerando a instalação de bacias sanitárias com descarga dual, reúso de águas cinzas e aproveitamento de água pluvial ** Considerando apenas a instalação de bacias sanitárias com descarga dual e o reúso de águas cinzas

Embora as estratégias analisadas neste trabalho proporcionem economias significativas de água nos setores residencial, comercial e público de Florianópolis, e de energia elétrica para a concessionária, sabe-se que também haverá prejuízos para a concessionária devido à diminuição da arrecadação. Portanto, a redução na demanda por água potável também provoca um impacto econômico na concessionária de serviços de saneamento. Uma estimativa desse impacto foi realizada considerando-se apenas a redução na arrecadação e a economia de energia elétrica decorrentes da redução da demanda por água potável (Tabela 10). Observa-se que essa estimativa aponta para uma redução de aproximadamente R$ 33,2 milhões no faturamento da empresa. Tal redução, no entanto, encontra-se superestimada, uma vez que a cobrança de uma

taxa mínima de consumo por economia5 (10 m³/mês) impede que toda a economia de água potável signifique redução na arrecadação da concessionária. Tabela 10. Estimativa do impacto econômico da redução na demanda por água potável Redução na arrecadação decorrente da redução na demanda de água potável (R$/ano) Economia financeira decorrente da economia de energia elétrica (R$/ano) Diferença (R$/ano)

-34.525.692 1.342.485 -33.183.207

A redução na arrecadação da concessionária representa, por outro lado, um volume financeiro economizado pela população do município, que, em teoria, está sendo consumido desnecessariamente. Essa situação pode ser considerada como uma utilização ineficiente de recursos, tanto naturais (água e energia) quanto financeiros.

5 CONCLUSÕES O acentuado crescimento populacional verificado na cidade de Florianópolis nos últimos anos tem forçado a busca por outras fontes de água potável para o abastecimento da cidade. A busca por novas fontes de água implica onerosos investimentos, tais como a implementação de novos sistemas de captação, tratamento e adução de água, o que resulta em aumento do consumo de energia. Este trabalho teve como objetivo estimar o potencial de economia de energia elétrica por meio da redução na demanda por água potável em Florianópolis. O setor público apresentou o maior potencial de redução da demanda por água potável (76,0%), seguido dos setores comercial (53,4%) e residencial (30,0%). Verificou-se que, por meio das alternativas de redução do consumo de água consideradas, os setores público e residencial apresentam condições de suprir toda a sua demanda por água não potável com fontes alternativas de água (águas cinzas e água pluvial). Essas reduções representam uma economia anual de aproximadamente 4,8 GWh de energia elétrica, o suficiente para abastecer 1.227 residências em Florianópolis, com consumo médio de 325,7 kWh/mês. A diminuição do consumo de água potável pode representar, no curto prazo, uma redução na arrecadação (equivalente a aproximadamente R$ 33,2 milhões por ano) da empresa de saneamento local. No entanto, essa medida retarda a necessidade de expansão das redes de abastecimento de água e de tratamento de esgoto. Deve-se também considerar que a água é um bem natural cujos mananciais acessíveis e limpos

estão cada vez mais escassos, tornando o uso racional de água uma necessidade que não pode ser avaliada sob a ótica puramente econômica. Observa-se, portanto, que o consumo de água na cidade de Florianópolis não pode ser considerado como racional. Esse consumo vem sendo sustentado por um gasto desnecessário de energia elétrica e de recursos financeiros, uma vez que as soluções tecnológicas para a redução do consumo de água apresentadas já estão consolidadas e disponíveis para implementação. O uso ineficiente da água tem demandando precipitadamente novas e dispendiosas obras de infra-estrutura, tanto de saneamento quanto de geração de energia elétrica. No atual contexto brasileiro de busca de um desenvolvimento mais sustentável e universalização dos serviços de água e esgoto, o uso eficiente de recursos pode ser imprescindível para o cumprimento dessas metas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FEDRIGO, N. S.; GONÇALVES, G.; Figueredo, P. L. Avaliação do consumo energético no setor residencial brasileiro – Florianópolis. Relatório de iniciação científica (Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. GHISI, E. Potential for potable water savings by using rainwater: An analysis over 62 cities in southern Brazil. Building and Environment, v. 41, n. 2, p. 204-210, 2006. GHISI, E.; FERREIRA, D. F. Potential for potable water savings by using rainwater and greywater in a multi-storey residential building in southern Brazil. Building and Environment, v. 42, n. 7, p. 2512-2522, 2007. GHISI, E.; OLIVEIRA, S. M. Potential for potable water savings by combining the use of rainwater and greywater in houses in southern Brazil. Building and Environment, v. 42, n. 4, p. 1731-1742, 2007. GHISI, E.; TAVARES, D. F. Netuno: aproveitamento de água pluvial. Disponível em: <www.labeee.ufsc.br>. Programa computacional, 2008. HAMZO, S. T.; BARRETO, D. Avaliação da economia de água obtida pelo uso de dispositivo seletivo de descarga em bacias sanitárias com caixa acoplada. In: SIMPÓSIO NACIONAL DE SISTEMAS PREDIAIS: DESENVOLVIMENTO E INOVAÇÃO, 10., São Carlos, SP. Anais... CD-ROM, 2007.

KAMMERS, P. C.; GHISI, E. Usos finais de água em edifícios públicos localizados em Florianópolis, SC. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 6, n. 1, p. 75-90, 2006. PROCEL SANEAR. Apresentação do PROCEL SANEAR. Eletrobrás. Página na internet. Disponível em: <http://www.eletrobras.com/elb/procel/main. asp?TeamID={17B0348E-BC5F-44B2-8FB4-6A9BEEF33020}>. Acesso em: 20 maio 2008. PROENÇA, L. C. Uso racional de água em edifícios de escritórios: avaliação de alternativas para a redução do consumo de água potável. Relatório de iniciação científica (Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. PROSAB. Tecnologias de segregação e tratamento de esgotos domésticos na origem, visando a redução do consumo de água e da infra-estrutura de coleta, especialmente nas periferias urbanas. Ricardo Franci Gonçalves (Coord.). Rio de Janeiro: ABES, 2006. SABESP. Equipamentos economizadores: bacia sanitária com caixa acoplada de acionamento seletivo (3 ou 6 litros por descarga). Disponível em: <http://www. sabesp.com.br/Calandra Web/CalandraRedirect/?temp=2&temp2=3&proj=sabesp &pub=T&nome=Uso_Racional_Agua_Generico&docid=A167F7D0931DC64A832 571CE006CD621&db=>. Acesso em: 15 jul. 2008. SNIS. Diagnóstico dos serviços de água e esgotos – 2006. Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, Ministério das Cidades. Brasília: Ministério das Cidades - SNSA, 2007.

GLOSSÁRIO Bacias sanitárias com descarga dual:¹ bacias sanitárias com sistema duplo de descarga, sendo 3 litros para efluentes líquidos e 6 litros para efluentes sólidos (Hamzo; Barreto, 2007). Águas cinzas:² Águas servidas provenientes de diversos pontos de consumo de água de uma edificação (torneiras de lavatórios, chuveiros, etc.), excetuando-se águas provenientes de bacias sanitárias e pia de cozinha (PROSAB, 2006). Usos finais de água potável:³ quantificação da distribuição do consumo de água potável entre os diversos pontos de consumo de água de uma edificação.

Coeficiente de aproveitamento:4 representa o volume aproveitável de água pluvial após o desvio de escoamento inicial para descarte de folhas e detritos, além das perdas por absorção e evaporação da água pluvial ao atingir a superfície de captação. Economia:5 unidade consumidora de água (ex.: uma casa, um apartamento de um condomínio, um escritório de um edifício).

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PÓS-GRADUAÇÃO

>>> RELAÇÃO ENTRE A EFICIÊNCIA ESTABELECIDA PELA REGULAMENTAÇÃO PARA ETIQUETAGEM DO NÍVEL DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS COMERCIAIS E OS BENEFÍCIOS ECONÔMICOS PROVENIENTES DE INVESTIMENTOS NO ENVOLTÓRIO Joyce Correna Carlo

RESUMO Em 2006 o governo federal aprovou a Regulamentação para Etiquetagem Voluntária do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos, disponível em 2008 para as primeiras aplicações no mercado. Ela estabelece a classificação do nível de eficiência energética de edifícios através da análise de três principais sistemas: iluminação, condicionamento de ar e envoltório. Este trabalho tem por objetivo analisar a relação entre o retorno financeiro de investimentos em eficiência energética aplicados no envoltório e o nível de eficiência estabelecido segundo os critérios da Regulamentação. Com base em um estudo de campo que coletou dados do envoltório de 1.103 edificações em cinco capitais brasileiras, cinco modelos de edifícios comerciais foram gerados em computador para simulação no programa EnergyPlus. Medidas de conservação de energia foram aplicadas nos envoltórios dos modelos, o que gerou diversas alternativas de edifícios, a fim de simular o consumo anual de energia elétrica em Florianópolis. As alternativas simuladas tiveram os níveis de eficiência energética de seus envoltórios avaliados pela Regulamentação. Os custos de construção, de consumo e as economias de energia foram calculados tendo-se como referência um edifício de baixa eficiência, de nível E. As alternativas foram avaliadas por meio dos indicadores custo da energia conservada, pay-back e custo do ciclo de vida simplificado. Os resultados mostram a relação entre o nível de eficiência energética proposto pela Regulamentação para o envoltório e os benefícios econômicos para os diversos atores: sociedade, investidor e consumidor. PALAVRAS-CHAVE: Eficiência energética. Etiquetagem. Simulação.

ABSTRACT In 2006 the Federal Government approved the Federal Regulation for Voluntary Labeling of Energy Efficiency Levels in Commercial, Public and Service Buildings, available in 2008 for the first evaluations. It establishes the energy efficiency level of buildings by analyzing three main systems: lighting, HVAC and envelope. This study aims to evaluate the relation between cost benefits of envelope energy conservation measures and the level of efficiency labeled by the Regulation. Based on a survey that collected data from 1103 buildings in five Brazilian capital cities, five commercial building prototypes were generated for energy simulation using the Energy Plus software. Energy conservation measures for the envelope were inserted on inefficient prototypes creating several building alternatives in order to simulate annual electric consumption in Florianopolis. The simulated alternatives were evaluated using the Regulation criteria. The initial costs (construction), electricity consumption and energy savings were calculated based on a building with low envelope efficiency, labeled as E. The alternatives were also evaluated through the following indicators: cost conserved energy (CCE), pay-back and simple life cycle cost (LCC). The results show the relation between the Regulation envelope efficiency level and the cost benefits for the several players: society, investor and consumer. KEYWORDS: Energy efficiency. Labeling. Simulation.

1 INTRODUÇÃO O Brasil adotou uma nova postura em relação ao consumo de energia após a crise de abastecimento de energia de 2001. No ano de 2006 foi aprovada a Regulamentação para Etiquetagem Voluntária do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (MME, 2007b), aplicada a partir de 2008. A Regulamentação estabelece uma classificação para o nível de eficiência energética de edifícios de forma a obter a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE), cuja emissão será feita pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO). Os níveis de eficiência de quatro sistemas são indicados na ENCE e podem variar de A (mais eficiente) a E (menos eficiente): envoltório, sistema de iluminação, sistema de condicionamento de ar e um nível global do edifício completo, que combina as três etiquetas parciais. De fato, esses parâmetros estão envolvidos com o consumo de energia e, portanto, com a eficiência energética. Enquanto o envoltório é responsável pelas trocas térmicas do ambiente externo com o interno, o sistema de iluminação consome energia e contribui com outra parcela de carga térmica para o ambiente interno. Já o sistema

de condicionamento de ar consome energia retirando ou adicionando a carga térmica adquirida ou perdida através do envoltório depois que esta é somada à carga produzida pela iluminação, ocupação e equipamentos. Os sistemas citados são considerados eficientes quando realizam as funções às quais se destinam consumindo menos energia, comparativamente a uma referência (em geral, essa referência está ligada às inovações tecnológicas do mercado). Essa relação de consumo é interativa e, portanto, complexa para uma análise integrada. Em geral, as simulações computacionais mostraram ser uma alternativa eficaz para modelar numericamente tais relações e, portanto, são amplamente utilizadas nacional e internacionalmente para análises de eficiência energética. Ainda, essas relações de eficiência entre os sistemas que compõem a edificação demandam investimentos em materiais, equipamentos e sistemas tecnologicamente avançados. Em um momento em que a sociedade assimilou haver um limite de exploração dos recursos energéticos, a tendência de elevação do preço da energia é real mesmo em países como o Brasil, que possui um custo baixo da energia em função de sua matriz hidráulica (MME, 2007a). Da mesma forma, não se pode ignorar as necessidades financeiras, advindas de investimentos ou benefícios econômicos, tanto da indústria da construção como dos consumidores de energia. Assim, avaliar a eficiência energética pelo lado do consumo e pelo investimento em si é importante para verificar quais são os benefícios com medidas de eficiência energética e quem é o público beneficiado. Dessa forma, este documento tem por objetivo analisar as relações de custos e eficiência energética do envoltório de edificações não residenciais baseando-se nos critérios de eficiência da regulamentação comercial e na simulação energética com o programa EnergyPlus.

2 CLASSIFICAÇÃO DO ENVOLTÓRIO SEGUNDO A REGULAMENTAÇÃO Focando o item envoltório, ou envoltória, como consta na Regulamentação, o nível de eficiência é avaliado por meio de uma equação para as aberturas envidraçadas e de pré-requisitos para os componentes opacos (paredes e cobertura) e aberturas zenitais (MME, 2007b). A avaliação das aberturas é realizada comparativamente. Uma equação contendo as variáveis do edifício que se pretende avaliar fornece um indicador de consumo, que é comparado a outros dois indicadores: um originado de aberturas cujas características são comuns na paisagem urbana e outro cujas características são consideradas mais eficientes. O primeiro é o limite do nível D, e o último é o nível de eficiência A. Esses limites definem os demais limites de indicadores de eficiência E, C e B (MME, 2007b). Em seguida, de acordo com o nível obtido para aberturas envidraçadas, aplicam-

se os pré-requisitos para componentes opacos. Há níveis máximos de transmitância térmica para paredes externas, que em geral é 3,70 W/m²K, que corresponde a uma parede de blocos de tijolos de 6 furos com argamassa 1,5 cm em cada face. Dada a facilidade em atender a esse requisito, ele não foi analisado neste trabalho. Ao contrário, a transmitância térmica da cobertura é relevante para a análise. Os limites são 2,00 para qualquer ambiente e, para ambientes condicionados, 1,50 W/m²K, para alcançar o nível B, e 1,00 W/m²K, para obter o nível A (MME, 2007b). Já os pré-requisitos para iluminação zenital são válidos somente para obter o nível de eficiência A. Há um limite de 5% de área de abertura zenital em relação à cobertura que é permitido, e deve-se atender a fatores solares específicos para cada percentual. Como esse requisito é válido somente para o nível A, também não foi incluído na análise (MME, 2007b).

3 METODOLOGIA A avaliação de eficiência energética que se propõe deve se basear na realidade construtiva nacional, de forma que a tomada de decisões atenda às atuais necessidades de melhoria da eficiência energética de edificações. Dessa forma, tipologias de fachada foram investigadas em cinco capitais brasileiras para a criação de modelos-base de edifícios comerciais: São Paulo, Florianópolis, Salvador, Recife e Belo Horizonte. Foram classificados 1.103 edifícios em termos de geometria (forma, áreas envidraçadas, número de pavimentos), materiais construtivos (paredes, coberturas, vidros) e uso da edificação (horários de funcionamento, ocupação, iluminação, equipamentos e sistemas de condicionamento de ar). A freqüência de ocorrência dessas características foi identificada e resultou na criação de cinco modelos representativos de edificações contendo as atividades de grandes escritórios (também representam hospitais), pequenos escritórios (também representam escolas), grandes lojas (também representam supermercados), pequenas lojas (também representam restaurantes e pousadas) e hotéis. Esses modelos tornaram-se protótipos representativos para a simulação do desempenho termoenergético no programa EnergyPlus. A partir deles, características pouco eficientes do envoltório que foram observadas nas diversas atividades comerciais identificadas no levantamento foram aplicadas nos protótipos representativos, o que gerou protótipos de baixa eficiência energética. Em seguida, medidas de conservação de energia (MCE) do envoltório também identificadas no levantamento foram aplicadas nos protótipos ineficientes, de forma a gerar alternativas progressivamente mais eficientes. As MCE foram: percentual de área de abertura na fachada (PAF), fator solar dos vidros (FS), ângulo vertical de sombreamento (AVS), ângulo vertical de sombreamento (AHS) e transmitância térmica da cobertura (Ucob). Todos esses parâmetros

fazem parte dos critérios da Regulamentação para Etiquetagem Voluntária do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (MME, 2007b). Outros parâmetros comuns a todos os protótipos e alternativas simuladas foram: condicionadores de ar de nível de eficiência A segundo o INMETRO, usados para resfriamento no verão e aquecimento no inverno; temperaturas de setpoint de 18˚C para aquecimento e 24˚C para resfriamento; valor nominal da taxa de infiltração 0,5 troca/h de escritórios, 1,0 troca/h para lojas e 0,8 troca/h para hotéis; entorno urbano não considerado devido ao seu aspecto dinâmico e variável; e cargas internas e zoneamento interno de acordo com edifício real identificado em Florianópolis, cujas características assemelhavam-se aos modelos representativos. As alternativas foram simuladas, e os consumos anuais de eletricidade foram obtidos. O método prescritivo da Regulamentação foi aplicado para encontrar o nível de eficiência energética do envoltório, que variou de E (menos eficiente) a A (mais eficicente). Em seguida, três indicadores foram utilizados para avaliar os custos de implementação de medidas que economizem energia, as MCE: o custo da energia conservada (CEC), o custo do ciclo de vida (CCV) e o pay-back simples. Os custos dos protótipos e de suas alternativas são provenientes de duas fontes: através de composição de custos publicados pelo Sistema Brasileiro de Custos (BOLETIM DE CUSTOS, 2005) e do periódico Construção Mercado (CONSTRUÇÃO MERCADO, 2005), também de composição de custos. Ambos incluem custos diretos e indiretos, como materiais, mão-de-obra e impostos. O custo da energia conservada (ROSENFELD, 1996) foi calculado de acordo com os custos de implementação da MCE e com a energia economizada através dessa medida. Excluem-se, assim, os custos de construção do edifício completo, concentrandose na viabilidade da medida. No entanto, para se calcularem os custos de implementação da MCE, deve existir um edifício-base, onde as medidas serão aplicadas. A Equação 1 descreve o cálculo do CEC (MARTINAITIS et al., 2004) para uma alternativa composta de uma ou mais MCE. (Eq. 1) onde, CEC, custo da energia conservada (R$/kWh); TCC, custo da MCE (R$); ∆E, energia economizada pela implementação da MCE em relação a um caso-base (kWh); n, a vida útil da MCE (anos); e d, a taxa de desconto em base anual, equiparada ao INCC (IBGE, 2005) (adimensional).

