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CONFORTO APLICADO À ENGENHARIA CIVIL PROF. ME. BRUNO EDUARDO MAZETTO DOMINGOS Reitor: Prof. Me. Ricardo Benedito de Oliveira Pró-Reitoria Acadêmica: Maria Albertina Ferreira do Nascimento Diretoria EAD: Prof.a Dra. Gisele Caroline Novakowski PRODUÇÃO DE MATERIAIS Diagramação: Alan Michel Bariani Thiago Bruno Peraro Revisão Textual: Fernando Sachetti Bomfim Marta Yumi Ando Simone Barbosa Produção Audiovisual: Adriano Vieira Marques Márcio Alexandre Júnior Lara Osmar da Conceição Calisto Gestão de Produção: Cristiane Alves © Direitos reservados à UNINGÁ - Reprodução Proibida. - Rodovia PR 317 (Av. Morangueira), n° 6114 Prezado (a) Acadêmico (a), bem-vindo (a) à UNINGÁ – Centro Universitário Ingá. Primeiramente, deixo uma frase de Só- crates para reflexão: “a vida sem desafios não vale a pena ser vivida.” Cada um de nós tem uma grande res- ponsabilidade sobre as escolhas que fazemos, e essas nos guiarão por toda a vida acadêmica e profissional, refletindo diretamente em nossa vida pessoal e em nossas relações com a socie- dade. Hoje em dia, essa sociedade é exigente e busca por tecnologia, informação e conheci- mento advindos de profissionais que possuam novas habilidades para liderança e sobrevivên- cia no mercado de trabalho. De fato, a tecnologia e a comunicação têm nos aproximado cada vez mais de pessoas, diminuindo distâncias, rompendo fronteiras e nos proporcionando momentos inesquecíveis. Assim, a UNINGÁ se dispõe, através do Ensino a Distância, a proporcionar um ensino de quali- dade, capaz de formar cidadãos integrantes de uma sociedade justa, preparados para o mer- cado de trabalho, como planejadores e líderes atuantes. Que esta nova caminhada lhes traga muita experiência, conhecimento e sucesso. Prof. Me. Ricardo Benedito de Oliveira REITOR 33WWW.UNINGA.BR UNIDADE 01 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ..............................................................................................................................................................5 1. VARIÁVEIS HUMANAS PARA O CONFORTO TÉRMICO.......................................................................................6 1.1 O ORGANISMO HUMANO E O METABOLISMO ..................................................................................................6 1.2 TERMORREGULAÇÃO ..........................................................................................................................................7 2. VARIÁVEIS AMBIENTAIS PARA O CONFORTO TÉRMICO ..................................................................................9 3. O PAPEL DA VESTIMENTA ...................................................................................................................................10 4. ÍNDICES DE CONFORTO TÉRMICO .....................................................................................................................12 4.1 O VOTO MÉDIO PREDITO (PMV E PPD) ...........................................................................................................12 5. PROGRAMAS DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO ............................................................13 6. PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS ELEMENTOS CONSTRUTIVOS ...................................................................16 6.1 TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS E SECAS .............................................................................................................16 CONFORTO TÉRMICO E O COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES PROF. ME. BRUNO EDUARDO MAZETTO DOMINGOS ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: CONFORTO APLICADO À ENGENHARIA CIVIL 4WWW.UNINGA.BR 6.2 FECHAMENTOS OPACOS E TRANSPARENTES ................................................................................................ 17 7. ABSORTIVIDADE, REFLETIVIDADE, TRANSMISSIVIDADE E EMISSIVIDADE .................................................19 8. CONDUTIVIDADE TÉRMICA ................................................................................................................................ 