Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 141
A substituição de lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes de baixo consumo reduz o consumo de energia de iluminação a 1/4 do que era anteriormente. A energia consumida pelas lâmpadas e, no final, convertida em calor; dessa forma, migrar para uma iluminação de baixo consumo também reduz a carga de refrigeração no verão, embora aumente a carga de aquecimento no inverno. Considere um edifício que seja aquecido por uma caldeira a gás natural – com uma eficiência de 80% – e resfriado por um equipamento de condicionamento de ar com COP de 3,5. Considerando que os custos de eletricidade representam US$ 0,08/ kWh e que os custos de gás natural são de US$ 1,40/therm (1 therm
= 105.500 kJ), determine se a iluminacao de baixo consumo realmente aumentara ou reduzira o custo total de energia do edifício (a) no verão e (b) no inverno.
Passo 1
Vamos lá! A questão nos afirma que a mudança para iluminação energeticamente eficiente reduz a eletricidade consumida para a iluminação, bem como a carga de arrefecimento em
verão, mas aumenta a carga de aquecimento no inverno. Deve ser determinado se a mudança para iluminação eficiente irá aumentar ou diminuir o custo total de energia de um edifício.
Assumindo que a luz que escapa pelas janelas é insignificante, de modo que toda a energia de iluminação se torna parte da geração interna de calor.
Passo 2
Pronto já temos todas as informações necessárias, vamos para a análise. A iluminação eficiente reduz a quantidade de energia elétrica utilizada para iluminação durante o ano, bem como a quantidade de geração de calor na casa, uma vez que a luz é eventualmente convertida em calor. Como resultado, a energia eléctrica necessária para arejar o estado da casa também é reduzido. Portanto, no verão, o custo total do uso da energia da casa definitivamente diminui.
Passo 3
No inverno, o sistema de aquecimento deve compensar a redução na geração de calor devido à redução da energia utilizada para iluminação. O custo total da energia utilizada neste caso ainda diminuirá se o custo da energia térmica unitária fornecida pelo aquecimento é menor do que o custo da energia unitária fornecida pela iluminação.
O custo de 1 kWh de calor fornecido pela iluminação é de $0,08 uma vez que toda a energia consumida pelas lâmpadas é eventualmente convertido em energia térmica. Notando que 1 therm = 105.500 kJ = 29,3 kWh e o forno é 80% eficiente, o custo de 1 kWh de calor fornecido pelo aquecedor é
que é menos de 0,08 dólares. Assim, concluímos que a mudança para iluminação energeticamente eficiente irá reduzir o custo total da energia deste edifício, tanto no Verão como no Inverno.