Tradicionalmente, o CEC é avaliado em conjunto com a economia de energia que ele proporciona. O seu conceito está relacionado a uma comparação com o edifíciobase e com a tarifa de energia: caso o CEC seja menor que o custo de 1 kWh (tarifa de energia), o investimento é considerado vantajoso. Dessa forma, todo CEC abaixo da tarifa é interessante, mas um CEC próximo à tarifa de energia não é necessariamente menos interessante que um CEC próximo de zero, pois o potencial de economia do primeiro pode ser mais elevado. Esse indicador permite uma análise sob dois focos, tanto do consumo em si quanto dos custos envolvidos. Outro índice, o custo do ciclo de vida, foi utilizado de forma simplificada, considerando os custos da implementação da MCE somada ao custo de construção da edificação e considerando também sua energia consumida. Ao contrário do CEC, este índice não necessita de um caso-base para ser calculado, sendo válido para qualquer caso analisado, com ou sem MCE. A avaliação da implementação da medida foi realizada comparativamente a outras alternativas. O período do ciclo de vida foi considerado de 30 anos, calculando-se o valor presente como mostrado na Equação 2, baseada em McBride (1995). (Eq. 2) onde, VPCCV, valor presente do custo do ciclo de vida (R$/m²/ano); FC, primeiros custos, correspondentes aos custos com construção, incluindo a implementação da MCE, e com o consumo de energia (R$); VPE, valor presente dos custos com consumo de energia (R$); A, área total de piso do edifício; e n, a vida útil do edifício (anos). O valor presente dos custos com consumo de energia é calculado pela Equação 3. (Eq. 3)

onde, VPE, valor presente dos custos com consumo de energia (R$); CE, consumo anual de energia da alternativa simulada (kWh); T , tarifa média de energia do setor comercial (R$/kWh); eT, o reajuste anual do preço da tarifa de energia (%); d, a taxa de desconto, em base anual, equiparada ao INCC (IBGE, 2005) (adimensional); e n, a vida útil do edifício (anos).

O CCV pode ser usado integralmente, em reais. No entanto, para avaliar alternativas de edificações de diferentes dimensões, foi necessário dividir o CCV pela área. Igualmente, para avaliar o CCV em base anual, comparando com o consumo anual de energia elétrica, o CCV total foi dividido pelo número de anos. Esse processo não altera o resultado final do CCV, mas apenas facilita sua visualização. Já o pay-back simples é calculado com a Equação 4. PB = I/CA ,

(Eq. 4)

onde, PB, pay-back simples (anos); I, investimento realizado (R$); e CA, custo anual da energia que pode ser economizada (R$/ano). O período de vida de 30 anos foi adotado para o custo do ciclo de vida (CCV) e custo da energia conservada (CEC). A taxa de desconto foi baseada no Índice Nacional da Construção Civil (IBGE, 2005). Usando o INCC dos últimos cinco anos, quando coletada no ano de 2005, a média é 10,76%. Essa média anual foi adotada como cenário único para os custos de construção. Já o preço médio da tarifa de energia elétrica foi obtido mediante levantamentos em campo para o subgrupo A4 em Florianópolis, sendo R$ 0,33 para 1 kWh no ano de 2004. A tarifa média foi utilizada nos cálculos de todos os indicadores econômicos, mesmo que, no caso do CEC, tenha sido usada para comparação apenas. A taxa de reajuste anual da tarifa de energia elétrica baseia-se na evolução da tarifa média comercial nacional, de 1996 a 2007 (ANEEL, 2007). A diferença percentual média de crescimento anual da tarifa foi calculada usando-se as tarifas-limite de cada intervalo de anos, finalizando com 5,73% para o período de 1995 a 2007. Para previsão futura, esse índice de reajuste tarifário foi considerado válido por ser o mais recente registrado até a etapa de estimativa dos indicadores, mesmo que o período de levantamento de custos tenha ocorrido em 2004 e 2005 na região de Florianópolis.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 vêem-se as medidas de conservação de energia e os respectivos indicadores de custos e consumo de energia obtidos com a aplicação dessas MCE no envoltório das alternativas dos cinco modelos básicos de edificações. A tabela apresenta um identificador numérico cuja sigla está relacionada à atividade comercial que a alternativa representa, as medidas de conservação de energia (PAFT, FS, AVS, AHS e Ucob), o nível de eficiência

do envoltório que se pode obter com a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) ao aplicar a Regulamentação de edifícios comerciais, o consumo anual de eletricidade simulado no programa EnergyPlus e os indicadores custo da energia conservada (CEC), pay-back simples e custo do ciclo de vida (CCV), obtidos com a simulação do consumo de energia e do levantamento de custos das MCE. São cinco casos-base ineficientes (identificados com o número 1) e 21 alternativas selecionadas para avaliação. Iniciando pelos pequenos escritórios, vê-se que o envoltório da alternativa PE2 apresenta nível de eficiência C. Realmente, o CEC de 0,449 R$/kWh superior à tarifa estabelecida em 0,330 R$/kWh mostra que o investimento não é viável, o que é confirmado por um pay-back elevado de 17,2 anos e um CCV igual ao do caso-base, cujo nível de eficiência é E. Todos esses valores são devidos à pequena economia de energia, de 3 kWh/m², em relação ao caso-base. Entretanto, há alternativas cujo envoltório resulta em indicadores de custos mais interessantes. A alternativa PE3 apresenta o mesmo nível de eficiência C da alternativa PE2, ambas causadas pela elevada área de abertura envidraçada (PAFT) combinada a um fator solar relativamente elevado e a nenhum sombreamento. Assim, o nível de eficiência não se alterou devido à redução da transmitância térmica da cobertura de 2,00 W/m²K em PE2 para 0,70 W/m²K em PE3. Essa alteração na transmitância, no entanto, foi a responsável por uma economia de energia de 11,9 kWh/m² em relação ao caso-base, que compensou o investimento no isolamento térmico da cobertura e gerou um CEC de 0,074 R$/kWh, um pay-back de 3 anos somente e um CCV de 54,3 R$/m²/ano.

Tabela 1. Medidas de conservação de energia com seus respectivos indicadores de eficiência e custos para alternativas de simulação das cinco atividades comerciais avaliadas CEC (R$/ kWh)

Payback

PE1 PE2 PE3 PE4 PE5 PE6

Consumo de Eletricidade (kWh/m²/ ano) 176,5 173,5 164,6 162,7 166,2 163,9

0,449 0,074 0,003 0,255 0,154

17,8 3,0 0,1 10,1 6,1

CCV (R$/ m²/ ano) 56,2 56,2 54,3 53,5 55,4 54,6

GL1

273,2

GL2 GL3 GL4

244,6 240,6

0,126 0,055

3,6 1,6

233,6

0,056

1,6

62,8

0,61

2,0

GL5

225,4

0,016

0,7

60,9

0,22

0,7

PL1 PL2 PL3 PL4 PL5

158,1 142,6 134,8 131,0 134,7

0,339 0,239 0,070 0,001

9,7 5,4 2,0 0,04

53,6 52,2 50,4 48,9 49,0

90 35 50 35 35

0,83 0,22 0,61 0,61 0,61

0 0 35 0 0

0 0 0 0 0

2,0 2,0 2,0 1,2 0,7

E C C B A

HO1 HO2 HO3 HO4

94,5 89,7 84,8 80,0

0,148 0,161 0,239

4,2 4,6 6,8

34,3 33,5 32,8 32,5

60 40 20 20

0,87 0,61 0,22 0,22

0 0 0 35

0 0 0 0

2,0 2,0 2,0 0,7

E C C A

GE1 GE2 GE3 GE4

91,8 85,3 84,7 84,0

0,120 0,390 0,210

2,1 7,0 3,7

PAF (%)

AVS (graus)

AHS (graus)

Ucob (W/ m²K)

ENCE

75 50 50 15 35 35

0,83 0,61 0,61 0,61 0,22 0,22

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 45 0

2,0 2,0 0,7 1,2 0,7 0,7

E C C B A A

69,9

0,83

2,0

65,4 64,1

50 90

0,61 0,83

0 45

0 0

2,0 2,0

D C

27,8 26,7 27,0 26,6

80 20 20 20

0,83 0,61 0,61 0,61

0 0 0 0

2,0 2,0 1,2 0,7

E C B A

Ainda, este não é o melhor caso. Níveis de eficiência B e A do envoltório são encontrados nas alternativas PE4 e PE5 respectivamente. Na verdade, a avaliação do nível de eficiência energética pela Regulamentação indica que as aberturas apresentam nível A nas duas alternativas, mas a transmitância térmica da cobertura reduz o nível de eficiência da alternativa PE4 de A para B (é pré-requisito para nível A uma transmitância da cobertura menor que 1,00 W/m²K). Assim, mesmo que PE4 apresente um consumo anual de eletricidade menor que PE5 e, por conseguinte, CEC, o pay-back e o CCV sejam também mais baixos e, portanto, melhores, o nível de efi-

ciência energética é reduzido devido às condições de conforto do último pavimento.1 Avaliando separadamente, ainda se pode ressaltar que: a) PE4 apresenta menor consumo, CEC, pay-back e CCV. Pelo pay-back menor que 1 ano (0,1 ano), vê-se que o investimento inicial na MCE é menor que o investimento inicial realizado nos mesmos componentes do caso-base (janelas e cobertura); e b) PE5 é um exemplo em que a avaliação do nível de eficiência energética é A, e mesmo não apresentando todas as vantagens de PE4 de nível B, o CEC de 0,255 R$/kWh que é menor que a tarifa de energia indica que ainda é um investimento viável. Ainda, a alternativa PE5 é um exemplo de uma alternativa em que o nível de eficiência já é A, mas pode ainda ser melhorado com a aplicação de outras medidas. Esse melhoramento é visto na alternativa PE6, idêntica à alternativa PE5, mas sem proteção solar. Os custos iniciais foram reduzidos, sendo o CEC de 0,154 R$/kWh, o pay-back de 6,1 anos e o CCV de 54,1 R$/m²/ano. Percebe-se também que o consumo anual de eletricidade foi também reduzido. Tal fato se deve ao sombreamento excessivo em PE5, que gerou maior carga térmica para aquecimento no período de inverno. De fato, um PAFT de 35% com vidros de fator solar de 0,22 dispensam sombreamento para o verão e atrapalham o aquecimento passivo no inverno, aumentando o consumo de energia por aquecimento. Assim, mesmo existindo diversos tipos de envoltórias que podem resultar em nível A, é indispensável o papel do arquiteto a fim de aplicar as boas práticas de projeto que irão garantir um elevado nível de eficiência. Tomar as decisões adequadas a cada caso é papel do especialista em eficiência energética, um novo perfil de profissional cuja demanda já existe no mercado da construção civil. Voltando à Tabela 1, a análise das demais alternativas indica outras tendências. Para grandes lojas, vê-se existir níveis de eficiência E (caso-base), D, C e A. Vê-se que os consumos, os CEC, os pay-backs e os CCV confirmam o nível de eficiência: cada indicador é melhor que o outro à medida que o nível de eficiência vai aumentando. É curioso ressaltar as duas alternativas cujos níveis de eficiência do envoltório são C: GL3 e GL4. As medidas de conservação de energia são assaz distintas, mas suas combinações levaram a níveis de eficiência confirmados por todos os indicadores, incluindo diferenças mínimas entre os CEC (0,055 e 0,056) e pay-back idênticos (1,6 ano). Nas alternativas de pequenas lojas, a Tabela 1 mostra que o nível A de PL5 é devido a uma combinação de variáveis que geram elevada economia de eletricidade em relação ao caso-base (134,7 kWh/m² em relação a 158,1 kWh/m²). O seu CCV é de 49,0 R$/m²/ano, enquanto o seu CEC é próximo de zero (0,001 R$/kWh) devido a um investimento inicial reduzido, comprovado também por um pay-back menor que 1 ano (0,04 ano). É esse custo inicial que justifica o nível A, pois a alternativa PL4 apresenta nível

de eficiência B mesmo tendo um consumo de eletricidade ainda menor, de 131,0 kWh/ m², seguido do CCV de 48,9 R$/m²/ano. Ainda, os CEC e pay-back dessa alternativa de nível B são mais elevados (0,070 R$/kWh e 2,0 anos respectivamente) que os da alternativa de nível A (0,001 R$/kWh e 0,04 ano respectivamente). Deve-se notar também que essas medidas de conservação de energia são idênticas, exceto pela transmitância térmica da cobertura. Nesse caso, o nível B deve-se às melhores condições de conforto da alternativa PL5, mesmo que isso acarrete em maior consumo de energia.2 Sabese, em princípio, que essa alternativa apresenta elevadas cargas internas de iluminação, patente de sua atividade comercial: lojas de venda de mercadorias por varejo. Essas duas alternativas confirmam, também, como o CCV indica os resultados no longo prazo, com base no consumo de energia, enquanto o pay-back e o CEC indicam os resultados no curto prazo, valorizando a importância do investimento inicial, cujo interesse recai sobre o investidor, que é também consumidor. Esses indicadores carregam informações distintas sobre o investimento e devem ser usados de acordo com os interesses do público envolvido. Comparando também as alternativas PL2 e PL3, vê-se que, apesar de ambas apresentarem nível de eficiência C, o consumo de energia mais baixo de PL3, juntamente com menores CEC, pay-back e CCV são devidos ao sombreamento causado pelo ângulo vertical de sombreamento. Vê-se que o CEC acompanha os níveis de eficiência adequadamente, do maior para o menor nível: PL2, PL3, PL4 e PL5, com CEC de 0,339, 0,239, 0,070 e 0,001 para níveis C, C, B e A de eficiência energética do envoltório. Seguindo essa mesma lógica comparativa, vemos as alternativas de hotéis, HO3 e HO4, com o mesmo PAF de 20% (dimensões da abertura) e fator solar de 0,22 (tipo de vidro), mas HO3 apresenta nível de eficiência C, enquanto HO4 apresenta nível de eficiência A por ainda conter AVS de 35º (proteção solar horizontal) e transmitância térmica da cobertura de 0,70 W/m²K. O nível C foi obtido para HO3 devido à cobertura. De fato, o consumo de energia simulado é maior em HO3 (84,8 kWh/m²) que o consumo de HO4 (80,0 kWh/m²), o que reflete no custo do ciclo de vida: a alternativa A apresenta CCV de 32,5 R$/m²/ano, enquanto a alternativa C apresenta CCV de 32,8 R$/m²/ano. Entretanto, o custo da energia conservada e o pay-back são maiores na alternativa de nível A que na de nível C, embora ambos sejam menores que a tarifa de energia e, portanto, são investimentos viáveis.3 Ora, a alternativa HO4 seria também nível A sem o sombreamento de 35º, visto que os baixos PAF e FS já garantem bons níveis de eficiência. HO4 possui sombreamento desnecessário nas suas aberturas,4 o que se reflete no CEC, elevando os custos de instalação. Ainda com essa elevação de custos, o CEC mostra que a combinação dessas medidas de conservação de energia é um investimento viável, confirmado por um CCV menor que o CCV da alternativa com nível C. Finalmente, a última atividade refere-se a grandes edifícios de escritórios, onde a alternativa GE3 de nível de eficiência B consome um pouco mais (84,0 kWh/m²) que

GE4 de nível A (84,0 kWh/m²). Isso se reflete em todos os indicadores: custo da energia conservada, pay-back e custo do ciclo de vida. Tais diferenças são exclusivamente na transmitância térmica da cobertura de 1,20 W/m²K. Embora a diferença do consumo de eletricidade seja pequena, deve-se ressaltar que a redução no nível de eficiência recaiu no último pavimento, garantindo as condições de conforto térmico desses usuários mesmo em um edifício de cinco pavimentos, onde o percentual devido à cobertura é pequeno. Pelos resultados mostrados na Tabela 1, é possível perceber como investimentos iniciais reduzidos combinados a grandes economias de energia geram custos da energia conservada baixos e pay-back menores que 1. Mas qualquer CEC menor que a tarifa de energia pode ser considerado viável e, como este deve ser analisado junto com a economia de energia, nem sempre o menor CEC é a melhor opção sob o foco de investimentos em eficiência energética. A análise do custo do ciclo de vida é mais complexa, pois dispensa um caso de referência para a sua estimativa. Esse fator pode ser positivo para o cálculo, mas exige maior domínio dos custos envolvidos para avaliar se os investimentos são interessantes, visto que não há caso-base para comparação. De fato, a análise do CCV transfere a base de comparação para o resultado, e não para o processo de cálculo, como CEC e pay-back. Viu-se também como o CCV é mais sensível às variações do consumo anual de eletricidade, pois reduz a relevância dos investimentos iniciais. Isso pode ser um fator positivo se o interesse é um retorno no longo prazo. Já no curto prazo, o pay-back e o CEC são os mais indicados. Enquanto o primeiro foca o consumidor em geral, os dois seguintes focam o interesse do investidor, que é também consumidor da energia. Já o consumo isoladamente prioriza os interesses da sociedade ao descartar os custos de investimento em eficiência energética. A definição de um único indicador de eficiência energética deve considerar tais possibilidades. Em face de o CEC ser tradicionalmente analisado com a economia de energia, ele foca dois pontos interessantes e pode ser explorado como um indicador mais completo, embora este trabalho tenha mostrado que os indicadores são complementares e nenhum traz informações completas e definitivas sobre os investimentos em eficiência energética.

5 CONCLUSÃO O presente trabalho mostrou como três indicadores econômicos relacionam-se com o consumo de energia de edificações e com o nível de eficiência energética fornecido pela etiquetagem do INMETRO. Cada indicador, incluindo o de eficiência, permite uma interpretação que foca um ator envolvido com a eficiência energética: consumidor, investidor ou sociedade/Estado. O custo da energia conservada (CEC) e o pay-back são indicadores de curto prazo, embora o CEC, mesmo anual, possa ser calculado para um período de vida. Já o custo do ciclo de vida (CCV) é um indicador de longo prazo, mas pode não

ser interessante para investidores que necessitem de retornos imediatos. O consumo de eletricidade está diretamente relacionado aos investimentos que o Estado deve realizar para ampliar a rede de geração de eletricidade. E o nível de eficiência energética já foca o consumo de eletricidade e o conforto térmico do usuário; com base nesses dois parâmetros, pode ter relação com qualquer dos três indicadores econômicos. Elevados níveis de eficiência, preferencialmente níveis A, foram alcançados com baixos CCV, CEC ou pay-back (PE6 com CEC; GL5 com CEC, pay-back e CCV; PL5 com CEC e pay-back; e GE4 com CCV). Quando condições de conforto locais eram inapropriadas, os níveis de eficiência eram mais baixos, como transmitância térmica da cobertura de edifícios de vários pavimentos. Nesse caso, os indicadores econômicos não foram capazes de descrever os benefícios (HO3 com nível C e HO4 com nível A). Foi também visto como os investimentos iniciais são absorvidos pela economia no consumo de energia no longo prazo. Consumos reduzidos se refletiram em baixos CCV, mesmo quando os níveis de eficiência não eram os mais elevados (PE4 com nível B).5 Embora relacionada ao envoltório, esta análise pode ser estendida para toda a edificação, considerando também os sistemas de iluminação e condicionamento de ar, assim como sistemas adicionais, cujos níveis de eficiência energética são também classificados pela Regulamentação. Assim, o nível de eficiência da etiqueta do INMETRO chega ao mercado como um novo indicador que irá orientar não apenas consumidores, mas diversos atores envolvidos com a energia de edificações. Indica benefícios distintos dos demais indicadores analisados, que, por sua vez, também não devem ser ignorados quando é necessária uma visão mais abrangente dos investimentos em eficiência.

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NOTAS 1 O consumo de eletricidade é mais baixo em PE4 em relação a PE5 devido ao sombreamento excessivo de PE5, que evitou a contribuição da radiação solar para aquecimento e elevou a carga térmica para aquecimento no inverno e devido às elevadas transmitâncias térmicas na zona bioclimática 3, que podem ser benéficas quando há perdas de calor através da cobertura de ambientes com elevada carga interna. Mais discussões em Carlo (2008) e Melo (2007). 2 O consumo mais elevado em edifícios com transmitância baixa, em detrimento do oposto, é devido a combinações entre clima, forma da edificação, capacidade térmica e cargas internas. Mais discussões em Carlo (2008) e Melo (2007). 3 Lembra-se que o CEC deve ser analisado juntamente com o potencial de economia de eletricidade que a medida proporciona. 4 Embora não analisado nesta monografia, o sombreamento excessivo causa escurecimento no ambiente e impede o aproveitamento da luz natural para promover a redução do consumo por iluminação artificial. 5 Como citado, esse nível é devido às condições de conforto térmico no último pavimento.