20 9. RESISTÊNCIA TÉRMICA .......................................................................................................................................21 9.1 RESISTÊNCIA TÉRMICA SUPERFICIAL ............................................................................................................21 9.2 RESISTÊNCIA TÉRMICA DE CÂMARAS DE AR ................................................................................................23 9.3 TRANSMITÂNCIA TÉRMICA ..............................................................................................................................23 9.4 DENSIDADE DE FLUXO DE CALOR ....................................................................................................................24 9.5 TEMPERATURA SOL-AR .....................................................................................................................................24 9.6 FLUXO DE CALOR ............................................................................................................................................... 25 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................ 26 5WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Caro(a) aluno(a), nesta unidade, serão abordados os conceitos, defi nições e aplicações que estruturam o tema do conforto térmico. Segundo a American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers (ASHRAE), podemos defi nir conforto térmico como a satisfação do estado da mente do homem em relação ao ambiente térmico que o circunda. Estamos em estado de conforto térmico quando não há necessidade de esforço para nos aquecer ou nos resfriar. A insatisfação do homem com o ambiente térmico pode ser ocasionada pela sensação de calor ou frio, ou seja, quando nosso corpo está em desequilíbrio entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente. A chamada neutralidade térmica é uma condição fundamental e necessária para se atingir o conforto térmico, porém, por si só, não é sufi ciente. Por defi nição, a neutralidade térmica tem como base o conceito de que todo o calor gerado pelo nosso organismo é trocado, na mesma intensidade e proporção, com o ambiente ao nosso redor, sem acréscimo ou perda de calor excessivo. Para atingirmos o conforto térmico, apenas a temperatura do ar não é sufi ciente. A umidade relativa do ar, ventilação, metabolismo e idade são todos fatores que podem infl uenciar para atingirmos esse estado. De acordo com Frota e Schiff er (2003) e Lamberts et al. (2014), os principais fatores que justifi cam a importância do estudo do conforto térmico são: • A satisfação – estado físico e mental em que estamos termicamente confortáveis. • A performance – as atividades físicas, intelectuais e visuais, quando exercidas em um conforto térmico condizente com o metabolismo do usuário, apresentam maior rendimento. • A conservação de energia – quando o ambiente possui condições e parâmetros relativos ao conforto térmico em harmonia com o metabolismo e com a atividade exercida pelos seus ocupantes, podem-se evitar gastos desnecessários com o aquecimento ou refrigeração. Com o objetivo de compreendermos os princípios do conforto térmico, podemos dividir suas variáveis em três tipos: variáveis humanas, variáveis ambientais e a vestimenta. 6WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1. VARIÁVEIS HUMANAS PARA O CONFORTO TÉRMICO Devido ao fato de nós, seres humanos, sermos objeto de estudo fundamental desta unidade, veremos a seguir algumas exigências e conceitos que nos defi nem quanto ao conforto térmico. 1.1 O Organismo Humano e o Metabolismo O homem é um animal homeotérmico. Frota e Schiff er (2003) explicamque possuímos um organismo no qual a temperatura interna pode ser considerada constante. A média da nossa temperatura interna é 37º C uma vez que apresentamos pequenas variações de temperatura, normalmente entre 36,1º C e 37,2º C, sendo que o limite para o aquecimento interno é de 42º C e o limite inferior para a sobrevivência é de apenas 32º C. Isso signifi ca que apenas 5º C de aquecimento ou resfriamento faz a diferença entre o estado de saúde e o de enfermidade, valores considerados como limites extremamente baixos de variação. Nosso organismo assemelha-se a uma máquina térmica, em que nossa energia é obtida por meio de fenômenos térmicos e reações químicas, sendo a mais importante delas a combinação do carbono (advindo da introdução de alimentos no organismo) com o oxigênio extraído do ar pela respiração. A produção de energia interna em nosso organismo, gerada a partir da combustão dos elementos orgânicos, é denominada metabolismo. Contudo, de todo o potencial de energia gerado pelo nosso metabolismo, apenas cerca de 20% são utilizados como potencial de trabalho. Os 80% restantes são transformados em calor e devem ser esvaecidos do nosso organismo para que ele não superaqueça, permanecendo em equilíbrio. Sendo assim, ao analisarmos a “máquina humana” com base na termodinâmica, constatamos que ela possui um rendimento extremamente baixo. Nesse contexto, o calor produzido e dissipado pelo nosso organismo está diretamente vinculado ao tipo de atividade desenvolvida pelo indivíduo. Quando estamos em repouso absoluto, o chamado metabolismo basal, nosso metabolismo gera cerca de 75 W de calor, que devem ser dissipados para o ambiente (FROTA; SCHIFFER, 2003). A Tabela 1 apresenta, de acordo com a norma internacional ISO 7730:2005 (ABNT, 2005a), valores de energia produzida por unidade de pessoa em repouso. Para isso, utiliza-se a unidade de medida MET, que equivale a 58 W/m². Tabela 1 - Energia gerada por unidade de área de uma pessoa de acordo com a atividade exercida (1 MET = 58 W/ m²). Fonte: ABNT (2005a). 7WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1.2 Termorregulação De acordo com Frota e Schiff er (2003) e Lamberts et al. (2014), o mecanismo interno do nosso organismo, responsável pela manutenção da temperatura interna constante, recebe o nome de mecanismo de termorregulação ou aparelho termorregulador. É por meio dele que impedimos que as condições termohigrométricas do ambiente infl uenciem em perdas ou ganhos de calor em nosso organismo. Apesar de os mecanismos de termorregulação presentes em nosso organismo serem ativados de maneira involuntária, eles geram, por consequência, uma perda de potencialidade de trabalho devido ao esforço extra, necessário para o seu funcionamento. Podemos constatar que estamos em um estado de conforto térmico quando nosso organismo perde calor para o ambiente de maneira natural, sem a necessidade de ativação de nenhum mecanismo de termorregulação. Quando sentimos frio, nossos mecanismos termorreguladores são ativados de maneira a evitar a perda de calor do corpo de forma demasiada. Além de manter a temperatura interna constante, o organismo reage de forma a aumentar a produção interna de calor. Para reduzir as perdas de calor para o ambiente, o primeiro mecanismo a ser ativado é a vasoconstrição periférica (Figura 1), que contrai os vasos capilares próximos à pele, o que faz com que os vasos próximos aos órgãos dilatem. Evitam-se, assim, as perdas de calor por meio da radiação e convecção uma vez que a pele se resfria e aproxima sua temperatura à do meio. Figura 1 - Vasoconstrição periférica. Fonte: Lamberts et al. (2014). Outros dois mecanismos ativados na presença do frio são o arrepio e o tremor dos músculos. O arrepio tem como objetivo aumentar a espessura da camada de isolamento de nosso corpo por meio do eriçamento dos pelos, deixando a pele mais rugosa e evitando a perda de calor por convecção. Caso o frio seja mais intenso, é necessário que o aumento da nossa taxa metabólica seja ativado, causando de maneira involuntária o tremor muscular. Por intermédio do tremor, atividade física involuntária, produz-se de maneira mais efi caz o calor interno em nosso organismo (Figura 2). 8WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 2 - Tremor e arrepio. Fonte: Lamberts et al. (2014). Quando estamos expostos a uma situação em que o calor seja demasiado, isto é, quando as perdas de calor para o ambiente são inferiores às necessárias para a manutenção de nossa temperatura interna, nosso organismo propicia mecanismos de trocas térmicas mais intensas, com o objetivo de resfriar nosso sistema. Nesse caso, o primeiro mecanismo termorregulador a ser ativado é a vasodilatação periférica, que, a partir da dilatação dos vasos sanguíneos, diminui o atrito e aumenta o relaxamento dos músculos lisos, o que contribui para o aumento das perdas de calor para o meio por meio da convecção e radiação, aumentando a temperatura da pele (Figura 3). Figura 3 - Vasodilatação periférica. Fonte: Lamberts et al. (2014). Caso somente a vasodilatação periférica não seja sufi ciente, ativa-se o segundo mecanismo que auxiliará no incremento das perdas de calor de nosso organismo para o meio: o suor (Figura 4). Quando a temperatura da pele aumenta ou quando há muita umidade no ar, o suor presente em nossos poros não consegue evaporar totalmente, o que faz com que ele transite do interior dos poros para a superfície da pele (LAMBERTS et al., 2014). 9WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 4 – Suor. Fonte: Lamberts et al. (2014). 