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PÓS-GRADUAÇÃO

>>> USINA SOLAR FOTOVOLTAICA INTEGRADA A UMA EDIFICAÇÃO URBANA: O MAIOR GERADOR SOLAR DO HEMISFÉRIO SUL Clarissa Debiazi Zomer

RESUMO A inserção de geradores convencionais de energia no meio urbano tende a acarretar problemas para o entorno, tais como poluição do ar, sonora e visual. No entanto, com uma população em franco crescimento, o aumento da demanda energética torna-se inevitável. Entre as fontes renováveis de energia, destaca-se a solar fotovoltaica, que, além de gerar eletricidade de forma distribuída, diferenciando-se da forma como se constitui o setor elétrico brasileiro, é inesgotável, silenciosa, estática, extremamente simples e possui característica modular. Além disso, pode integrar-se ao envelope da edificação, agregando valor estético a ela, não ocupando área extra e ficando, portanto, próximo ao ponto de consumo. O objetivo deste artigo é propor a inserção do maior gerador de energia fotovoltaica do hemisfério sul de que se tem notícia, no meio urbano da cidade de Florianópolis, SC, integrado ao envelope de uma edificação. Através da análise do potencial de geração fotovoltaica e do percentual que este representa diante do consumo da edificação escolhida, no caso, a Eletrosul, foi realizado um estudo do impacto da energia injetada na rede, avaliando a contribuição energética ao alimentador que atende à edificação em questão. Podese observar que, diferentemente de um gerador de energia baseado em combustíveis fósseis, o gerador fotovoltaico pode estar inserido no meio urbano sem que cause qualquer desconforto aos seus vizinhos, diminuindo significativamente as perdas por transmissão e distribuição se comparado à energia que vem de centrais hidroelétricas ou térmicas convencionais. A geração fotovoltaica mostrou-se capaz de suprir cerca de 34% do consumo energético anual da Eletrosul e de contribuir para a redução de 5% do consumo de energia anual do alimentador. Conclui-se que a integração de geradores fotovoltaicos à arquitetura deveria ser vista como um desafio para a nova geração de edifícios, pois esta eficiente tecnologia só precisa alcançar um preço mais competitivo no mercado para ser mais largamente utilizada. PALAVRAS-CHAVE: Energia solar fotovoltaica. Geração distribuída. Sistemas fotovoltaicos interligados à rede elétrica.

ABSTRACT Conventional energy generators inserted in urban areas tend to cause environmental problems, such as air, noise and visual pollution. However, in a population in full growth, the increase in energy demand becomes inevitable. Among renewable energy sources, solar photovoltaic is interesting not only because it can generate electricity in a distributed way, differently from the way that conventional Brazilian electric sector is constituted, it is also inexhaustible, quiet, static, extremely easy to operate and features a modular characteristic. Furthermore, it can be integrated with the building envelope, adding aesthetic value, without requiring any additional area, and being close to the point of use. The main objective of this paper is to consider the insertion of the largest yet solar energy generator in the South Hemisphere, in the urban area of Florianópolis – SC, integrated with a building envelope. Analyzing the photovoltaic potential, energy generation and the percentage of the chosen building energy consumption that this represents, namely the Eletrosul building, the impact of the energy injected in the grid was studied allowing for the evaluation of the energy it would contribute to the utility feeder supplying the said building. It was observed that, differently from a conventional energy generator, photovoltaics can be inserted in urban areas with no inconvenience for the neighborhood, significantly reducing transmission and distribution losses when compared with the energy from hydroelectric plants. Photovoltaic generation integrated to Eletrosul building seems capable of supplying about 34% of the annual energy consumption of the building and to contribute with a 5% reduction in the annual energy consumption of the grid. For this reason, it has been concluded that this efficient technology integrated with the building envelope should be seen as a challenge for the new architecture, therefore it only needs to reach a more competitive price in the market to be widely used. KEYWORDS: Photovoltaic solar energy. Distributed generation. Grid-connected BiPV.

1 INTRODUÇÃO Uma crescente preocupação mundial é a questão ambiental. Não se admite mais poluir indiscriminadamente. A busca por fontes renováveis de energia vem ganhando cada vez mais espaço no mercado mundial, pois, além de evitar as emissões de gases poluentes provenientes das fontes térmicas convencionais de energia, essas fontes alternativas diversificam a matriz energética (JARDIM, 2007). Atualmente, a maior parte da energia consumida no mundo provém do petróleo, do carvão e do gás natural (CONCEIÇÃO et al., 2005). Segundo o BEN 2007 (ano-base 2006), a oferta mundial de energia em 2006 foi composta de 34,3% de petróleo e

seus derivados. Soma-se a isso uma população em franco crescimento, o que implica o aumento da demanda energética, aliado às pressões econômicas e industriais pelo desenvolvimento. De acordo com estimativas publicadas pelo U.S. Census Bureau, em agosto de 2008 a população mundial era de aproximadamente 6,7 bilhões (IDB, 2008) e até 2050 a estimativa é de que sejam 9,2 bilhões de habitantes no planeta. Em relação à energia elétrica, o maior percentual de geração mundial por fonte é de centrais a carvão mineral, com 40,3% do total. Em seguida, aparecem as centrais a gás natural, com 19,7%, as centrais hidroelétricas, com 16%, e as centrais de fonte nuclear, com 15,2%. Os derivados de petróleo representam apenas 6,6% (MME, 2007). Ao contrário da maioria dos países, a matriz energética brasileira baseia-se principalmente em fontes renováveis. O Brasil possui a maior bacia hidrográfica do mundo, com um potencial de geração de energia elétrica incomparável. A partir da década de 50, as usinas hidroelétricas proliferaram, dando sustentação ao forte impulso do país rumo à industrialização e ao desenvolvimento. Em 2007, 77% da energia elétrica ofertada no Brasil era proveniente de grandes e pequenas centrais hidroelétricas (MME, 2008). Nesse mesmo ano, o Brasil apresentava 46,4% de sua geração energética baseada em fontes renováveis, devido, em grande parte, às usinas hidroelétricas e aos derivados da cana-de-açúcar. A geração de energia elétrica no Brasil, em centrais de serviço público e de autoprodutoras, atingiu 441,8 TWh em 2007. Compõem esse resultado 392 TWh em fontes de energias renováveis e 49,6 TWh em fontes energéticas não renováveis (MME, 2008). O consumo final de eletricidade atingiu 412,6 TWh em 2007, valor 5,8% superior ao ano de 2006; e o consumo residencial, de 90,8 TWh, apresentou crescimento de 5,9% em relação ao ano anterior. O consumo comercial atingiu 59,1 TWh, e o consumo industrial atingiu 194,6 TWh no mesmo ano (MME, 2008). O sistema elétrico brasileiro experimentou, entre 2001 e o início de 2002, uma deficiência significativa de suprimento, colocando o mercado na situação de iminente desabastecimento. Essa situação foi contornada, principalmente, pela ação dos consumidores residenciais, comerciais e industriais, que reduziram aproximadamente em 20% a carga das regiões Sudeste e Centro-Oeste, e em 23% a carga do Nordeste (PAULA, 2004). Uma das alternativas que os consumidores com capacidade de investimento poderiam ter adotado seria a adoção da autoprodução, com a instalação de geradores independentes. Essa geração elétrica realizada junto ou próximo ao ponto de consumo, independente da potência, tecnologia e fonte energética, é denominada geração distribuída. As tecnologias de geração distribuída têm evoluído para incluir potências cada vez menores, ou seja, criando miniusinas geradoras. Existem diversas formas de realizar a geração distribuída, tais como co-geradores, geradores que usam como fonte de energia resíduos combustíveis de processo, geradores de emergência, geradores para operação no horário de ponta, pequenas centrais hidroelétricas e módulos

solares fotovoltaicos (INEE, 2008). É esta última tecnologia que este trabalho se propõe a estudar. Uma das principais vantagens da geração distribuída, em comparação com a geração central de energia, é a economia em investimentos para a ampliação da rede, diminuindo perdas por transmissão e distribuição (T&D) e melhorando a estabilidade do serviço de energia elétrica. Na primeira metade do século XX, isso chegou a ser regra, quando a energia industrial era praticamente toda gerada localmente. A partir da década de 40, no entanto, a geração em centrais de grande porte ficou mais barata, reduzindo o interesse dos consumidores pela geração distribuída; como conseqüência, o desenvolvimento tecnológico para incentivar esse tipo de geração também parou (INEE, 2008). Em 2004, ocorreu um grande avanço para a geração distribuída, que foi mencionada na Lei n. 10.848/04 como uma das possíveis fontes de geração de energia. O detalhamento do Decreto n. 5.136/04 fornece características que auxiliam as empresas distribuidoras, que até então se opunham a essa forma de geração, a enxergar na geração distribuída uma das formas de mitigar riscos de planejamento. Neste estudo, o foco será para a geração distribuída através da tecnologia solar fotovoltaica. Uma característica fundamental de sistemas solares fotovoltaicos é que podem ser interligados à rede elétrica pública, dispensando os bancos de baterias necessários em um sistema do tipo autônomo e os elevados custos e manutenção envolvidos. Na configuração mais comum, esses sistemas são instalados de tal maneira que, quando o gerador solar fornece mais energia do que a necessária para o atendimento da instalação consumidora, o excesso é injetado na rede elétrica pública e a instalação consumidora acumula um crédito energético. Por outro lado, quando o sistema solar gera menos energia do que a demandada pela instalação consumidora, o déficit é suprido pela rede elétrica. Dessa forma, geração e consumo de energia elétrica têm coincidência espacial, e as perdas por transmissão e distribuição, comuns no sistema tradicional de geração centralizada, são minimizadas. Outra vantagem desses sistemas é o fato de que se tem uma usina geradora descentralizada e que não ocupa área física, visto que a integração à edificação substitui ou se sobrepõe a materiais de cobertura e/ou revestimento (RÜTHER, 2004). A inserção de geradores convencionais de energia geralmente ocorre em locais afastados dos grandes centros urbanos, pois tende a acarretar problemas para o entorno, como poluição do ar, a poluição sonora e a poluição visual. No entanto, com a energia cada vez mais necessária para o desenvolvimento humano, utilizar a fonte de geração próximo ao ponto de consumo é uma maneira eficaz de reduzir as perdas por transmissão e distribuição. A tecnologia fotovoltaica integrada à edificação apresenta-se como uma opção inteligente de geração energética próximo ao ponto de consumo, não ocupando área extra e não interferindo negativamente no entorno em que se encontra. Pelo contrário, a utilização dessa tecnologia, tanto sobreposta à estrutura existente quanto sendo

o próprio material de vedação, só acrescenta valor estético à edificação. Arquitetos com visão compreendem que o objetivo do bom projeto não é simplesmente criar um edifício esteticamente agradável – os edifícios do futuro devem ser ambientalmente responsáveis também (SICK; ERGE, 1996). Diante do exposto, a presente monografia objetiva apresentar uma instalação fotovoltaica de grande porte, ou seja, 1 MW, ao envelope da edificação do edifício-sede da Eletrosul, localizada na cidade de Florianópolis. A Eletrosul é uma empresa do setor elétrico, subsidiária da Eletrobrás, e atua na geração e transmissão de energia elétrica em alta e extratensão nos estados do Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná e Mato Grosso do Sul.

2 METODOLOGIA 2.1 Consumo energético do edifício-sede da Eletrosul – Florianópolis Os dados do consumo de energia elétrica do edifício-sede da Eletrosul computados pela concessionária de energia elétrica local (Centrais Elétricas de Santa Catarina – Celesc) foram cedidos pela Eletrosul. Foram solicitadas as contas de energia de um período de doze meses juntamente com a memória de massa do mesmo período. A memória de massa forneceu informações de demanda contabilizada em intervalos de quinze minutos entre cada medição. A partir das informações de demanda em unidade de potência (kW) com intervalos horários (integral de quatro medições), foi possível determinar o consumo energético da edificação por hora.

2.2 Análise da área disponível para a integração de módulos solares fotovoltaicos Por meio de levantamentos fotográficos, plantas baixas, cortes, fachadas e planta de cobertura, foi possível estimar as áreas disponíveis para a integração de módulos fotovoltaicos. Levou-se em consideração a arquitetura existente, de modo a não interferir na questão estética dela. A instalação proposta na edificação foi discreta, sendo vista apenas de edificações mais altas. Foram utilizadas também áreas de estacionamento, a fim de servir como proteção aos carros, bem como ampliar o potencial de geração fotovoltaica.

2.3 Sistemas solares fotovoltaicos propostos Foram propostos dois conjuntos de sistemas utilizando-se a tecnologia fotovoltaica de silício policristalino (p-Si), de dois fabricantes e de diferentes potências nominais.

Os módulos selecionados possuem potências nominais de 205 W e 210 W. Ambos os conjuntos atingem a potência instalada mínima de 1 MW.

2.4 Cálculo da geração fotovoltaica O edifício-sede da Eletrosul está localizado na cidade de Florianópolis, a 27ºS e 48ºW, cuja média anual de radiação global horizontal diária está entre 4.500 e 4.700 Wh/m² (COLLE; PEREIRA, 1996). Foram utilizados os valores de radiação obtidos pelo programa Radiasol. Esse programa foi concebido como parte do pacote Solarcad, para possibilitar o cálculo da radiação solar incidente em superfícies de diferentes orientações (UFGRS, 2001). A partir dos dados fornecidos pelo Radiasol e da potência instalada em cada uma das propostas, calcularam-se os valores de geração solar fotovoltaica para cada mês e para o ano, de acordo com a Equação 1. G = R x r x Pcc ,

(Eq. 1)

onde: G = geração solar fotovoltaica (kWh); R = radiação local (kWh/m²); r = rendimento do sistema inversor e conexões, tipicamente 80%; e Pcc = potência do sistema em corrente contínua (kW), obtido através da Equação 2. Pcc = A x Eff ,

(Eq. 2)

onde: A = área disponível para a integração de módulos fotovoltaicos (m²); e Eff = eficiência de conversão da tecnologia fotovoltaica utilizada. Multiplicando-se o valor da Equação 01 por 30, obtém-se o valor de geração fotovoltaica mensal.

2.5 Rede de distribuição na região do edifício-sede da Eletrosul – Florianópolis O edifício-sede da Eletrosul está inserido na rede de distribuição de energia elétrica, sendo abastecido pelo alimentador TDE-07, derivado da subestação TDE (Trindade). A partir dos dados de consumo energético do alimentador, foi possível avaliar sua curva de carga e compará-la com a geração fotovoltaica da edificação. Dessa forma, pode-se concluir qual seria a contribuição energética de uma inserção de energia naquele alimentador.

3 ANÁLISE DOS RESULTADOS 3.1 Edifício-sede da Eletrosul Localiza-se na cidade de Florianópolis, SC, no bairro Pantanal, na Rua Deputado Antônio Edu Vieira (Figura 1). Trata-se de um bairro de uso misto: comercial e residencial.

Figura 1 – Localização da edificação escolhida: Sede da Eletrosul, Florianópolis – SC Fonte: Google Earth (2008)

A edificação é datada de 1978, considerada um ícone da arquitetura catarinense. Seu projeto modernista, com linhas retas e sóbrias, apresenta um edifício de aspecto contemporâneo e de alta funcionalidade (Figura 2 a e b).

Figura 2 (a e b) – Fachadas do edifício-sede da Eletrosul em Florianópolis – SC Fonte: Arquivo pessoal

3.2 Consumo energético A Tabela 1 apresenta o consumo total mensal energético da edificação em megawatts-hora. Pode-se notar que o mês com maior consumo foi janeiro de 2007, com cerca de 367 MWh, e o mês que apresentou menor consumo foi outubro de 2007, com cerca de 300 MWh. O consumo energético anual foi de aproximadamente 4 GWh.

Tabela 1. Consumo energético total mensal e anual para 2007 CONSUMO MENSAL (MWh) – 2007 Janeiro

367,05

Fevereiro

355,77

Março

359,14

Abril

346,84

Maio

333,76

Junho

319,74

Julho

320,10

Agosto

324,53

Setembro

343,32

Outubro

299,90

Novembro

342,11

Dezembro

341,12

CONSUMO ANUAL

4.053,38

Através da memória de massa referente aos meses de janeiro a dezembro de 2007 foi possível obter os valores de consumo horários. A partir dos valores de consumo horários máximos, médios e mínimos mensais, foram gerados gráficos para os doze meses (Figura 3), os quais demonstraram o perfil de consumo energético da edificação.

Figura 3 – Consumo de energia horária, para todos os meses do ano

A partir da análise dos gráficos, pode-se notar que o consumo da edificação da Eletrosul é acentuado entre 08h00 e 12h00 e entre 14h00 e 18h00. No horário de almoço, há uma suave diminuição no consumo de energia. Esses gráficos demonstraram que a edificação possui um pico de demanda diurno, ou seja, seu maior consumo ocorre durante o dia. Dessa forma, a integração de um gerador solar fotovoltaico, cuja geração se dá durante as horas de sol, torna-se interessante pela concomitância entre geração e consumo. A Figura 4 apresenta um gráfico com o perfil de consumo médio diário ao longo do ano. Pode-se perceber que o consumo médio diário foi maior durante os meses de verão do que durante os meses de inverno. Essa sazonalidade também se mostra positiva para a geração fotovoltaica, pois, nos meses de maior consumo de energia, a geração solar fotovoltaica também é maior.

Figura 4 – Consumo médio diário da Eletrosul

3.3 Análise da área disponível para a integração de módulos solares fotovoltaicos Para a integração de sistemas fotovoltaicos, foram analisadas tanto as áreas disponíveis sobre a edificação existente quanto as áreas externas, ou seja, os estacionamentos. O edifício-sede da Eletrosul possui formato quadrangular, de 90 m x 90 m. Sua cobertura é parte em telhas metálicas (Figura 5a), parte em piso cerâmico, e no vão central existem domus (Figura 5b), que permitem a passagem da luz natural para o interior da edificação, ou seja, existe iluminação zenital.

Figura 5 (a e b) – Detalhes da cobertura: telhas metálicas e domus para iluminação zenital Fonte: Arquivo pessoal

De posse do projeto arquitetônico, foi possível estimar a área disponível para a integração de módulos fotovoltaicos. A área de cobertura em telhas metálicas disponível é de 4.998 m². Na região central, o conjunto de domus que proporcionam iluminação zenital para o interior da edificação é composto de 506 domus individuais, que ocupam uma área de 556 m². A área externa é composta de quatorze estacionamentos, oito deles com uma área maior que os demais. Desses oito, existem alguns que são sombreados pela edificação da Eletrosul e por isso foram descartados. Restaram então seis estacionamentos para serem utilizados. A área disponível em cada um é de aproximadamente 400 m². A Figura 6 apresenta a implantação do edifício-sede da Eletrosul com os estacionamentos adotados e a cobertura em detalhe.

Figura 6 – Implantação geral do edifício-sede da Eletrosul e área de cobertura disponível

3.4 Integração de módulos fotovoltaicos à arquitetura A partir das áreas disponíveis pode-se propor dois diferentes conjuntos de sistemas que atingem 1 MW de potência instalada. Foram utilizados a cobertura, a área acima dos domus e os estacionamentos maiores. A integração na cobertura deu-se sobre as

100

telhas metálicas. Acima dos domus foi proposta uma treliça suspensa, na altura das caixas d’água; e nos estacionamentos foram propostas estruturas metálicas independentes. A Figura 7 apresenta as três propostas de integração arquitetônica.

Figura 7 – Integração de módulos na cobertura da Eletrosul – detalhe da treliça suspensa e cobertura dos estacionamentos

3.5 Sistemas fotovoltaicos propostos Dois fabricantes foram selecionados e de cada um deles escolheu-se o módulo de maior potência. Os fabricantes escolhidos e seus respectivos modelos e potências estão apresentados na Tabela 2. Tabela 2. Fabricante, modelo, tecnologia e potência nominal dos módulos selecionados FABRICANTE

MODELO

Sanyo - HIT Kyocera

HIT - 205 BA3 KD 210GX-LP

EFICIÊNCIA DO MÓDULO 17% 14%

POTÊNCIA NOMINAL (W) 205 W 210 W

Os conjuntos de sistemas foram classificados como Conjunto 1 e Conjunto 2, de acordo com o módulo utilizado. A Tabela 3 apresenta a composição de áreas de cada conjunto e a potência instalada em cada um deles. Tabela 3. Composição de áreas de cada conjunto MODELO

Conjunto 1

HIT-205 BA3

Conjunto 2

KD 210 GX-LP 145

ÁREAS UTILIZADAS Cobertura metálica e treliça suspensa (6.158 m²) Cobertura metálica e estacionamentos (8.158 m²)

POTÊNCIA INSTALADA 1,00 MW

1,12 MW

101

3.6 Geração solar fotovoltaica Para cada conjunto, calculou-se a sua geração fotovoltaica, contrastando-a com o consumo mensal da edificação. Dessa forma, obteve-se o percentual de suprimento energético que a geração solar representa para a edificação da Eletrosul. A Tabela 4 apresenta os valores obtidos. Tabela 4. Geração energética dos dois sistemas fotovoltaicos CONJUNTO 1 1.000 kWp kWh

CONJUNTO 2 1.115 kWp %

kWh

Janeiro

135.755,20

36,99

151.367,05

41,24

Fevereiro

119.840,00

33,69

133.621,60

37,56

Março

119.040,00

33,15

132.729,60

36,96

Abril

95.520,00

27,54

106.504,80

30,71

Maio

82.832,00

24,82

92.357,68

27,67

Junho

60.240,00

18,84

67.167,60

21,01

Julho

63.240,00

19,76

70.512,60

22,03

Agosto

84.072,00

25,91

93.740,28

28,88

Setembro

87.120,00

25,38

97.138,80

28,29

Outubro

104.904,00

34,98

116.967,96

39,00

Novembro

131.760,00

38,51

146.912,40

42,94

Dezembro

143.096,00

41,95

159.552,04

46,77

Média mensal

101.280,00

29,98

112.927,20

33,43

1.227.419,20

30,28

1.368.572,41

33,76

TOTAL

Com os módulos do modelo HIT 205, o suprimento anual seria de 30,28%, utilizando-se uma área de 6.158 m². Já com os módulos da Kyocera, modelo KD 210, o suprimento anual seria de 33,76%, porém a área utilizada seria de 8.158 m², ou seja, 24,5% maior que a área do Conjunto 1. Isso se deve ao fato de que o módulo HIT possui maior eficiência de conversão fotovoltaica do que o módulo da Kyocera.

3.7 Perfil de consumo energético do alimentador em que a edificação está inserida O edifício-sede da Eletrosul está inserido na rede de distribuição de energia elétrica da cidade de Florianópolis, SC, sendo abastecido pelo alimentador TDE-07, derivado da subestação TDE (Trindade).

102

Com base nos dados fornecidos pela Celesc, foi possível analisar o consumo energético do alimentador em questão, ao longo do dia, para o ano de 2007 (Figura 8).

Figura 8 – Consumo energético horário do alimentador TDE-07

O consumo energético do alimentador TDE-07 apresenta-se bem distribuído ao longo do dia, com alguns picos expressivos entre 10h00 e 14h00. Porém, a média de consumo horária mensal demonstrou que o maior consumo ocorre, para todos os meses, por volta das 21h00. O alto consumo energético no período noturno deve-se, principalmente, ao uso de chuveiros elétricos. Comparando-se o consumo desse alimentador com o consumo da Eletrosul, tem-se que a Eletrosul representa cerca de 15% do consumo total do alimentador. Em relação à geração fotovoltaica, foram analisados os dois conjuntos de sistemas propostos. Para cada um deles, comparou-se a geração energética com o consumo de energia do alimentador. Os resultados mostraram que, com o Conjunto 1, a geração fotovoltaica contribuiria com cerca de 4% do total de energia consumida pelo alimentador; e o Conjunto 2 contribuiria com quase 5% ao ano, conforme mostra a Tabela 5.

103

Tabela 5. Contribuição energética dos conjuntos fotovoltaicos para o alimentador TDE-07 CONJUNTO 1 GERAÇÃO (kWh)

CONJUNTO 2 GERAÇÃO (kWh)

Janeiro

135.755,20

5,46%

151.367,05

6,09%

Fevereiro

119.840,00

5,06%

133.621,60

5,64%

Março

119.040,00

4,25%

132.729,60

4,73%

Abril

95.520,00

3,87%

106.504,80

4,31%

Maio

82.832,00

3,50%

92.357,68

3,91%

Junho

60.240,00

2,71%

67.167,60

3,02%

Julho

63.240,00

2,69%

70.512,60

3,00%

Agosto

84.072,00

3,57%

93.740,28

3,98%

Setembro

87.120,00

3,89%

97.138,80

4,34%

Outubro

104.904,00

4,35%

116.967,96

4,85%

Novembro

131.760,00

5,60%

146.912,40

6,25%

Dezembro

143.096,00

5,74%

159.552,04

6,40%

TOTAL

1.227.419,20

4,24%

1.368.572,41

4,73%

O mês de dezembro apresentou contribuição máxima para os dois conjuntos, chegando a suprir 6,40% na melhor das hipóteses e 5,74% na pior delas. Essas porcentagens, mesmo pequenas, são significativas quando se trata de diminuir a demanda de um alimentador num horário de pico.

4 CONCLUSÃO A partir do estudo proposto, foi possível analisar a viabilidade da inserção de um gerador de energia solar fotovoltaico de grande porte, de cerca de 1 MW de potência instalada, dentro de uma área urbana e integrado a uma edificação. Diferentemente de um gerador de energia baseado em combustíveis fósseis, o gerador fotovoltaico pode ser inserido no meio urbano sem que cause qualquer desconforto aos seus vizinhos. Pelo fato de estar inserido próximo de quem utiliza energia, as perdas por transmissão e distribuição são muito menores e desprezíveis, se comparado à energia que vem de centrais hidroelétricas. A integração de fotovoltaicos à arquitetura é um desafio para a nova geração de edifícios. Os sistemas FV tornar-se-ão uma moderna unidade da edificação, integran-

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do-se ao projeto dos telhados e das fachadas. Na sede da Eletrosul, a integração se fez na cobertura, com módulos rígidos de silício policristalino, os quais agregam valor à edificação, sem comprometer a arquitetura modernista da década de 70. Além da estrutura da edificação, foram também utilizadas áreas de estacionamentos, que passaram a exercer dupla função, pois, ao mesmo tempo em que ocorre a geração de energia elétrica, protegem os carros antes descobertos. O estudo aqui descrito demonstrou o grande percentual que a integração de um sistema fotovoltaico pode suprir, tanto em relação ao consumo de uma edificação específica (34%) quanto em relação ao alívio de carga na rede de distribuição de um alimentador de características de consumo diurnas (5%). Com as reduções de custo esperadas para os próximos anos, a geração solar fotovoltaica deverá vir a ser economicamente viável e, mediante estudos que incentivem a sua utilização, os seus potenciais benéficos podem ser ressaltados.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COLLE, S.; PEREIRA, E. B. Atlas de Irradiação Solar do Brasil. Florianópolis, 1996. CONCEIÇÃO, M. M.; CANDEIA, R. A.; DANTAS, H. J.; SOLEDADE, L. E. B.; FERNANDES JR., V. J.; SOUZA, A. G. Rheological Behavior of Castor Oil Biodisel. Energy & Fuels, v. 19, p. 2185-2188, 2005. GOOGLE_EARTH. MapLink/Tele Atlas Image. DigitalGlobe, 2008. IDB – International Data Base. Population division. Disponível em: <http://www. census.gov>. Acesso em: 10 ago. 2008. INEE. O que é geração distribuída? Disponível em: <www.inee.org.br>. Acesso em: 14 mar. 2008. JARDIM, C. S. A inserção da geração solar fotovoltaica em alimentadores urbanos enfocando a redução do pico de demanda diurno. 2007.166 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. MME. Balanço Energético Nacional 2007: Ano-base 2006. Rio de Janeiro: MME, 2007.

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PÓS-GRADUAÇÃO

>>> O PARADIGMA DO ALTO CUSTO DA ENERGIA FOTOVOLTAICA NO BRASIL E A PARIDADE TARIFÁRIA

Isabel Tourinho Salamoni

RESUMO O Brasil apresenta um grande potencial para a aplicação da energia solar fotovoltaica (FV) conectada à rede elétrica, no entanto pouco tem sido investido no sentido de promover a sua inserção como fonte complementar na matriz energética nacional. Os ainda altos custos envolvidos, aliados ao desconhecimento das estimativas de redução ao longo dos anos e das suas vantagens sociais, econômicas e ambientais, são fatores fundamentais que justificam a não-exploração dessa fonte num país com altos níveis de radiação solar. Este trabalho apresenta o potencial brasileiro para a aplicação da energia FV, faz uma análise de paridade tarifária que identifica, através de distintos cenários, o momento e em quais regiões do Brasil os preços da energia FV e da energia convencional serão os mesmos para o usuário final, e propõe um programa de incentivo à sua inserção, com base no Feed-in Tariff. O objetivo é quebrar o paradigma de que a energia FV é uma fonte cara e viável apenas para os países industrializados ou para a aplicação em sistemas isolados. Embora o Brasil seja considerado um país em desenvolvimento, ele apresenta uma parcela da população capaz de arcar com os custos de um programa de pequeno porte, com um impacto tarifário, a exemplo do aplicado na Alemanha. Resultados preliminares indicam que a paridade tarifária no Brasil deverá ocorrer na próxima década, entre 2015 e 2020, sem a necessidade de subsídios. Porém, partindo do princípio de que a Alemanha, país número um em mecanismos de incentivo às energias renováveis (ER), levou cerca de 20 anos até se estabelecer no mercado, urge a necessidade da criação de um mecanismo de incentivo claro e eficaz para o Brasil. Assim, a experiência necessária para dominar o mercado em grande escala poderá ocorrer de forma ordenada e com o máximo benefício no momento em que a paridade for atingida. PALAVRAS-CHAVE: Energia fotovoltaica. Paridade tarifária. Mecanismo de incentivo.

ABSTRACT Brazil has a great potential for grid-connected PV energy application, however, there have been very few efforts to promote it as a complementary source of energy in the national energy mix. The high costs associated to lack of awareness of long

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term reduction estimates and the social, economic and environmental benefits, are the main reasons for not exploring this renewable source in a country with high solar radiation levels. This paper presents the Brazilian potential to PV application and analyzes grid parity to identify through different scenarios when and where in Brazil PV energy prices and conventional energy prices would be the same to the final consumer. It also proposes an incentive program to promote PV application, based on the Feed-in Tariff. The purpose of this paper is to break the paradigm that PV energy is an expensive source of energy and that it is only profitable in industrialized countries or stand alone applications. Although Brazil is considered a developing country, it has a share of the population that could cover the costs of a suitably sized PV program, with a low tariff impact, as in the German example. Preliminary results show that grid parity in Brazil should take place within the next decade, by 2015-2020, even without an incentive program. However, if we consider that Germany, the country number one in incentive programs to promote RE, took about 20 years to develop an established market, it is crucial to create a clear and effective incentive program to be applied in Brazil. In that context, the experience required to take control of the market in a large scale could happen in an orderly fashion and with maximum benefit when parity is achieved. KEYWORDS: Photovoltaic energy. Grid-parity. Incentive program.

1 INTRODUÇÃO O consumo per capita de energia do brasileiro sempre foi considerado baixo, porém o mercado de energia elétrica vem refletindo o bom momento da economia brasileira, modificando esse conceito. O avanço da produção industrial e o aumento dos investimentos têm possibilitado uma ampliação e uma redistribuição da renda média da população ocupada e também uma diminuição na taxa de desocupação. Esses fatores, juntamente com a valorização da moeda nacional (real) em relação ao dólar, vêm estimulando as vendas de equipamentos eletroeletrônicos e eletrodomésticos, impulsionando o consumo de energia elétrica em todo o país. Segundo dados do Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030), o consumo de energia elétrica em 2030 poderá se situar entre 950 e 1.250 TWh/ano, o que exigirá um aumento expressivo na oferta de energia elétrica no Brasil. Mesmo que seja dada prioridade ao uso do potencial hidroelétrico, a instalação de 120 mil MWh, elevando para 80% o uso desse potencial, poderá não ser suficiente para atender à demanda por energia nesse horizonte. Ainda devem ser levadas em consideração as questões (e custos) sociais e ambientais no que tange à construção de novas usinas hidroelétricas,

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o que gera dificuldades na exploração de todo o potencial nacional existente. Esse quadro sinaliza uma perspectiva de esgotamento do potencial hidroelétrico nacional em aproximadamente 20 anos. Estudo divulgado pelo Instituto Ascende Brasil (2008) mostra que em 2009 o risco de racionamento no Sudeste, principal região consumidora do país, subirá para 5%, limite máximo aceitável pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e pelo Operador Nacional do Sistema (ONS, 2008). Para o Brasil, em 2010, esse indicador aumentará para 8% e chegará a 14% em 2011, quase três vezes mais alto do que o risco máximo recomendado (VALOR ECONÔMICO, 2007). O quadro de oferta futura de energia elétrica aponta a fragilidade e as dificuldades no abastecimento do mercado de energia elétrica para os próximos anos no Brasil. Nesse contexto, a busca por uma maior diversificação da matriz energética nacional, principalmente mediante a geração distribuída em grande escala com base em fontes renováveis de energia (FRE), seria uma das alternativas ante as dificuldades futuras no suprimento energético do país. O Brasil apresenta um grande potencial para a aplicação da energia solar fotovoltaica (FV). A sua inserção na matriz energética nacional, como uma fonte complementar, poderia trazer grandes benefícios tanto ao setor energético quanto aos setores econômico e social do país. Os sistemas FV integrados à edificação urbana e interligados à rede elétrica são considerados atrativos, especialmente em grandes centros urbanos. Além de esses sistemas não necessitarem de uma área física específica para a sua aplicação, podem utilizar as mesmas linhas de transmissão da geração convencional, gerando energia no próprio ponto de consumo. Quando locados estrategicamente no sistema de distribuição, podem contribuir significativamente para a redução da curva de carga (JARDIM et al., 2007).

2 O POTENCIAL BRASILEIRO PARA O USO DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA CONECTADA À REDE ELÉTRICA E INTEGRADA A EDIFICAÇÕES URBANAS E OS SEUS BENEFÍCIOS O Brasil possui excelentes níveis de radiação solar, pois está localizado numa faixa de latitude na qual a incidência de radiação solar é superior à verificada na maior parte do mundo. Essa característica coloca o país em vantagem com relação aos países industrializados, principalmente no que tange à utilização da energia FV para a geração de energia elétrica em maior escala (PEREIRA et al., 2006). Além disso, o país apresenta uma série de outras vantagens significativas com relação aos países industrializados. Aqui é apresentada uma comparação do potencial brasileiro com o potencial alemão para a utilização da energia FV. A Alemanha é considerada o país com o mais bem-sucedido mecanismo de incentivo às FRE, o Feed-in-Law1 (RENEWABLE ENERGY SOURCES ACT, 2007).

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Tomando a média anual de radiação solar nesses dois países (Figuras 1 e 2), é possível verificar que a região mais ensolarada da Alemanha recebe aproximadamente 40% menos radiação solar do que a região menos ensolarada do Brasil. De acordo com os dados da Tabela 1, se forem contrastados os dois consumos energéticos em 2006, pode-se observar que, mesmo o Brasil tendo uma população significativamente maior, a Alemanha apresenta aproximadamente o dobro de consumo energético. Dessa forma, a mesma potência FV instalada na Alemanha teria no Brasil uma geração energética e um impacto no suprimento da demanda significativamente maior, uma vez que o Brasil apresenta níveis de radiação solar maiores e uma demanda energética aproximadamente duas vezes menor do que a da Alemanha. Isso acarretaria num custo menor de investimento para o mesmo benefício de energia gerada na Alemanha. Figura 1 – Atlas de irradiação solar da Alemanha para o plano horizontal. Fonte: http://sunbird.jrc.it/ pvgis/countries/europe.htm Figura 2 - Atlas de irradiação solar do Brasil para o plano horizontal. Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar (2006)

Tabela 1. Dados comparativos entre Brasil e Alemanha Nº de Habitantes Nº de Consumidores Residenciais Nº de Consumidores Residenciais de Classe Média Nº de Consumidores Residenciais de Classe Baixa Consumo Final de Energia Elétrica Consumo Final de Energia Elétrica Residencial Consumo Final de Energia Elétrica Residencial Classe Média Consumo Final de Energia Elétrica Residencial Classe Baixa Radiação Solar Global Horizontal Máxima Radiação Solar Global Horizontal Mínima

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Brasil 184 milhões 48,3 milhões 30,3 milhões 18 milhões 347 TWh/ano 85 TWh/ano

Alemanha 82 milhões 44 milhões N.D* N.D* 616 TWh/ano 140 TWh/ano

71 TWh/ano

N.D*

13,7 TWh/ano

N.D*

2.226-2.300 kWh/m2/ano 1.642-1.715 kWh/m2/ano

1.013-1.350 kWh/m2/ano 713-950 kWh/ m2/ano

O Brasil possui 48,3 milhões de consumidores residenciais, dos quais 18 milhões são considerados consumidores de baixa renda. Os consumidores residenciais de classe média totalizam cerca de 30,3 milhões, consumidores esses que teriam condições de pagar pelas FRE por meio de um sistema de preços semelhante ao aplicado pelo governo alemão. Embora o Brasil apresente um vasto potencial e vantagens significativas para a aplicação da energia FV, quando comparado ao restante dos países industrializados, essa tecnologia não tem sido contemplada de forma clara e tampouco tem sido incentivada pela legislação em vigor. Os altos custos envolvidos na implantação dos sistemas, aliados ao desconhecimento da expectativa de redução de custos e das vantagens relacionados a essa fonte de geração, são fatores que justificam o porquê da não-exploração dessa fonte num país tropical com altos níveis de radiação solar. Com base nesse contexto, é de extrema importância que sejam apresentados de forma clara os benefícios e os potenciais da utilização da energia FV no Brasil, e, principalmente, que sejam quebrados os paradigmas que freiam a inserção dessa fonte renovável na matriz energética brasileira.

3 O PARADIGMA DA VIABILIDADE DA ENERGIA FV APENAS PARA APLICAÇÃO EM PAÍSES DESENVOLVIDOS E A PARIDADE TARIFÁRIA NO BRASIL O custo da energia elétrica produzida por sistemas FV ainda é alto em relação à energia gerada a partir de fontes convencionais (hídricas, térmicas, nucleares, etc.), o que representa uma forte barreira à sua disseminação. Dessa forma, em países em desenvolvimento, essa tecnologia é vista apenas como uma alternativa para o suprimento energético em áreas isoladas, tendo em vista que, a exemplo do Brasil, 20 milhões de pessoas não têm acesso à energia elétrica (IBGE, 2007). Uma forte contra-argumentação para esses altos custos é a constatação da evolução da curva de aprendizagem da tecnologia FV, em que os custos de produção dessa tecnologia vêm mostrando um decréscimo significativo desde o início de sua utilização para aplicações terrestres, em 1970 (HOFFMANN, 2006; KESHNER; ARYA, 2004; POPONI, 2003). Segundo dados da European Photovoltaic Industry Association (EPIA, 2008), apresentados na Tabela 2, a tecnologia FV, embora seja uma das mais caras nos dias de hoje, é a que apresenta uma maior estimativa de redução de custos ao longo dos anos. De acordo com estimativas de crescimento das tarifas de energia convencional e com as previsões de redução de custos dos sistemas FV, ambas as curvas se cruzarão na próxima década, e a geração FV será então competitiva em comparação à geração convencional.