2. VARIÁVEIS AMBIENTAIS PARA O CONFORTO TÉRMICO Além da percepção do usuário, o conforto térmico pode ser infl uenciado pelas seguintes variáveis climáticas: temperatura do ar (TAR = ºC), temperatura média radiante (TRM = ºC), umidade relativa do ar (UR - %) e velocidade do ar (V = m/s) conforme ilustra a Figura 5. Figura 5 - Variáveis climáticas. Fonte: Lamberts et al. (2014). Como controlamos a temperatura do nosso corpo? A temperatura corporal de nosso organismo tende a não ser alterada independentemente do clima em que se situa, isto é, relacionada ao nosso aparelho termorregulador. Entretanto, é essencial compreender alguns princípios acerca desse tema. No texto disponível em <https://www.infoescola.com/ fi siologia/temperatura-corporal/>, são expostos, de uma maneira clara e objetiva, os conceitos e princípios que envolvem o tema. 10WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A diferença de temperatura entre a pele e o ar gera a perda de calor no corpo, princípio básico em que se baseia a sensação de conforto. O ar mais frio, ao entrar em contato com a nossa pele, “rouba” o calor produzido pelo nosso organismo. Ao se aquecer, o ar torna-se mais leve e sobe enquanto o ar frio desce. Esse princípio de movimentação das massas de ar proporciona a sensação de resfriamento do ambiente, chamada de convecção natural. A temperatura média radiante, por sua vez, tem como base a temperatura média da superfície dos elementos que compõem um determinado espaço. Essa temperatura realiza trocas térmicas por radiação (Figura 6). Figura 6 – Trocas térmicas entre corpos. Fonte: Lamberts et al. (2014). Outro fator importante de infl uência para o conforto térmico, além das temperaturas, é a umidade relativa do ar, isto é, a quantidade de vapor de água presente no ar em relação à máxima que pode conter em uma situação de determinada temperatura e pressão. Quanto maior for a quantidade de umidade relativa do ar, mais saturado de vapor de água esse ar estará. Com isso, aumenta-se a difi culdade de perdas por convecção e radiação, diminuindo-se a efi ciência da evaporaçãopara o resfriamento. A velocidade do ar funciona como um parâmetro modifi cador das trocas térmicas por evaporação e convecção. Quanto maior for a velocidade do ar, mais efi ciente será a retirada de ar quente e água em contato com um corpo, reduzindo, assim, a sensação de calor. Um exemplo prático é quando aplicamos álcool sobre a pele: a velocidade de evaporação do álcool, por ser elevada, aumenta a sensação de resfriamento do corpo. Sendo assim, quanto mais rápida for a evaporação, maior será a sensação de perda de calor. Além das variáveis apresentadas, outros fatores acabam infl uenciando na sensação térmica dos seres humanos, tais como: idade, raça, hábitos alimentares, altura e sexo. 3. O PAPEL DA VESTIMENTA Além de conhecermos as variáveis humanas e ambientais que podem infl uenciar a sensação de conforto térmico, devemos lembrar que os seres humanos possuem o hábito de utilizar uma resistência térmica de grande importância na sensação do conforto térmico: as roupas. 11WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A resistência térmica da roupa, de acordo com Frota e Schiff er (2003) e Lamberts et al. (2014), é determinada pela unidade de medida clo, do inglês clothing (1 clo = resistência térmica de 0,155 m² C/W). Nosso corpo pode realizar trocas térmicas com a roupa por meio de condução, convecção e radiação, que, por sua vez, realiza trocas com o ar por convecção. Quando em contato com outras superfícies, a roupa troca calor por radiação. Dessa maneira, a vestimenta funciona como uma barreira para as trocas de calor por convecção. Sua efi ciência acontece devido a uma camada de ar parado, por mínima que seja, entre nossa pele e o material da roupa. Esse fator gera difi culdade para as trocas por convecção e radiação. Quanto maior for a camada de ar que isola o corpo da barreira térmica, melhor será sua capacidade de isolar a temperatura interna. Em climas secos, por exemplo, além de protegerem contra a radiação direta do Sol, as roupas difi cultam a perda de umidade do corpo para o meio (Figura 7). O suor produzido pelo corpo, nessa situação, evapora e fi ca preso entre a roupa e a pele, o que diminui as perdas de líquido do organismo por evaporação e acaba criando um microclima mais agradável. Quanto maior for a resistência térmica da vestimenta, menores serão suas trocas de calor com o meio que a circunda. Em climas frios, a camada de ar presente entre a pele e a vestimenta mantém o ar mais aquecido junto ao corpo. Figura 7 – Vestimenta adequada a climas quentes e secos. Fonte: Madzwamuse (2008). A vestimenta deve ser adequada em função do clima, temperatura média do ambiente, atividade que será praticada, calor do organismo e, em alguns casos, da umidade do ar em que é utilizada. A Tabela 2 mostra valores dos índices de resistência térmica de determinados tipos de vestimentas, obtidos da norma internacional ISO 7730 (ABNT, 2005a). 12WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Tabela 2 – Valores de Iclo para algumas vestimentas. Fonte: Lamberts et al. (2014). 