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Tabela 2. Custos da geração elétrica para diferentes fontes de energia e as perspectivas de redução de custos ao longo dos anos Custo da geração elétrica (€ct/kWh) Combustíveis Fósseis (carvão, gás) Nuclear Eólica Solar Térmica Solar Fotovoltaica

Hoje 2005 4-4,5 4-6 9-7,5 17 20-40

Amanhã 2030 6-7 3,5-7 6-5 6 5-10

Depois de amanhã 6,5-9 3,6-6 3-4 3 3-6 Fonte: EPIA, 2007.

Tradicionalmente, as tarifas de energia elétrica no Brasil ficavam bem abaixo das vigentes nos países ricos, que são fortemente dependentes das fontes fósseis e nucleares. Hoje em dia, as tarifas de energia elétrica no Brasil estão entre as mais elevadas do mundo, aproximadamente 65% acima dos preços pagos pelos consumidores norte-americanos (IEA, 2007). A tarifa de energia do consumidor brasileiro está acima também da maioria dos países europeus, conforme dados fornecidos pelo Gabinete de Estatísticas da União Européia (EUROSTAT, 2007). Mesmo com elevadas tarifas de energia elétrica convencional, no Brasil, atualmente, o preço da energia gerada através de sistemas FV apenas permite competir com a geração convencional em determinadas áreas com picos de demanda diurnos e em alguns casos de suprimento em áreas remotas, mas ainda não permite concorrer com os custos da eletricidade convencional na maioria dos setores. O objetivo do mercado solar FV deve ser o de atingir a paridade tarifária, ou seja, o momento em que a energia convencional e a energia FV atinjam o mesmo preço para o usuário final. A presente pesquisa vem desenvolvendo cenários de paridade tarifária para a tecnologia FV no Brasil, que são ilustrados por meio de um mapa brasileiro de paridade tarifária para a energia FV (Figura 3). Esses cenários estão sendo estudados primeiramente para o setor residencial do Brasil e foram baseados em diferentes percentuais anuais de reajuste no preço da tarifa convencional de energia (setor residencial), bem como em diferentes percentuais de taxa interna de retorno (TIR) para esse investimento.

Figura 3 – Mapa brasileiro de paridade tarifária para a tecnologia FV

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Sobre o mapa do Brasil foram traçadas linhas de radiação solar, baseadas no Atlas Brasileiro de Energia Solar (PEREIRA et al., 2006) (Figura 2). Em seguida, foram identificadas as tarifas de energia elétrica para a classe residencial nas diferentes regiões do país, conforme dados disponíveis no site da ANEEL (2008). Os valores referentes à radiação solar no Brasil foram colocados à direita dos mapas. Cada cor representa um nível de radiação solar. Com o objetivo de simplificar o processo, considera-se que todas as regiões (estados), contidas dentro de cada faixa, apresentam o mesmo nível de radiação solar. Os valores referentes à tarifa de energia para o setor residencial foram inseridos no mapa dentro de cada estado, em euros, para o ano em questão. Nessas tarifas já estão inclusos os impostos. Como os percentuais de reajuste tarifário para o setor residencial, observados ao longo dos anos no Brasil, não seguem um crescimento linear e nem se pode prever tal evolução, os cenários para os anos seguintes foram baseados em diferentes estimativas de reajustes. Os preços da energia FV foram colocados à esquerda dos mapas. Todas as regiões (estados) contidas dentro da mesma faixa de radiação solar apresentam o mesmo preço de energia FV, já que são proporcionais à energia solar disponível. As áreas hachuradas identificam as regiões que atingiriam paridade de rede, ou seja, que teriam o preço da energia FV, no máximo, equivalente ao preço da geração convencional para o consumidor residencial no ano em questão. Para o desenvolvimento deste estudo, foram considerados os seguintes dados de entrada: a) radiação solar para todas as regiões do Brasil: média do total anual de irradiação solar (kWh/m2/ano); b) produtividade média anual para a o nível médio anual de radiação solar considerada; c) (Yield) para cada região (R)* (kWh/kWp); d) tempo de duração do programa de incentivo (t): 25 anos; e) taxa interna de retorno (TIR): variável de acordo com o cenário (9% e 7%); f) custo do sistema FV ($); 5 €/Wp instalado; g) despesas anuais do sistema (D): 1%, com base em experiências de medição no sistema FV instalado no Labsolar, da Universidade Federal de Santa Catarina; h) tarifa de energia média para o setor residencial: vigente em cada estado, para o ano em questão; i) percentual anual de reajuste tarifário para o setor residencial: variável de acordo com o cenário (2% e 4%); e j) redução anual dos custos da tecnologia FV: 5%, com base na curva de aprendizado para a tecnologia FV. O preço da energia FV no Brasil (legenda esquerda dos mapas) foi calculado segundo a Equação 1, considerando que o rendimento do gerador FV é de 839 kWh/kWp a

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uma irradiação solar anual de 1.000 kWh/m2. Esse valor foi baseado nas experiências e medições realizadas no gerador FV instalado no Labsolar, em operação desde 1997 (RÜTHER et al., 2006).

(Eq. 1)

onde, C = preço da energia FV no Brasil, em €/kWh. Considerando os dados acima mencionados e o início da análise para o ano de 2008, são apresentados quatro cenários de paridade tarifária para a tecnologia FV no Brasil, ilustrados pelos mapas das Figuras 4 a 7. A Figura 4 leva em consideração uma TIR de 9%, valor considerado maior do que as taxas típicas de retorno aplicadas no Brasil, que poderia ser atrativa para os investidores, e um acréscimo anual na tarifa convencional de energia elétrica para o setor residencial de 2%. De acordo com essas condições, a paridade tarifária no Brasil seria atingida no ano de 2017 em cinco estados brasileiros (áreas hachuradas), incluindo Minas Gerais, o estado com a mais elevada tarifa de energia elétrica para o setor residencial, que está localizado na região Sudeste do Brasil. A região Sudeste é responsável por cerca de 54% do consumo total residencial de energia elétrica (BEN, 2008) e apresenta o maior PIB per capita nacional. A partir do momento em que se consideram as mesmas condições para TIR, utilizadas na Figura 4, mas um acréscimo anual para a tarifa convencional de 4%, o cenário da Figura 5 mostra que um maior número de estados atingiria a paridade tarifária no mesmo ano em questão, 2017. Isso incluiria as capitais mais ensolaradas da região Nordeste do Brasil e os estados mais populosos do Sudeste. O cenário da Figura 6 mostra o considerável impacto do custo quando se aumenta a taxa interna de retorno ao investidor. Aumentando esse número para 12%, ainda considerando um acréscimo de 4% na tarifa convencional de energia, a paridade tarifária seria atingida no ano 2017 apenas em um estado brasileiro: Tocantins. Quando se considera uma TIR mais razoável e já considerada atrativa para investimentos no setor energético brasileiro, em torno de 7%, sob a mesma condição de acréscimo na tarifa utilizada na Figura 5 (4%), o cenário apresentado na Figura 7 mostra que já em 2015 um considerável número dos estados brasileiros atingiria a paridade tarifária. No ano de 2017, a maioria dos brasileiros já poderia instalar sistemas FV com o mesmo preço do que a energia convencional.

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Figura 4 – Estados do Brasil que atingiriam paridade tarifária no ano de 2017, considerando uma TIR de 9% e um acréscimo anual na tarifa de energia elétrica do setor residencial de 2%. Paridade tarifária atingida em cinco estados do Brasil.

Figura 6 – Estados do Brasil que atingiriam paridade tarifária no ano de 2017, considerando uma TIR de 12% e um acréscimo anual na tarifa de energia elétrica do setor residencial de 4%. Paridade tarifária atingida em apenas um estado brasileiro.

Figura 5 – Estados do Brasil que atingiriam paridade tarifária no ano de 2017, considerando uma TIR de 9% e um acréscimo anual na tarifa de energia elétrica do setor residencial de 4%. Paridade tarifária atingida em grande parte dos estados mais ensolarados do Brasil.

Figura 7 – Estados do Brasil que atingiriam paridade tarifária no ano de 2015, considerando uma TIR de 7% e um acréscimo anual na tarifa de energia elétrica do setor residencial de 4%. Paridade tarifária atingida em praticamente todos os estados do Brasil.

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Como observado, na pior das hipóteses analisadas, a paridade de rede no Brasil já aconteceria no ano de 2017, sem a necessidade de subsídios. A questão é que, quanto mais cedo o país investir, mais cedo se desenvolverá tanto nas áreas econômica e social – mediante a criação de uma indústria local, a capacitação de profissionais e a geração de novos postos de trabalho – quanto na área energética – pela diversificação da sua matriz. Para que haja uma produção em escala, é necessário que sejam criados mecanismos que incentivem e viabilizem a inserção dessa fonte e que garantam condições mínimas de segurança ao investidor e ao consumidor.

4 PROPOSTA DE UM MECANISMO DE INCENTIVO ESPECÍFICO AOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE ELÉTRICA PÚBLICA NO BRASIL No Brasil, a geração de energia elétrica por FRE vem passando por uma nova fase, porém, apesar de o país já ter dado início ao incentivo, principalmente com o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (Proinfa), a tecnologia FV conectada à rede elétrica não tem sido contemplada e incentivada pela legislação em vigor. O Proinfa contempla apenas as fontes eólica, biomassa e PCH. Por mais que a tecnologia FV fosse inserida nesse programa, ela seria praticamente inviável, uma vez que foi estipulado um percentual de 60% de nacionalização. A partir do momento em que houver preços mais competitivos com a geração convencional ou um programa de incentivo adequado, que estimule investidores, será possível estabelecer uma indústria local e, conseqüentemente, fazer com que uma maior produção em escala de energia FV ocorra. Assim, torna-se fundamental a elaboração de um mecanismo de incentivo eficaz, que contemple essa fonte inesgotável de energia, permitindo que as experiências obtidas com as instalações nos países desenvolvidos, em especial as da Alemanha, possam servir de parâmetro para dar fomento à iniciativa no Brasil. Conforme Holm e Arch (2005), o sistema de preços (Feed-in Tariff) é o mecanismo mais recomendado para promover as FRE não apenas nos países industrializados, mas principalmente nos países em desenvolvimento. Uma vez que os países mais pobres têm necessidades básicas a serem supridas, não faz sentido adotar um programa de incentivo às FRE do qual o governo tenha que participar com um alto investimento inicial. A vantagem do sistema de preços é que não existe a necessidade de um investimento por parte do governo. Aqui, é sugerida a criação de um programa de incentivo específico à energia FV (que poderia ser estendido a outras FRE), baseado no Feed-in Tariff. O programa seguiria os pontos positivos do programa alemão e adaptaria aqueles que não estão de acordo com a realidade brasileira. A proposta visaria a alvos, consumidores e tarifas-

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prêmio diferentes dos adotados pelo governo alemão. O estudo parte do princípio de que apenas os consumidores de classe média no Brasil estariam pagando pelo programa de incentivo à tecnologia FV. Um programa nesses moldes, aplicado no Brasil, poderia ser limitado a dez anos para a aceitação de novos entrantes, até um limite na escala do GWp, com pagamento de tarifas-prêmio por 20 ou 25 anos, em condições que remunerassem o investimento de forma satisfatória. Assim, não somente poderia viabilizar a tecnologia FV em grande escala no Brasil, como prepararia o sistema elétrico brasileiro para a situação da paridade tarifária, a ser atingida na próxima década. Esse programa poderia atrair para esse setor da economia novos recursos financeiros, advindos do investimento de agentes, inclusive pessoas físicas, que tradicionalmente não são investidores nessa área. Outro aspecto que deve ser observado refere-se a considerações relativas aos agentes distribuidores de energia: sabe-se que no programa alemão houve grande resistência por parte das empresas distribuidoras de energia, uma vez que estas não eram remuneradas pelo trabalho adicional de administrar a entrada de grandes quantidades de pequenos geradores pulverizados em seu sistema de distribuição. Nesse sentido, poderia ser concebido um programa que incluísse algumas vantagens para esses agentes, de modo que eles se sentissem atraídos e remunerados pela sua nova atividade no setor, evitando sua oposição à iniciativa. Como exemplo é descrito um cenário para um programa de 1.000 MWp, a ser instalado num período de 10 anos, referente a 100 MWp ao ano como meta anual. A duração do pagamento da tarifa-prêmio, por quilowatts-hora produzido pelo gerador FV, foi determinada como sendo de 25 anos. Foi adotado um preço de 5.000 euros/ kWp instalado para os geradores FV, assumindo que esse valor declina 5% a cada ano e que o sistema tem um custo de manutenção de 1% ao ano. A taxa interna de retorno ao investidor foi assumida como sendo de 7% ao ano. Essa taxa também foi utilizada para ilustrar a paridade tarifária apresentada anteriormente e considerada possível de atrair investidores no setor energético. Um programa com esse porte e duração teria um custo anual aproximado de € 37.513.212,00 no primeiro ano. Nesse cenário, o produtor independente (PI) que instalasse seu gerador FV no primeiro ano do programa receberia uma tarifa-prêmio de € 0,28 por kWh produzido, durante um período de 25 anos. A tarifa-prêmio sofreria uma redução de 5% ao ano para novas instalações. O custo total das tarifas-prêmio pagas ao longo do programa seria diluído entre os usuários finais de energia, neste caso o usuário do setor residencial. Para o primeiro ano do programa, cada unidade consumidora, excluindo as de baixa renda, pagaria a mais em sua fatura de energia aproximadamente € 0,10 por mês, para o primeiro ano do programa. Esse valor atingiria um pico de € 0,56 por mês no décimo ano do programa e, a partir daí, esse custo declinaria para os anos seguintes.

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5 CONCLUSÃO Dois dos grandes empecilhos para a adoção da energia FV em grande escala são o alto custo, o que muitas vezes torna seu uso inviável, e o desconhecimento dos benefícios da utilização dessa FRE num país com dimensões continentais e com elevados índices de radiação solar. Os elevados índices de radiação em todo o território nacional e as elevadas tarifas residenciais de energia elétrica indicam que a assim chamada paridade tarifária entre a geração solar e as fontes convencionais de geração de eletricidade deverá ocorrer no Brasil na próxima década. Segundo esta análise, devido à contínua redução dos custos da tecnologia FV e ao aumento das tarifas convencionais, estima-se que a paridade de rede no Brasil deverá ocorrer entre os anos de 2015 e 2020, sem a necessidade de subsídios. A questão é que, quanto mais tarde o Brasil investir nessa tecnologia, mais ele se colocará atrás dos países que já iniciaram os investimentos nessa área no que diz respeito à maturidade e ao domínio tecnológico. A Alemanha levou cerca de 20 anos para chegar ao estágio em que o sistema elétrico está preparado para absorver em grande escala os pequenos geradores solares nas redes de transmissão e distribuição. Na Espanha, onde o estímulo mais recente e menos ordenado a essas tecnologias levou à sua adoção em escalas crescentes, nota-se certo nível de distúrbio causado pela inserção súbita desses geradores. Nesse contexto, urge a adoção de um programa de incentivo à tecnologia FV, para que a experiência necessária para dominar o mercado em grande escala possa ocorrer de forma ordenada e com o máximo benefício, no momento em que a paridade tarifária for atingida. O incentivo à produção de tecnologia nacional e a iniciativa de projetos privados e governamentais podem resultar na diminuição do custo e, dessa forma, incentivar a proliferação dessa fonte. O trabalho defende o excelente potencial brasileiro para a aplicação da energia FV e seus benefícios, quando comparado ao país número um em mecanismos de incentivo às FRE, a Alemanha, e apresenta como sugestão a elaboração de um programa de incentivo semelhante ao alemão com adaptações que reflitam a realidade brasileira. O objetivo desse programa seria o de levar à produção em economia de escala, reduzir custos, viabilizar a inserção de sistemas FV à rede e permitir que as experiências obtidas pelos países industrializados possam servir de ferramentas para alavancar a inserção dessa fonte na matriz energética brasileira. O presente estudo ressalta a importância de quebrar o paradigma de que energia FV é apenas viável para os países industrializados. Mesmo o Brasil sendo considerado um país em desenvolvimento, ele apresenta uma parcela da população com condições de assumir os custos de um mecanismo de incentivo à tecnologia FV, a exemplo do que foi adotado na Alemanha, com um impacto tarifário semelhante.

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NOTA 1 O mecanismo alemão é baseado na obrigatoriedade de compra pela operadora de rede de toda a eletricidade gerada pelas fontes renováveis, pagando ao gerador uma tarifa-prêmio que é distinta para cada tecnologia. Os recursos captados através de um pequeno acréscimo na tarifa de todos os consumidores são depositados num fundo utilizado para reembolsar (em forma de tarifa-prêmio) os consumidores que tenham instalado os sistemas fotovoltaicos. Nesse caso, o incentivo é pago gradualmente, como um prêmio por quilowatt-ano ao longo de vários anos, permitindo que os consumidores recuperem os seus investimentos num período de 10 a 12 anos (HOLM; ARCH, 2005).

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PÓS-GRADUAÇÃO

>>> AVALIAÇÃO DO POTENCIAL DE TELHADOS SOLARES EM RESIDÊNCIAS Ísis Portolan dos Santos

RESUMO A geração de energia é um dos principais elementos causadores de poluição no mundo. A energia solar fotovoltaica é um meio de garantir a geração de energia elétrica utilizando a fonte limpa e inesgotável que é o Sol. A partir da integração de módulos fotovoltaicos nas edificações, é possível gerar energia no meio urbano, utilizando uma área já construída e também diminuindo as perdas energéticas com transmissão e distribuição. A conexão direta dos sistemas fotovoltaicos à rede elétrica elimina a necessidade de sistemas de acumulação e permite que a energia seja utilizada por qualquer pessoa que esteja conectada à rede. Este trabalho propõe a criação e a disseminação de kits predefinidos que englobem módulos fotovoltaicos e demais equipamentos para a instalação completa de um gerador fotovoltaico e sua conexão à rede elétrica, criando telhados solares nas residências. Os kits poderão ser instalados nos telhados das residências já construídas ou mesmo em novas, facilitando a instalação e eliminando a necessidade e os custos de um projeto específico para cada uma. Ao definir os elementos padrão do kit, como módulos e inversores, poderá haver uma produção industrial em grande escala, o que diminuirá o custo dos kits. Por ser uma tecnologia inovadora, o sistema de kit também facilita o treinamento da mão-deobra. Uma simulação desse sistema em um bairro residencial de Florianópolis demonstrou que há área de telhado suficiente para a locação de um kit de 1 kWp em praticamente todas as residências unifamiliares e que essa geração é capaz de contribuir na demanda do bairro. Assim, toda energia que os kits irão gerar será imediatamente consumida no próprio bairro, aliviando a carga da concessionária que abastece o local. Desse modo, um sistema de kits seria um meio de alavancar essa tecnologia renovável no país, a partir dos consumidores residenciais. PALAVRAS-CHAVE: Energia solar fotovoltaica. Energias renováveis. Residências sustentáveis.

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ABSTRACT Energy generation is one of the major pollutants in the world. Photovoltaic solar energy is a means to ensure electric energy generation using a clean and renewable source, the sun. By integrating photovoltaic modules in the buildings, it is possible to generate energy in urban areas, using already built areas as well as minimizing energy losses through transmission and distribution. Direct connection of photovoltaic systems to the electric grid eliminates the need for accumulation systems, and allows the generated energy to be used by any consumer connected to the grid. This paper proposes the creation and dissemination of predefined kits comprising photovoltaic modules and other pieces of equipment required to complete the installation and connection of a photovoltaic generator, resulting in solar roofs on houses. The kits could be fitted on roofs of existing or new residences, making installation easier and minimizing the requirement and costs of a specific project for each case. The establishment of standard components, like modules, inverters, and others equipment, would result in industrial scale production and minimize their costs. Being an innovative technology, the kits would also make labor training easier. A simulation of this idea in a residential zone in Florianópolis city showed that there is enough area in the roofs to place one kit in each single family residence, and that this generation would contribute to the energy demand of the zone. This way, all the energy generated by these kits would be immediately consumed within the zone, and relieve the concessionary load. Thus, a system of kits could be a way to boost this renewable technology in this country based on residential consumers. KEYWORDS: Solar energy. Renewable energies. Building integrated photovoltaic.

1 INTRODUÇÃO A matriz energética mundial, atualmente, é baseada em combustíveis fósseis poluentes. Esses elementos são finitos e agridem o meio ambiente tanto na sua extração quanto na sua utilização. Diante dessas adversidades, buscam-se alternativas para minimizar os impactos ao meio ambiente e garantir o fornecimento adequado de energia à população. Nesse sentido, estudos são conduzidos na busca por fontes alternativas de energia, propondo o uso de tecnologias diferenciadas que tenham com baixo impacto na natureza. A tecnologia fotovoltaica é uma dessas fontes, que utiliza a irradiação solar para a geração direta de energia elétrica, portanto uma fonte limpa e renovável. Os sistemas fotovoltaicos (FV) já estão tecnologicamente disponíveis para disseminação no mercado, sendo usados há mais de 30 anos em alguns países europeus.

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Por esses sistemas gerarem energia somente durante as horas de sol, são geralmente integrados à rede elétrica convencional; assim, injetam na rede o excedente de energia produzido durante o dia, e a noite retiram a energia necessária para o consumo. Isso permite que não sejam utilizados sistemas de armazenamento, como baterias, que limitam a autonomia de produção e também reduzem a eficiência do sistema. A energia solar fotovoltaica apresenta também outros benefícios, ligados às suas características de geração; por exemplo, a geração no próprio local de consumo, a possibilidade de integração às edificações e a geração durante o horário comercial. A geração junto ao local de consumo tem como vantagem a não-utilização das redes de transmissão e distribuição, o que diminui os custos e as perdas energéticas. A utilização das coberturas das edificações é uma vantagem por utilizar uma área já construída para a geração de energia, não precisando ocupar novas terras. A geração concomitante ao horário comercial é bastante interessante em alguns pontos da rede urbana, principalmente em zonas urbanas com pico de consumo diurno, onde a energia FV se torna uma fonte despachável nesses locais e sob algumas condições (JARDIM, 2007; JARDIM et al., 2008; RÜTHER et al., 2008). A partir desses conceitos, este trabalho propõe a criação de kits fotovoltaicos predefinidos, para serem utilizados nas coberturas das residências urbanas. Este trabalho também avalia o potencial de contribuição desse sistema para a rede elétrica pública de um bairro da cidade de Florianópolis, SC.

2 VANTAGENS DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS EM RESIDÊNCIAS URBANAS Na disposição geográfica do consumo de energia elétrica, os aglomerados urbanos apresentam-se como grandes consumidores. Isso porque eles detêm grande parte do consumo dos setores residencial, comercial e público, e ainda alguma parcela dos consumos industriais. Mas também é sabido que as grandes centrais geradoras de energia (hidrelétricas, no caso do Brasil) estão localizadas em regiões específicas. Isso exige uma complexa rede de transmissão e distribuição de energia elétrica, para que esta chegue às cidades. Assim, os custos de geração das grandes hidrelétricas acabam aumentando se forem considerados os custos de instalação e de manutenção das linhas de transmissão, bem como as perdas características desse sistema elétrico. A utilização de painéis solares fotovoltaicos integrados às edificações permite que a geração de energia ocorra de forma distribuída, sendo produzida próximo aos pontos de consumo. Assim, a integração desse sistema em residências pode auxiliar no fornecimento de energia elétrica para as zonas urbanas. Outra possibilidade da energia fotovoltaica pode ser encontrada na sua própria limitação de gerar energia somente nas horas de sol. O período diurno é concomitan-

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te com a utilização de energia pelas atividades que ocorrem em período comercial. Assim, seria possível que, uma vez instalada, a geração FV participasse com parte do consumo diurno, cabendo à geração convencional o excedente diurno e a demanda total nos períodos noturnos. Conforme o consumidor e, principalmente, conforme a atividade exercida por ele, há uma variação na curva de demanda. No geral, atividades comerciais e de serviço tendem a ter seu maior consumo durante o dia, e as residências costumam ter maior consumo à noite, quando as pessoas estão efetivamente em casa utilizando a iluminação e equipamentos elétricos, além do pico ao entardecer, caracterizado pelo uso do chuveiro elétrico e da iluminação. Na zona urbana mista, caracterizada por possuir edificações residenciais, comerciais e de serviço, entre outras, a curva de demanda apresenta consumo significativo durante o dia. Assim, os painéis fotovoltaicos, instalados nas residências, poderiam fornecer a energia para o consumo diário, principalmente para as edificações de comércio e serviços. E a zona urbana mista, definida por um alimentador da rede elétrica, possuiria geração e consumo concomitante no mesmo local, sendo a energia gerada pelos painéis FV consumida imediatamente e em local próximo, auxiliando o sistema elétrico no nível de geração, transmissão e distribuição. A seleção das residências como locais de integração dos painéis justifica-se pela grande área de cobertura disponível e por eles pertencerem a um único proprietário. Essas questões são importantes quando se projeta um cenário em que há um programa – como os que já ocorrem em países desenvolvidos – de incentivo à instalação de sistemas fotovoltaicos. Na existência desses programas, os consumidores residenciais são privilegiados, já que são detentores de uma área construída favorecida para integração dos painéis fotovoltaicos. Neste trabalho foram escolhidas as edificações residenciais unifamiliares, pois elas apresentam grande área de telhado disponível e são de propriedade exclusiva de uma pessoa. As residências unifamiliares também possibilitam controle e segurança facilitados, e são uma forma de investimento visível que poderia auxiliar na consciência e nos hábitos de consumo dos moradores. Economicamente, se houvesse um programa de incentivo que premiasse a geração fotovoltaica com uma tarifa-prêmio paga pela energia injetada na rede, isso resultaria na diminuição do tempo de retorno do investimento e, posteriormente, se tornaria uma fonte de renda do morador.

3 DEFINIÇÃO DOS KITS A tipologia de kits com a tecnologia fotovoltaica já é encontrada em algumas empresas e fabricantes no mundo. Entre os associados na European Photovoltaic In-

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dustry Association (EPIA) encontramos as empresas NAPS, Solar World, Photowatt e Solar Solutions, entre outras. Os kits dessas empresas são compostos dos materiais necessários para a instalação de sistemas fotovoltaicos integrados à rede elétrica, com potência variando entre 1,3 kWp e 6,5 kWp. Entre os componentes fornecidos pelos kits estão os módulos fotovoltaicos, moldura, componentes para fixação na cobertura, inversor, caixa de proteção e conexão à rede, e os cabos e conectores necessários. Os kits a serem propostos neste trabalho terão abrangência de componentes similares aos kits já existentes, mas a potência e o material utilizado serão compatíveis ao interesse da pesquisa, que é criar um sistema de fácil disseminação no mercado brasileiro. Sendo assim, os kits terão menores potências (considerando os kits mencionados, existentes na Europa), para diminuir o custo de aquisição deles e também pela utilização de uma área pequena, mais fácil de ser encontrada na maioria das edificações existentes. Serão propostas também duas tecnologias de kits com potências diferentes, para que também possuam preço de comercialização diferente. Ao propor uma tipologia para execução em larga escala, o custo dos sistemas poderia diminuir, pela produção dos materiais em série, do treinamento facilitado da mão-de-obra e também pela predefinição do projeto de instalação. Conforme alguns estudos (BAKOS et al., 2003), quase 20% dos custos de uma instalação fotovoltaica integrada à edificação são referentes ao projeto de integração e à instalação em si, ou seja, com um projeto definido e instalação facilitada, os custos deles seriam diminuídos. Ambos os kits serão propostos a partir de materiais já existentes no mercado internacional, portanto materiais possíveis de ser fabricados, com tecnologia já desenvolvida e aplicada. Ambos também apresentarão os seguintes elementos: módulos fotovoltaicos (de silício policristalino ou de silício amorfo); moldura e componentes para fixação na cobertura; chave seccionadora; inversor; disjuntor; medidor; e cabos e conectores necessários para a instalação elétrica e conexão à rede elétrica. O posicionamento dos módulos na cobertura deve ser locado de modo a receber a maior insolação possível (Figura 1). O local de fixação do inversor e disjuntores deve ser abrigado, de preferência no interior da edificação, em local seco e que não sofra eventuais choques ou manuseios desnecessários.

Figura 1 – Proposta de integração de um kit fotovoltaico em uma residência e de locação dos equipamentos

125

3.1 Proposição do kit de silício policristalino O kit de silício policristalino será o kit de maior potência e será composto dos elementos anteriormente citados, sendo o módulo utilizado de silício policristalino. O kit possuirá 1 kWp de potência, utilizando-se de cinco módulos fotovoltaicos de 200 W cada. De acordo com um fabricante de módulos, as características técnicas de um módulo de 200 W seguem os valores da Tabela 1. Tabela 1. Características de performance elétrica de um módulo de 200 W sob STC1 (Standard Test Conditions) Características Dimensões (Larg. x Comp. x Esp.) Peso Potência máxima (Pmáx) Máxima tensão (Vmpp) Máxima corrente (Impp) Tensão de circuito aberto (Voc) Corrente de curto-circuito (Isc) Eficiência (P/Área)

Definições 1.425 mm x 990 mm x 36 mm 18,5 kg 200 W 26,3 V 7,61 A 32,9 V 8,21 A ≈14,17%

Tabela 2. Característica da ligação em série dos módulos e do inversor Módulo 200 W Potência nominal Tensão de operação Tensão de circuito aberto Corrente de operação

Valores no painel (5 módulos em paralelo)

Pmáx: 200 W

1.000 W

Vmpp: 26,3V

131,5 V

Voc: 32,9 V

164,5 V

Impp: 7,61 A

7,61 A

Inversor Máxima potência de entrada

1.210 W

Faixa de tensão

139 V – 400 V

Máxima corrente de entrada

10 A

Esse kit de 1 kWp terá seus cinco módulos conectados em série, necessitando de um inversor que comporte as características da ligação (Tabela 2). Para tanto, será utilizado um inversor que comporte 1.000 W. Para a proposta do kit foi utilizado um modelo de inversor existente no mercado, com as definições encontradas na Tabela 3.

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Tabela 3. Características de um inversor que comporta um sistema de 1 kWp de potência Características Dimensões (Larg. x Comp. x Esp.) Peso Máxima potência de entrada CC Faixa de tensão de entrada CC Máxima corrente de entrada Potência nominal de saída CA Máxima potência de saída CA Tensão nominal de saída

Definições 434 mm x 295 mm x 214 mm 22 kg 1.210 W 139 V a 400 V 10 A 1.000 W 1.100 W 220 V a 240 V

Tensão de rede AC

60 Hz

De acordo com as dimensões do módulo, esse kit utilizará uma área de 7,05 m² no telhado das residências. A disposição dos módulos poderá se adequar conforme a geometria da cobertura, dispondo-se linearmente ou de outra forma, de modo que a instalação tenha uma estética agradável ao morador e, principalmente, que utilize uma porção do telhado com melhor orientação e sem sombreamentos, buscando sempre a máxima possibilidade de geração.

3.2 Proposição do kit de silício amorfo O kit de silício policristalino será o kit de menor potência, composto dos elementos anteriormente citados, e utilizará módulos fotovoltaicos de silício amorfo. O kit possuirá 500 Wp de potência, utilizando-se de quatro módulos fotovoltaicos de 125 W cada. De acordo com um fabricante de módulos, as características técnicas de um módulo de 125 W seguem os valores da Tabela 4. Tabela 4. Características de performance elétrica de um módulo de 124 W sob STC (Standard Test Conditions) Características Dimensões (Larg. x Comp. x Esp.)

Definições 5.007 mm x 394 mm x 3,3 mm

Peso Potência máxima (Pmáx) Máxima tensão (Vmpp) Máxima corrente (Impp) Tensão de circuito aberto (Voc) Corrente de curto-circuito (Isc) Eficiência (P/Área)

7,0 kg 124 W 30,0 V 4,13 A 42,0 V 5,1 A ≈6,3%

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Do mesmo modo que o proposto para o kit de 1 kWp, este kit de 0,5 kWp também terá definições especiais de ligação. Os quatro módulos deste kit serão conectados em série, necessitando de um inversor que comporte as características da ligação (Tabela 5). Para tanto, será utilizado um inversor que comporte 500 W. Tabela 5. Característica da ligação em série dos módulos e do inversor Módulo 124 W

Valores no painel (4 módulos em série)

Potência nominal

Pmáx: 125 W

500 W

Tensão de operação

Vmpp: 30 V

120 V

Tensão de circuito aberto

Voc: 42 V

168 V

Corrente de operação

Impp: 4,13 A

4,13 A

Inversor Máxima potência de entrada

670 W

Faixa de tensão

96 V a 200 V

Máxima corrente de entrada

Para a proposta do kit foi utilizado um modelo existente no mercado, com as definições encontradas na Tabela 6. Tabela 6. Características de um inversor que comporta um sistema de 0,5 kWp de potência

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Características

Definições

Dimensões (Larg. x Comp. x Esp.)

322 mm x 290 mm x 180 mm

Peso

16 kg

Máxima potência de entrada CC

670 W

Faixa de tensão de entrada CC

96 V a 200 V

Máxima corrente de entrada

Potência nominal de saída CA

600 W

Máxima potência de saída CA

600 W

Tensão nominal de saída

220 V a 240 V

Tensão de rede AC

60 Hz

Este kit ocupará, nos telhados em que for instalado, uma área de 7,88 m². Como a forma de um módulo de 125 W é linear, a disposição dos módulos será feita preferencialmente pelo alinhamento lateral deles, de modo que fiquem posicionados na porção mais ensolarada da cobertura, que não possua interferência de sombreamentos.

3.3 Potencial de geração dos kits O potencial de geração de cada kit será definido pela insolação que ele irá receber e pela potência de cada um. A instalação dos kits deverá ser feita sempre que possível na porção mais bem orientada do telhado, buscando a máxima incidência da radiação solar. Uma estimativa de geração foi feita a partir da geração real de dois sistemas já instalados e em funcionamento, acompanhados e instalados pela equipe do Labsolar, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Para os kits de p-Si foi utilizado o yeld (geração total anual sobre a potência total instalada = kWh/kWp) de 2007 do sistema de 2,25 kWp de silício policristalino instalado na Casa Eficiente da Eletrosul. Para os kits de a-Si foi utilizado o yeld de 2007 do sistema de silício amorfo de 10,88 kWp do Centro de Eventos da UFSC. Os dois sistemas também estão instalados na posição ideal para Florianópolis, aproveitando o máximo de irradiação solar. A estimativa de geração considerou ainda uma defasagem de geração ocasionada pelas orientações e inclinações das águas dos telhados. Desse modo, a geração estimada para cada kit está de acordo com a Tabela 7. Tabela 7. Potencial de geração mensal de cada kit p-Si de 1 kWp (kWh)

a-Si de 0,5 kWp (kWh)

Janeiro

151,56

70,00

Fevereiro

102,80

57,87

Março

121,45

67,61

Abril

104,31

57,59

Maio

77,95

42,38

Junho

88,89

41,68

Julho

80,27

43,71

Agosto

74,50

36,59

Setembro

93,33

49,64

Outubro

90,32

51,63

Novembro

106,67

60,12

Dezembro

113,12

61,55

1.205,17

640,37

TOTAL ANUAL

129

Percebe-se que a geração do sistema de a-Si é sempre um pouco menos que o dobro da geração de p-Si (Tabela 7). A geração duas vezes maior era esperada, já que o potencial instalado também é duas vezes maior, mas o valor um pouco menor deve-se às características próprias de maior eficiência do material de silício amorfo, que, com uma potência instada de 0,5 da potência de p-Si, tem uma geração de 0,53 da geração de p-Si. Essa é uma questão importante a ser pesada pelo proprietário na instalação, já que o kit de menor potencial e menor custo possui um potencial de geração maior, ou seja, dois kits de a-Si com potência somada de 1 kWp deverão gerar mais que um kit de p-Si também de 1 kWp. Além da multiplicação da potência instalada pelo yeld de um sistema com a mesma tecnologia e instalado na mesma cidade, o valor de geração ainda foi ponderado por um percentual referente ao posicionamento dos módulos, considerando sua inclinação e orientação. Isso porque, em diferentes inclinações em relação à horizontal e orientações em relação ao norte, o nível de irradiação difere, reduzindo ou aumentando os níveis de geração de energia. Para isso, foi realizada uma amostragem das coberturas das residências do bairro e selecionadas as parcelas de telhado com orientações e inclinações que recebem os maiores níveis de irradiação solar, por meio do programa Radiasol (UFRGS, 2001). Com essa análise, o valor percentual de ponderação foi de 94,19 em relação ao posicionamento ideal de Florianópolis, 27º de inclinação e orientação a norte (RÜTHER, 2004), porque os sistemas existentes que originaram os dados estão instalados na posição ideal. Assim, os sistemas instalados nos telhados de 496 residências irão gerar próximo de 94% do que um sistema com as mesmas características iria gerar se fosse instalado na posição ideal.

4 POTENCIAL DE CONTRIBUIÇÃO DOS KITS 4.1 Contribuição para a rede elétrica Para verificar o quanto de energia os kits podem gerar e qual a sua contribuição para a energia disponível na rede elétrica, foi simulada a instalação deles no bairro Santa Mônica da cidade de Florianópolis. Esse bairro foi escolhido por apresentar uma configuração de uso misto, com residências, comércios e serviços. Assim, haverá na mesma zona um local para a instalação dos kits, as residências, e também edificações com consumo diurno que terão sua alimentação complementada pelos kits, no caso as edificações comerciais e de serviço. O número de kits a serem instalados foi definido pelo número de residências existentes, considerando que haverá um kit instalado em cada residência do bairro. O consumo do bairro foi obtido a partir do alimentador da rede elétrica que o serve, o TDE-05, com dados de potência média por hora durante o ano de 2007 medidos pela Cen-

130

trais Elétricas de Santa Catarina (Celesc). O número de residências existentes no bairro foi determinado pelo Mapa do Geoprocessamento Corporativo da Prefeitura Municipal de Florianópolis, atualizado também para o ano de 2007. Como se percebe na Figura 2, o bairro Santa Mônica representa apenas parte da zona servida pelo TDE-05, cerca de 23%.

Figura 2 – Delimitação do bairro Santa Mônica em relação à abrangência do alimentador TDE-05

Para a simulação da aplicação dos dois kits diferentes são propostos três modelos de inserção da tecnologia nas 496 casas: o Modelo 1 representa a inserção do kit de p-Si de 1 kWp em todas as residências, com um total instalado de 496 kWp no bairro; o Modelo 2 representa a instalação do kit de a-Si de 0,5 kWp em todas as residências, resultando em um potencial de 248 kWp instalados; o Modelo 3 apresenta uma inserção mista das tecnologias, com metade das residências com o kit de p-Si e a outra metade com o kit de a-Si, com um potencial total instalado de 372 kWp. O percentual de contribuição da energia gerada pelos kits foi calculado a partir da geração total anual deles em relação ao consumo anual do alimentador. O resultado desses cálculos é apresentado na Tabela 8, em que pode ser verificada quanta energia cada modelo irá gerar e o quanto isso irá contribuir para o alimentador, no mês e no ano. Os níveis de contribuição efetiva (NPE) apresentados indicam o percentual da demanda que será suprido pela energia solar fotovoltaica. Como se percebe, esse percentual tem maior valor no Modelo 1, com maior potencial instalado, chegando a 2% no mês de janeiro. Embora esses valores possam parecer reduzidos, estão dentro de um limite aceitável para uma fonte energética intermitente. Isso porque a energia solar fotovoltaica é totalmente dependente da presença da irradiação solar, sendo então suscetível a pausas de geração nos momentos sem sol, como esperado durante a noite, mas também durante momentos diurnos com grande presença de nuvens ou chuvas. Desse modo, é necessário proteger o sistema elétrico para que não haja pausas abruptas de fornecimento de energia em um alimentador, e assim um NPE em torno de 1% não comprometeria a estabilidade do sistema.

131

Tabela 8. Potencial de contribuição energética dos kits para o alimentador urbano Demanda total mensal TDE-05 Meses

Geração total mensal dos 496 kits de cada modelo Modelo 1

Modelo 2

Modelo 3

kWh

NPE%

kWh

NPE%

kWh

NPE%

Jan

3.368.947,2

70.806,16

2,10%

32.700,67

0,97%

51.753,42

1,54%

Fev

3.112.586,6

48.026,35

1,54%

27.036,98

0,87%

37.531,66

1,21%

Mar

3.829.114,3

56.739,30

1,48%

31.585,00

0,82%

44.162,15

1,15%

Abr

3.237.086,6

48.731,80

1,51%

26.906,44

0,83%

37.819,12

1,17%

Mai

3.161.352,2

36.416,87

1,15%

19.799,59

0,63%

28.108,23

0,89%

Jun

3.042.892,1

41.527,84

1,36%

19.473,44

0,64%

30.500,64

1,00%

Jul

3.191.376,6

37.500,73

1,18%

20.418,97

0,64%

28.959,85

0,91%

Ago

3.216.805,5

34.805,09

1,08%

17.092,06

0,53%

25.948,57

0,81%

Set

3.066.353,3

43.602,13

1,42%

23.190,77

0,76%

33.396,45

1,09%

Out

3.241.383,6

42.195,91

1,30%

24.120,81

0,74%

33.158,36

1,02%

Nov

3.163.321,3

49.834,35

1,58%

28.087,54

0,89%

38.960,94

1,23%

Dez

3.374.201,4

52.847,67

1,57%

28.755,60

0,85%

40.801,64

1,21%

Média Anual

39.005.420,8

563.034,21

1,44%

0,77%

431.101,04

1,11%

Esta análise também é feita pelo nível de penetração2 (NP), que indica certo limite para o potencial instalado de uma geração intermitente. No estudo do potencial dos kits, o Modelo 1 apresenta o maior NP, de 6,73%, e também o maior NPE, de 1,44%; o Modelo 2 apresenta um NP de 3,35%, com NPE de 0,77%; e o Modelo 3 apresenta um NP de 5,02%, com um NPE de 1,11%. Esses valores de NP obtidos são justificados por outros estudos na literatura. O trabalho de Jardim (2007) considerou para diferentes alimentadores um NP de 10%, considerando a partir desse valor os diferentes níveis de fator efetivo de capacidade de carga (FECC), que representa a redução efetiva do pico de carga dos alimentadores. O valor de 10% é justificado em uma análise do referido trabalho, em que se demonstra que maiores valores de NP implicarão menores níveis de FECC, principalmente quando o alimentador em questão possui mais picos de consumo fora do horário de geração solar FV, como é o caso do alimentador TDE-05. Os valores apresentados por Jardim (2007), sempre para um NP de 10%, variam com NPE de 2,57% a 14,41%, dependendo das características do alimentador. Assim os valores apresentados na Tabela 8 são semelhantes ao do referido estudo e apresentam-se

132

dentro de um limite aceitável e justificável para a inserção da tecnologia fotovoltaica como contribuição à energia fornecida por um alimentador urbano.

4.2 Contribuição para a residência O perfil de utilização da energia gerada por um kit também seria diferenciado se considerado o consumo elétrico de uma residência. Para esta avaliação foram utilizados os dados de consumo característico de residência para a região Sul do Brasil, fornecido pelo Procel (2007), com um consumo médio mensal de 300 kWh. O percentual de contribuição da energia gerada pelos kits para a própria residência é apresentado na Tabela 9. Tabela 9. Contribuição da geração de energia FV de um kit no consumo mensal de uma residência Consumo residência (kWh)

1 Kit de 1 kWp de p-Si Geração (kWh)

Contribuição (%)

Consumo excedente (kWh)

1 Kit de 0,5 kWp de a-Si Geração (kWh)

Contribuição (%)

Consumo excedente (kWh)

Jan

300

151,56

50,52%

148,44

70,00

23,33%

230,00

Fev

300

102,80

34,27%

197,20

57,87

19,29%

242,13

Mar

300

121,45

40,48%

178,55

67,61

22,54%

232,39

Abr

300

104,31

34,77%

195,69

57,59

19,20%

242,41

Mai

300

77,95

25,98%

222,05

42,38

14,13%

257,62

Jun

300

88,89

29,63%

211,11

41,68

13,89%

258,32

Jul

300

80,27

26,76%

219,73

43,71

14,57%

256,29

Ago

300

74,50

24,83%

225,50

36,59

12,20%

263,41

Set

300

93,33

31,11%

206,67

49,64

16,55%

250,36

Out

300

90,32

30,11%

209,68

51,63

17,21%

248,37

Nov

300

106,67

35,56%

193,33

60,12

20,04%

239,88

Dez

300

113,12

37,71%

186,88

61,55

20,52%

238,45

3.600

1205,17

33,48%

2394,83

640,37

17,79%

2959,63

Anual

Esses percentuais de contribuição são estimados considerando-se que toda a energia gerada pelos kits seja direcionada à residência e que esta utilize integralmente toda essa energia, o que não ocorre efetivamente em sistemas FV interligados à rede elétrica, como aqueles em utilização em outros países. Se essa energia fosse injetada na residência, e não na rede elétrica pública, haveria uma diferença temporal entre a geração e o consumo, já que grande parte da geração ocorre nos momentos em que há pouco consumo na residência, assim como o consumo também tem grande incidência nos momentos sem geração. Em um sistema interligado à rede, pode haver vários tipos de medição e tarifação

133

da energia que é gerada pelo sistema FV. Assim, dependendo do sistema, o percentual de contribuição da energia também pode ser alterado. Dois cenários que seriam possíveis de ser considerados são os sistemas Net Metering e o Feed-in Tariff. O sistema do tipo Net Metering é utilizado nos programas de incentivo do Japão e dos EUA. Nele energia gerada pelos kits é injetada integralmente na rede e há um medidor que atua nos dois sentidos, de geração e de consumo. Assim, sempre que há consumo, ele atua contabilizando os quilowatts-hora consumidos; e quando há geração, ele contabiliza os quilowatts-hora gerados. Ao fim do mês, o morador paga somente pela diferença entre o seu consumo e a sua geração. Nesse sistema os quilowatts-hora gerados pelo sistema FV e os consumidos pela residência têm o mesmo valor. É como se houvesse um medidor que girasse nos dois sentidos; no sentido contrário, quando há geração excedente. No sistema Feed-in Tariff, utilizado na Alemanha, os quilowatts-hora gerados pelos sistemas FV são tarifados com preço maior que os quilowatts-hora consumidos da rede pública. Nesse sistema, a concessionária utiliza o valor obtido pelo medidor de energia injetada na rede e compra essa energia por um valor superior àquele pelo qual ela é vendida na rede pública. Nesse sistema o percentual de contribuição dos kits FV pode ser maior, considerando o balanço financeiro ao final do mês. Ambos os sistemas são interessantes pelo incentivo à tecnologia, diminuindo também o tempo de retorno do investimento. Seria propício que a difusão dos kits fosse acompanhada por um programa de incentivo como esse.

5 CONCLUSÃO São necessárias tecnologias alternativas para a geração de energia elétrica, para que se mantenham as atividades humanas e se preservem os recursos ambientais do planeta. Nesse contexto, a energia solar fotovoltaica tem muito a contribuir, podendo gerar energia elétrica com o uso de uma fonte limpa e renovável, o Sol. Essa tecnologia ainda tem como vantagem a geração junto aos pontos de consumo, podendo ser utilizada como uma fonte complementar nos centros urbanos. Desse modo, uma tipologia de kits pode vir a contribuir na disseminação dessa tecnologia, já que propicia um esquema predefinido e simplificado de instalação, podendo ser aplicado em qualquer residência, existente ou a construir, e também em outros tipos de edificação. Além disso, as características modulares permitem a fabricação em escala, o que diminui os custos dos materiais e facilita o treinamento da mão-deobra para a instalação. A simulação da aplicação desses kits em uma zona urbana existente mostrou que eles são capazes de contribuir para a demanda energética da rede à qual estarão conectados, aliviando a carga do alimentador responsável por ela. Os valores

134

de contribuição apresentados são referentes apenas à parte da área de abrangência do alimentador, podendo então ser majorados os valores se instalados kits nas residências de toda a área de abrangência, ou se outras edificações também passem a ser contempladas com a tecnologia. Ainda assim, os valores de contribuição obtidos encontram-se dentro de faixas estabelecidas em outros estudos, evidenciando que a energia solar fotovoltaica pode contribuir para a geração de energia elétrica, mas não há a pretensão de que ela seja responsável por grande parte dessa geração, já que deve ser considerada sua característica de intermitência. Portanto, este trabalho expõe um modo de iniciar a disseminação da tecnologia fotovoltaica nos centros urbanos do Brasil. A proposta engloba a definição de um protótipo que permite a replicação e a fácil instalação nas coberturas das edificações, e também a análise do potencial de contribuição dele. O presente trabalho também sugere elementos para a fabricação em massa, buscando a redução do custo dos equipamentos, que ainda é uma das principais barreiras à popularização dessa tecnologia. Os kits, além do seu potencial de contribuição demonstrado, ainda poderão ter um valor agregado à sua geração, já que diminuirão a demanda da geração convencional, poupando água nos reservatórios das hidrelétricas e também reduzindo os custos e as perdas com a transmissão e a distribuição da parcela de energia que irão gerar.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BAKOS, G. C.; SOURSOS, M.; TSAGAS, N. F. Technoeconomic assessment of a building-integrated PV system for electrical energy saving in residential sector. Energy and Buildings, Issue 8, v. 35, p. 757-762, 2003. JARDIM, C. D. S. A inserção no contexto brasileiro de sistemas solares fotovoltaicos interligados à rede elétrica, quando analisados através do fator efetivo de capacidade de carga (FECC), enfocando a redução do pico de demanda diurno em centros urbanos. 2007. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2007. JARDIM, C. D. S.; RUTHER, R.; SALAMONI, I. T.; VIANA, T. D. S.; REBECHI, S. H.; KNOB, P. J. The strategic sitting and the roofing area requirements of building-integrated photovoltaic solar energy generators in urban areas in Brazil. Energy and Buildings, Issue 3, v. 40, p. 365-370, 2008. RÜTHER, R. Edifícios Solares fotovoltaicos: o potencial da geração fotovoltaica integrada a edificações urbanas e interligada à rede elétrica pública no Brasil. Florianópolis: Ed. da UFSC/Labsolar., 2004

135

RÜTHER, R.; KNOB, P. J.; JARDIM, C. da Silva; REBECHI, S. H. Potential of building integrated photovoltaic solar energy generators in assisting daytime peaking feeders in urban areas in Brazil. Energy Conversion and Management. In Press, Corrected Proof, 2008. UFRGS. Radiasol. Porto Alegre: Laboratório de Energia Solar - Geste/Promec, 2001.

NOTAS 1 Irradiância de 1.000 W/m², espectro luminoso AM 1,5 e temperatura do módulo de 25 ºC. 2 Nível de penetração = potência fotovoltaica instalada/potência do maior pico histórico do alimentador.

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136

PÓS-GRADUAÇÃO

>>> ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA TRANSMITÂNCIA TÉRMICA NO CONSUMO DE ENERGIA DE EDIFICAÇÕES COMERCIAIS Ana Paula Melo

RESUMO Este trabalho apresenta uma análise do desempenho energético de edificações comerciais com base na influência da transmitância e da capacidade térmica das paredes externas e coberturas de edificações comerciais. A análise foi realizada através de simulação computacional, utilizando o programa EnergyPlus. Foram simulados casos com diferentes condições de carga interna, absortância solar externa, padrão de uso, razão de área de janelas nas fachadas, entre outros parâmetros, sempre analisando a influência destes em relação ao consumo anual de energia elétrica das edificações. Adotaram-se três climas: de Florianópolis, Curitiba e São Luís. Foram adotadas duas tipologias: a tipologia 1, que representa um edifício de 5 pavimentos; e a tipologia 2, uma loja comercial de 1 pavimento. Observa-se que os resultados encontrados para os valores de transmitância térmica contestam os limites adotados pela ASHRAE Standard 90.1, podendo esses limites ser excedidos, uma vez que para os três climas analisados a utilização de uma parede com alto valor de transmitância térmica facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, o que reduz o consumo do sistema de condicionamento de ar. PALAVRAS-CHAVE: Transmitância térmica. Desempenho térmico. Edificações comerciais.

ABSTRACT This paper presents an analysis of the energy performance of commercial buildings based on the influence of thermal transmittance and thermal capacity of external walls and roofing carried out through computer based simulations with the EnergyPlus software. Case simulations were made with different internal load densities, exterior absorptance, patterns of use, window to wall ratio and other parameters to analyze their influence on annual energy consumption. Weather files from Florianopolis, Curitiba and São Luís were adopted. Two architectural types were adopted: type 1 represents a 5-storey office building and type 2 represents a 1 storey commercial store. These results show that the limits adopted by ASHRAE Standard 90.1 can be exceeded by using the high values of thermal transmittance in the walls of those

137

weathers to help dissipate internal heat gain to the exterior, minimizing air conditioning energy consumption. Air conditioning consumption peaks and sizing that should be fitted in the ambient to produce the best comfort condition have been analyzed. KEYWORDS: Thermal transmittance. Thermal performance. Commercial buildings.

1 INTRODUÇÃO Os prédios comerciais e públicos são responsáveis pelo grande impacto de consumo dos sistemas de condicionamento de ar em razão da influência dos projetos arquitetônicos, das especificações de materiais e das condições de uso da edificação. As características construtivas de uma edificação são de extrema importância para que ela seja energeticamente eficiente. Dessa forma, empresas e projetistas têm buscado um maior conhecimento das interações térmicas que ocorrem em edificações, visando incentivar práticas de projetos eficientes e implementações que otimizem o uso da energia na indústria da construção. Através das ferramentas computacionais pode-se avaliar o desempenho energético da edificação construída como também de construções futuras, possibilitando assim a introdução de alternativas para aumentar a eficiência energética da edificação. O uso de simulação permite também estimar o consumo de energia da edificação a partir das características do envelope e dos materiais que o constituem, sistemas de condicionamento de ar existentes, carga interna instalada e padrões de uso. Os programas de simulação computacional auxiliam no desenvolvimento de novas normas de eficiência energética e nos projetos de edificações mais eficientes. Durante a crise do petróleo na década de 70, começaram a surgir as primeiras normas de eficiência energética em edificações. Muitos países editaram normas a esse respeito, como, por exemplo, os Estados Unidos, que publicaram a ASHRAE Standard 90 em 1975. Em 1989, os Estados Unidos publicaram a ASHRAE Standard 90.1, a qual estabelece requisitos mínimos para o projeto de edificações eficientes, exceto para edificações residenciais de pequeno porte. Esta norma tem sido adotada como base para o desenvolvimento de leis de eficiência energética em edificações em muitos países, entre eles o Brasil. A ASHRAE Standard 90.1 apresenta os limites máximos de transmitância térmica para paredes e coberturas de acordo com o clima no qual a edificação está, mas essa norma não considera a carga instalada no ambiente analisado e o seu padrão de uso. Grande parte dos trabalhos encontrados na literatura indica que a utilização de isolamento térmico torna a edificação mais eficiente energeticamente. Entretanto, analisando a região onde a maioria dos trabalhos foi desenvolvida, observa-se que o clima frio (inverno) é predominante. A utilização do isolante térmico nas paredes

138

de edificações localizadas em climas com invernos rigorosos torna a edificação mais confortável internamente pelo fato de manter a temperatura interna por mais tempo constante, o que gera uma redução no valor da conta de energia elétrica. Outras pesquisas, entretanto, mostram que, dependendo do clima, padrão de uso e de outros parâmetros relacionados à edificação, a utilização de isolamento térmico poderá aumentar o consumo de energia da edificação. Nas regiões mais quentes, uma envolvente muito isolada dificulta a dissipação dos ganhos internos e solares para o exterior. Esse fato contribui para a elevação da temperatura interna, exigindo a utilização de sistema de condicionamento de ar. As conseqüências do aumento do isolamento térmico no período de verão foram analisadas por Chvatal, Maldonado e Corvacho (2005) em edifícios residenciais e comerciais de Portugal, com base no consumo anual de energia elétrica da edificação. Os edifícios foram simulados por meio do programa TRNSYS, em que foram inseridos os dados de entrada de cada edificação, combinando-os com diversas possibilidades de sombreamento exterior. Os resultados mostram que o uso de sistemas de condicionamento de ar em edifícios residenciais no verão é reduzido em até 8% com o aumento do isolamento nas paredes quando o sombreamento externo fica em torno de 75%. Já para os edifícios comerciais, que possuem uma maior carga interna, observou-se que o aumento do isolamento térmico dificulta a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, não sendo, portanto, recomendável, uma vez que aumenta a quantidade de horas de sobreaquecimento. Observou-se, tanto para edificações comerciais como residenciais, que, quando os ganhos internos ou solares não são controlados, o ambiente torna-se menos confortável com o aumento do isolamento térmico. Optou-se em concentrar este estudo em edificações comerciais localizadas em regiões com verões mais longos e invernos mais amenos pelo fato de a maioria dos trabalhos existentes ter se concentrado em edificações residenciais localizadas em climas com invernos mais rigorosos durante o ano. Além disso, a edificação comercial possui cargas internas e padrões de uso diferentes da edificação residencial. Como objetivo principal optou-se por analisar a influência da transmitância térmica de paredes e coberturas para diferentes condições de carga interna, em relação ao consumo de energia e da carga térmica de edificações comerciais. Foram adotados três diferentes climas, de Florianópolis, Curitiba e São Luís, para analisar a influência da edificação em diferentes condições de graus-hora de resfriamento e aquecimento.

139

2 METODOLOGIA 2.1 O programa de simulação Para a análise do desempenho térmico das edificações foi adotado o programa de simulação computacional EnergyPlus, versão 1.4.0. O programa EnergyPlus foi desenvolvido mediante a fusão dos programas DOE-2 e BLAST, com o intuito de criar uma ferramenta que permitisse a simulação da carga térmica e a análise energética de edificações e de seus sistemas. Esse programa calcula a carga térmica necessária para aquecer ou resfriar um ambiente. O cálculo é baseado no comportamento térmico e energético da edificação, no clima em que a edificação está inserida e nos valores de cargas térmicas encontrados.

2.2 Definição das tipologias As tipologias arquitetônicas utilizadas na pesquisa foram baseadas no estudo realizado mediante o convênio entre Procel Edifica e Eletrobrás (2006), o qual desenvolveu um banco de dados representativo de tipologias arquitetônicas do consumo nacional de edificações residenciais, comerciais e públicas; e com base no estudo desenvolvido por Carlo e Lamberts (2006), em que apresentam as etapas para a elaboração de um protótipo de edificações para simulações em relação ao seu desempenho térmico, avaliando também os parâmetros que mais influenciam na envoltória da edificação, com base no consumo de energia elétrica. A tipologia 1 representa um edifício com 5 pavimentos. A edificação possui uma área total construída de 1.001 m2, a qual é totalmente condicionada, exceto a área correspondente à escada e elevadores. Essa tipologia foi utilizada para analisar a influência do isolamento térmico nas paredes. A segunda tipologia corresponde a uma edificação comercial totalmente condicionada, com área total de 2.500 m2. Este modelo possui dimensão de 50 m x 50 m x 5 m, o que é representativo de uma loja de departamento. Esta tipologia foi utilizada para analisar a influência do isolamento térmico nas coberturas. A geometria das tipologias pode ser observada na Figura 1. TIPOLOGIA 1

TIPOLOGIA 2

Figura 1 – Representação das tipologias 1 e 2 em 3D

140

2.3 Parâmetros analisados e seus valores adotados Para analisar a influência da transmitância térmica de paredes e coberturas em relação ao consumo de energia elétrica das tipologias arquitetônicas adotadas, foram simuladas diversas combinações, que podem ser observadas na Tabela 1. Tabela 1. Dados de entrada e seus respectivos valores, adotados para as simulações Parâmetros

Valores adotados

1 - Tipologias arquitetônicas

Duas tipologias diferentes

2 - Clima

Florianópolis; Curitiba; São Luís

3 - Padrão de uso (h/dia)

8; 12

4 - Densidade de carga interna instalada ILD (W/m2)

30; 70

5 - Percentual de área de janela nas fachadas - WWR (%)

20; 50; 80

6 - Fator Solar (FS)

0,87 (claro); 0,58 (refletivo)

7 - Absortância das paredes à radiação solar

0,20 (branca); 0,90 (preta)

8 - Absortância das coberturas à radiação solar

0,20 (branca); 0,90 (preta)

9 - Transmitância térmica das paredes e coberturas (W/m2K)

1,00; 1,50; 2,00; 4,00

10 - Infiltração de ar (m3/s)

0,3 troca de ar por hora

11 - Coeficiente de performance do sistema de condicionamento de ar (W/W)

3,19

Para a simulação das tipologias utilizaram-se os arquivos climáticos das cidades de Florianópolis, Curitiba e São Luís do tipo TRY (Test Reference Year) de 1963, 1969 e 1966 respectivamente. Esses arquivos incluem dados da região adotada e representam um ano climático médio dentro de uma série de 10 anos (GOULART, 1993). A partir dos arquivos climáticos da cidade de Florianópolis, Curitiba e São Luís foi calculado o total de graus-hora de aquecimento e de resfriamento, adotandose as temperaturas-base de 18 ºC e de 24 ºC respectivamente, conforme mostra a Tabela 2. Também foi analisada a quantidade de graus-dia de resfriamento e aquecimento, com temperaturas-base de 10 ºC e de 18 ºC respectivamente, uma vez que esses valores são adotados pela ASHRAE Standard 90.1 para caracterizar o clima da cidade, indicando os níveis máximos de transmitância térmica que

141

podem ser adotados em cada componente construtivo da edificação, de acordo com o clima onde esta está inserida. Observa-se que os três climas analisados possuem diferentes valores de graus-hora de aquecimento e resfriamento. O clima de Curitiba possui um total de graus-hora de aquecimento aproximadamente quatro vezes maior que o da cidade de Florianópolis. Apesar de o clima de São Luís não possuir graus-hora de aquecimento utilizando a temperatura-base de 18 ºC, este apresenta um total de graus-hora de resfriamento maior que as outras cidades analisadas. Analisando os graus-dia de aquecimento, observa-se que a cidade de Curitiba possui o maior número de graus-dia; e o clima de São Luís possui o maior número de graus-dia de resfriamento. Tabela 2. Graus-hora e graus-dia das cidades adotadas Aquecimento Cidade

Graus-hora (tb=18 °C)

Florianópolis

Resfriamento

Graus-dia (tb=18 °C)

Graus-hora (tb=24 °C)

Graus-dia (tb=10 °C)

6.880

163

4.517

3.894

Curitiba

25.999

892

1.940

2.360

São Luís

22.828

6.112

A ASHRAE Standard 90.1 classifica os climas com base no cálculo dos graus-dia de aquecimento e resfriamento. De acordo com o critério térmico adotado pela Standard 90.1 para a definição das zonas climáticas, observa-se que o clima de Florianópolis e de Curitiba pertencem à zona climática 2, e a cidade de São Luís pertence à zona climática 1. Através da ASHRAE Standard 90.1 observa-se que os valores máximos de transmitância térmica de paredes e coberturas são os mesmos para as zonas climáticas 1 e 2. Adotaram-se dois valores de densidade de carga interna instalada, estando nesses valores incluídos os ganhos com iluminação, equipamentos e pessoas, como pode ser observado na Tabela 3. Pelo fato de o trabalho ser realizado em edificações do tipo comercial, adotou-se o valor de 150 W de calor dissipado por pessoa, o que representa a atividade de escritório. Tabela 3. Valores de densidade de carga interna instalada – ILD ILD = 70 W/m2 ILD = 30 W/m2 Qtd

Ilum. (W/m²)

Pes. (m²/pes)

150

Equip. (W/pes) Total

142

W/m²

Qtd

W/m²

Ilum. (W/m²)

Pes. (m²/pes)

150

Equip. (W/pes) Total

O fator solar é a razão do ganho de calor solar através de determinado vidro para o ganho de calor solar do vidro padrão (definido como um vidro incolor de 3 mm), sob circunstâncias idênticas. É o índice mais conhecido e geralmente aceito, tanto na indústria como na construção civil, como referência comparativa entre vidros. Nas simulações foram adotados os valores de 0,87, o qual representa um vidro claro, e de 0,58, um vidro refletivo. Em relação à absortância das superfícies externas das paredes e coberturas, foram adotados os valores 0,20 (superfície branca) e 0,90 (superfície preta), podendo-se com isso analisar a influência desse parâmetro em relação ao consumo de energia elétrica da edificação. Durante as simulações, quando a parede da edificação for adotada com um valor baixo (20%) ou alto (90%) de absortância à radiação solar, a cobertura será adotada com um valor médio de absortância à radiação solar de 50%. Na análise das coberturas com valores baixo (20%) e alto (90%), as paredes serão adotadas com um valor médio de absortância de 50%. Os valores de transmitância térmica (U) e capacidade térmica (C) das quatro diferentes construções de paredes e coberturas adotadas foram obtidos pela NBR 15220 Desempenho térmico de edificações – Parte 3. Houve a preocupação em se adotarem construções típicas de edificações comerciais no Brasil. O cálculo da transmitância e da capacidade térmica das paredes e cobertura foi calculado de acordo com a NBR 15220 – Desempenho térmico de edificações – Parte 1. Para o desenvolvimento desta pesquisa, são utilizadas a Parte 2 da NBR 15220, em que se encontram métodos de cálculo para a transmitância (U) e capacidade térmica (C) dos componentes opacos, e a Parte 3, em que há uma tabela [Tabela D.3] com valores de transmitância e capacidade térmica já calculados para alguns tipos de construções de paredes e coberturas. A Tabela 4 apresenta os valores de transmitância e capacidade térmica das paredes e coberturas das construções adotadas. Tabela 4. Transmitância e capacidade térmica das paredes e coberturas adotadas Paredes Parede dupla de tijolos de 8 furos circulares (20 cm) Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares (10 cm) Parede de tijolos de 6 furos quadrados (14 cm) Parede de concreto maciço de 10 cm de espessura Coberturas Cobertura de telha de fibrocimento, lã de vidro e laje de concreto Cobertura de telha de fibrocimento e laje de concreto Cobertura de telha de barro com forro de madeira Cobertura de telha de barro

U(W/m2K) 1,00 1,50 2,00 4,00 2 U(W/m K)

C(J/m2K) 328 268 200 286 2 C(J/m K)

1,00

1,50 2,00 4,00

77 60 77

143

Adotou-se o valor de infiltração de 0,3 troca de ar por hora. Para esse parâmetro, elaborou-se uma schedule de infiltração de 100% de funcionamento durante o período de 24 h. O piso das tipologias foi adotado com uma camada de argamassa de reboco, laje de concreto, argamassa de reboco e piso cerâmico, resultando em uma transmitância térmica de 3,20 W/m2K. Em relação aos valores da temperatura do solo para calcular a laje em contato com o piso, foram adotados os valores encontrados nos arquivos climáticos. O sistema de condicionamento de ar adotado foi o de janela com coeficiente de performance (COP) de 3,19 wtérmico/welétrico (watts de capacidade de refrigeração por watt elétrico consumido), o qual representa um eficiente sistema de condicionamento de ar (tipo A). O sistema de condicionamento de ar será adotado ao longo de todo o ano, com as temperaturas de controle de 20 ºC para aquecimento e de 24 ºC para resfriamento.

3 RESULTADOS Por questões de espaço, os resultados apresentados neste item referem-se a casos relacionados com o padrão de uso e a densidade de carga interna instalada para as duas tipologias analisadas. Dessa forma, cada gráfico apresenta apenas os resultados de alguns dos mais de 23 mil casos simulados. Os valores de consumo de energia elétrica anual foram normalizados por metro quadrado de área condicionada.

3.1 Tipologia 1

3.1.1 Padrões de uso Para aqueles casos com padrão de uso de 8 h, ILD (30 W/m2), baixa absortância superficial externa das paredes (20%), FS (0,58) e WWR de 20%, observou-se que o aumento da transmitância térmica (de 1 W/m2K para 4 W/m2K) das paredes representou uma redução no consumo de energia para as cidades de Florianópolis (5%) e Curitiba (2%). Para o clima de São Luís, observa-se que o consumo anual permanece praticamente constante (Figura 2).

Figura 2 – Consumo anual baseado no padrão de uso de 8 h

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Aumentando o padrão de uso desses casos para 12 h, nota-se que a redução do consumo anual para as cidades de Florianópolis e Curitiba aumenta para 6% (5.354 kWh) e 4% (3.394 kWh) respectivamente. Para o clima de São Luís, o consumo anual permanece praticamente constante. O aumento do padrão de uso nesses casos resulta em uma maior utilização da carga interna instalada, refletindo no aumento do consumo anual da edificação. Entretanto, o aumento da transmitância das paredes dos modelos facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, diminuindo o consumo anual, como pode ser observado nos climas de Florianópolis e de Curitiba. O consumo do sistema de condicionamento de ar é reduzido em 19% para Florianópolis e em 17% para Curitiba. Para São Luís, o consumo do sistema de condicionamento de ar permanece praticamente constante. Entretanto, a carga de pico do sistema de condicionamento de ar aumenta em torno de 13% com o aumento da transmitância térmica das paredes.

3.1.2 ILD Para aqueles casos com ILD de 30 W/m2, padrão de uso de 8 h, WWR de 50%, baixa absortância superficial externa das paredes (20%) e FS (0,58), observou-se que o aumento da transmitância térmica representou uma redução no consumo anual das edificações. A utilização de uma parede com transmitância de 4 W/m2K reduz o consumo anual para o clima de Florianópolis e de Curitiba em 5% quando comparado com a utilização da parede com transmitância de 1 W/m2K. Para o clima de São Luís, a redução foi de 1%. Analisando o consumo dos sistemas de condicionamento de ar, observou-se que para todos os climas analisados ocorreu a redução do consumo deles: 16% para Curitiba, 13% para Florianópolis e 2% para São Luís. Aumentando a carga interna instalada nesses casos para 70 W/m2, observa-se um aumento representativo no consumo anual em razão do aumento das cargas instaladas nas edificações. Entretanto, o aumento da transmitância térmica nesses casos simulados com alta densidade de carga interna instalada representou uma redução de 4% (5,008 kWh) para Florianópolis e de 5% (6,188 kWh) para Curitiba. Para o clima de São Luís, a redução do consumo anual foi mais representativa quando comparada aos casos com baixa densidade de carga interna instalada, apresentando uma redução de 2% (3,067 kWh). A redução do consumo anual pode ser observada na Figura 3. Observa-se que, mesmo utilizando uma alta densidade de carga interna instalada na combinação desses modelos, o consumo anual é reduzido em relação ao aumento da transmitância térmica das paredes. O aumento da transmitância térmica das paredes facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, o que reduz

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a utilização do sistema de condicionamento de ar. Para Curitiba, a redução do consumo do sistema de condicionamento de ar foi de 16%; para Florianópolis, de 10%; e para São Luís, de 3%. Entretanto, o aumento da transmitância térmica das paredes refletiu em um aumento de 8% na carga de pico do sistema de condicionamento de ar para Curitiba.

Figura 3 – Consumo anual baseado ILD de 30 W/m2 e 70 W/m2

3.2 Tipologia 2

3.2.1 Padrões de uso Para aqueles casos com padrão de uso de 8 h, ILD (30 W/m2), baixa absortância superficial externa das paredes (20%), FS (0,58) e WWR de 20%, observou-se que o aumento da transmitância térmica da cobertura refletiu em um aumento do consumo anual. Para o clima de Florianópolis, o aumento no consumo anual da edificação em relação à cobertura com 1 W/m2K para 4 W/m2K foi de 10% (14,149 kWh). Para Curitiba e São Luís, o aumento foi de 11% (16,380 kWh) e 12% (27,827 kWh) respectivamente. Com relação ao consumo do sistema de condicionamento de ar, tanto de aquecimento como de resfriamento, a edificação também apresentou um aumento para todos os climas simulados, sendo mais representativo para a cidade de Curitiba, a qual apresentou um aumento de 36%. O aumento do padrão de uso destes casos de 8 h para 12 h também resultou em um aumento do consumo anual das edificações. Entretanto, analisando as coberturas com transmitância térmica de 1 W/m2K com 4 W/m2K, observou-se que a utilização do padrão de uso de 12 h para esses casos apresentou um menor aumento do consumo anual das edificações, quando comparados com os casos com padrão de uso de 8 h para o clima de Florianópolis e São Luís. Para Florianópolis, o aumento foi de 7% (15,984 kWh), e para São Luís, foi de 8% (26,770 kWh). Para o clima de Curitiba, o aumento do consumo anual foi maior em 1% para os casos com padrão de uso de 12 h do que para os casos com padrão de uso de 8 h. O consumo do sistema de condicionamento

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de ar aumentou em 39% para a cidade de Curitiba, com o aumento a transmitância térmica da cobertura para 4 W/m2K. Para Florianópolis e São Luís, o aumento foi de 24% e 14% respectivamente. O aumento da transmitância térmica das coberturas resulta no aumento do consumo anual das edificações em razão de este componente opaco possuir ganhos solares durante grande parte do dia. Sendo assim, quanto maior a transmitância térmica da cobertura, maior será o ganho externo para o ambiente interno. Nos casos com padrão de uso elevado, o aumento da transmitância térmica ajuda na dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo.

Figura 4 – Consumo anual baseado nos padrões de uso de 8 h e de 12 h

3.2.2 ILD Para aqueles casos com ILD de 30 W/m2, padrão de uso de 8 h, WWR de 50%, baixa absortância superficial externa da cobertura (20%) e FS (0,58), pode-se observar que o aumento da transmitância térmica da cobertura reflete no aumento do consumo anual das edificações. O maior aumento do consumo ocorre quando a transmitância térmica da cobertura das edificações é de 4 W/m2K. Para Florianópolis, o aumento foi de aproximadamente 8%, e para Curitiba e São Luís, o aumento foi de aproximadamente 10%. A maior diferença entre o consumo do sistema de condicionamento de ar foi observada para a cidade de Curitiba, com aproximadamente 38%. O aumento do valor da carga interna instalada para 70 W/m2 também resultou no aumento do consumo anual em relação ao aumento da transmitância térmica da cobertura. Analisando a Tabela 18, observa-se que, para Florianópolis e Curitiba, o aumento do consumo anual foi de aproximadamente 3%, e para São Luís, foi de 4%. Comparando o aumento do consumo anual da cobertura com transmitância de 1 W/m2K com a cobertura com 4 W/m2K para os casos simulados com cargas internas baixa e alta, observa-se que os casos simulados com carga interna de 30 W/m2 apresentam maior diferença entre o consumo anual do que os casos simulados com a carga

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interna de 70 W/m2 (Figura 5). O aumento da transmitância térmica da cobertura nesses modelos facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, refletindo também na diminuição da diferença entre o consumo do sistema de condicionamento de ar quando comparado com o caso anterior.

Figura 5 – Consumo anual baseado nos ILD 30 W/m2 e 70 W/m2

4 CONCLUSÕES Este trabalho analisou a influência da transmitância e da capacidade térmica das superfícies opacas de duas tipologias comerciais com diferentes condições de carga interna em relação ao consumo de energia elétrica. Através da análise dos casos simulados, pode-se observar que, dependendo da densidade da carga interna instalada, do seu padrão de uso, do WWR, do fator solar dos vidros e da absortância das superfícies externas, o aumento da transmitância térmica do envelope pode resultar em uma economia de energia na edificação. Para o modelo do edifício comercial de 5 pavimentos (tipologia 1) simulado com baixo valor de absortância das superfícies externas (20%) em conjunto com alta densidade de carga interna instalada (70 W/m2) ou padrão de uso elevado (12 h) ou WWR de 20%, trata-se dos casos em que se verificou a maior redução do consumo anual da edificação quando se aumentou o valor da transmitância térmica das paredes. Esse comportamento foi obtido para os três climas analisados, sendo que Florianópolis e Curitiba apresentaram as maiores reduções no consumo anual. Analisando o comportamento dos casos, nota-se que o aumento da transmitância térmica das paredes facilita a dissipação dos ganhos internos para o ambiente externo, reduzindo o consumo de energia do sistema de condicionamento de ar. No modelo da edificação de 1 pavimento (tipologia 2), o aumento da transmitância térmica da cobertura provocou um aumento no consumo anual de energia elétrica da edificação para os três climas simulados.

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Esses resultados contradizem os limites máximos de transmitância térmica para paredes e coberturas apresentados na ASHRAE Standard 90.1, de acordo com o clima no qual a edificação está inserida. Porém, essa norma não menciona as condições de uso da edificação ao estabelecer esses limites. Analisando os resultados do consumo da edificação, observa-se que, dependendo das cargas internas e do padrão de uso utilizados nas simulações, as paredes externas podem possuir uma transmitância térmica maior que 3,293 W/m2K, a qual é adotada pela ASHRAE. Observou-se que, para alguns casos, as paredes simuladas com uma transmitância térmica de 4 W/m2K reduzem o consumo da edificação para os climas analisados quando comparados com a parede com transmitância térmica de 1 W/m2K. Para o limite máximo de transmitância térmica das coberturas, os valores encontrados são bem próximos dos valores estipulados pela ASHRAE. Analisando os relatórios de saída do programa computacional utilizado referente ao sistema de condicionamento de ar observou-se que o aumento da transmitância térmica das paredes de 1 W/m2K para 4 W/m2K representou um aumento do pico de carga do sistema de condicionamento de ar em aproximadamente 10%. Este estudo identificou a influência da transmitância térmica de paredes e coberturas e outros parâmetros relacionados com o consumo final de energia elétrica em edificações comerciais. Entretanto, deve-se ressaltar que a economia de energia vai depender do clima, do tamanho e da forma da edificação, das áreas envidraçadas, das cargas internas e das propriedades dos materiais utilizados na construção, além do tipo e da eficiência dos sistemas de condicionamento de ar existentes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMA TÉCNICAS. NBR 15220 – Desempenho térmico de edificações. Rio de Janeiro, 2005. ASHRAE – AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIRCONDITIONING ENGINEERS. ANSI/ASHRAE Standard 90.1-2004: Energy Standard for Building Except Low-Rise Residential Buildings. Atlanta, 2004. CARLO, J. C.; LAMBERTS, R. Elaboração de protótipos para simulação do desempenho termo-energético de edificações. In: ENTAC – Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído, 11., Florianópolis. Anais… Florianópolis: Entac, 2006.

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CHVATAL, K. M. S.; MALDONADO, E. A. B.; CORVACHO, M. H. P. Study of the impact of the increase of the thermal insulation of the building envelope upon its thermal performance. In: PALENC – PASSIVE AND LOW ENERGY COOLING FOR THE BUILT ENVIRONMENT, Santorini, 2005. Proceedings… Santorini: Palenc, 2005. PROCEL EDIFICA – CONVÊNIO ENTRE PROCEL/EDIFICA ELETROBRÁS. Disponível em: <http://www.labeee.ufsc.br/eletrobras/index.html>. Acesso em: 12 set. 2006.

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