4. ÍNDICES DE CONFORTO TÉRMICO Por se tratar de um conceito tido como subjetivo (devido ao fato de possuir diversos fatores e variáveis de infl uência ao homem e ao ambiente em que se encontra), inúmeros métodos e pesquisadores buscaram desenvolver uma maneira simplifi cada e clara para a constatação do conforto ou desconforto térmico de acordo com uma determinada situação. A seguir, serão apresentados os mais atuais índices e métodos de análise do conforto térmico. 4.1 O Voto Médio Predito (Pmv e Ppd) Em 1972, no livro � ermal comfort: analysis and applications in environmenal engineering, de autoria do professor Povl Ole Fanger, apresentava-se a derivação de uma equação experimental geral de conforto, utilizada para calcular a combinação das variáveis ambientais – temperatura radiante média, velocidade do ar, umidade relativa do ar, temperatura do ar, atividade física e vestimenta - somadas a fatores humanos – nacionalidades, idades e sexo – e a condições ambientais. Dessa equação, originou-se o Voto Médio Predito (em inglês, predicted mean vote – PMV). Esse método é elaborado a partir de um valor numérico que consiste na sensibilidade humana à variação de temperatura, calor ou frio. Considera-se o PMV de valor zero como o estado de conforto térmico. Para estados de desconforto por calor, o valor é positivo e, para o frio, obtém- se um valor negativo (Figura 8). Posteriormente, os valores obtidos no PMV são relacionados ao conceito de porcentagem de pessoas insatisfeitas (Predicted Percentage of Dissatis� ed – PPD). 13WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 8 - Relação entre valores PMV e PPD. Fonte: Lamberts et al. (2014). Esse método de medição para constatação do desconforto térmico é adotado pela norma internacional ISO 7730:2005 (ABNT, 2005a). Recomenda-se que os valores do PPD, em espaço onde haja ocupação humana, sejam menores que 10%, correspondendo a uma faixa moderada de valores de PMV entre -0,5 e +0,5. Com vistas a facilitar os cálculos das equações desenvolvidas por Fanger, adotaremos o soft ware Analysis-CST como método de cálculo para valores PMV e PPD. Para tanto, como base de cálculo, é aceitável um ambiente que esteja dentro das seguintes faixas de PMV: -0,5 < PMV > +0,5 De acordo com a norma ISO 7730 (ABNT, 2005a), os limites do conforto térmico, de maneira que atenda às necessidades solicitadas, devem levar em consideração a vestimenta e a atividade desenvolvida. 5. PROGRAMAS DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO Por meio do soft ware Analysis-CST, desenvolvido pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), no Laboratório de Efi ciência Energética em Edifi cações (LabEEE, Figura 9), é possível conhecer e aplicar os conceitos de PMV e PPD de acordo com a norma ISO 7730:2005 (ABNT, 2005a) a partir da relação das variáveis ambientais de temperatura, umidade relativa do ar, temperatura radiante média, vestimenta e metabolismo. Dessa maneira, é possível constatar a condição de conforto térmico submetida ao usuário em um ambiente interno de acordo com as variáveis aplicadas pelo soft ware. Por fi m, o programa torna-se um forte aliado nos processos de análises iniciais para diretrizes de projetos uma vez que, por meio dele, é possível predizer o comportamento prévio de como o ser humano reagirá às alterações térmicas em um ambiente (LAMBERTS et al., 2014). 14WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 9 - Relação entre valores PMV e PPD. Fonte: Lamberts et al. (2014). O segundo soft ware apresentado para base de análises de conforto térmico é o programa desenvolvido pela Macquarie Univeristy: Dear 2007 (Figura 10). O programa é gratuito e está disponível para download através do link http://atmos.es.mq.edu.au/~rdedear/pmv/. Sua principal função é calcular os índices de PMV e PPD conforme os dados das seguintes variáveis: temperatura do ambiente, temperatura radiante, pressão do ar, pressão do vapor de água, umidade relativa, velocidade do ar e características físicas do usuário. Figura 10 – Dear 2007: soft ware para cálculo de PMV e PPD. Fonte: Lamberts et al. (2014). 15WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Similar ao soft ware anterior, o programa Comfort Calculator, desenvolvido pelo Square One Group e disponibilizado de maneira gratuita no endereço http://squ1.com (Figura 11), em uma linguagem prática e dinâmica fornece ao pesquisador os índices de PMV e PPD conforme os valores das variáveis adotadas. Figura 11 – Comfort calculator. Fonte: Lamberts et al. (2014). Por fi m, temos o soft ware PMV Tools (Figura12), desenvolvido também pelo Square One Group, que fornece ao pesquisador os valores para os índices de PMV e PPD. Entretanto, nesse programa é possível visualizar os dados de infl uência de cada variável fornecida em um gráfi co. A vantagem do PMV Tools em relação aos outros soft wares é que ele possui características de dados parametrizados, isto é, ao determinar uma variável, é possível visualizar os demais parâmetros e buscar valores de maneira com que seja possível atingir um índice de PMV próximo de zero, propiciando o estado de conforto térmico (LAMBERTS et al., 2014). Figura 12 – Soft ware PMV Tools. Fonte: Lamberts et al. (2014). 16WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 6. PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS ELEMENTOS CONSTRUTIVOS Cada material e elemento construtivo se comportam termicamente de maneira diferente de acordo com suas propriedades térmicas. Para que seja possível analisarmos e compararmos um determinado material, utilizaremos tabelas e equações obtidas na norma pertinente ao assunto, a NBR 15220-3:2005 – Desempenho Térmico em Edifi cações (ABNT, 2005c). Nessa norma, são demonstrados os cálculos de resistência térmica de materiais homogêneos e heterogêneos, capacidade térmica, transmitância térmica, fator solar e atraso térmico. 6.1 Trocas Térmicas Úmidas e Secas O conforto ambiental nas edifi cações é matéria cada vez mais presente e discutida nos congressos que estudam o ambiente construído e suas relações com o homem, procurando aprimorar a qualidade de vida das pessoas. Sabe-se que, quando dois materiais ou corpos possuem diferença de temperatura, aquele que possuir a temperatura mais baixa tenderá a absorver a temperatura mais alta até que ambos estejam à mesma temperatura. A esse processo, dá-se o nome de trocas térmicas. As trocas térmicas entre materiais ou corpos acontecem devido a dois fatores físicos: • Existência de temperaturas diferentes entre dois corpos. • Mudança de estado de agregação do material. Para entendermos melhor cada processo que possa envolver essa ação, iremos dividir as trocas térmicas em dois tipos: trocas térmicas secas e trocas térmicas úmidas. As trocas térmicas úmidas envolvem mudanças de estado de agregação, dentre elas: evaporação e condensação. A evaporação pode ser defi nida pela troca térmica que envolve mudança de fase, do estado líquido para o estado gasoso. Durante a evaporação do líquido, é “roubado” calor do corpo. Exemplo é o suor do corpo, que se transforma em vapor d’água. Por sua vez, a condensação é a troca térmica decorrente da mudança do estado gasoso do vapor d’água contido no ar para o estado líquido (é o chamado “ponto de orvalho”). Ao abordarmos o conceito de conforto térmico nos ambientes de trabalhos, o bem-estar experimentado por um usuário é resultado de uma somatória de fatores de infl uência, que, quando combinados corretamente, produzem satisfação térmica ao usuário. Nesta apostila, serão apresentados e concentrados os estudos que promovem a sensação de conforto térmico em ambiente interno. Abordaremos os principais conceitos e defi nições em busca do equilíbrio das trocas de calor geradas no espaço. Fonte: Slide Share (2016). 17WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Exemplo é a umidade excessiva no ar, que se precipita em forma de gotas de chuva. As trocas secas envolvem materiais ou elementos que possuem diferença de temperaturas. As propriedades físicas que possibilitam esse tipo de troca térmica são a radiação, a condução e a convecção. A radiação pode ser defi nida como um mecanismo de troca térmica entre dois corpos que guardam entre si uma distância qualquer, o que se dá por meio de sua capacidade de emitir ou absorver energia térmica. Na condução, a radiação solar que entra pelas aberturas é absorvida em parte pelas superfícies do chão e das paredes, convertendo-se em energia térmica. Dessa forma, a radiação incidente sempre terá uma parcela refl etida e outra absorvida de acordo com o tipo de material e elemento (EQ7). Sendo: α = absortividade e ρ = refl etividade, teremos a seguinte equação: EQ7 – Absorção e refl etividade α + ρ = 1 A condução térmica pode ser defi nida como a troca de calor entre dois corpos sólidos que se tocam ou mesmo entre partes de um corpo que estão a temperaturas diferentes. Exemplo: o calor que fl ui através de uma parede, com superfícies de temperaturas diferentes. A velocidade da troca de calor por condução dependerá: • Da diferença de temperatura entre as superfícies que trocam calor. • Das áreas e da distância entre essas superfícies (espessura do componente). • Da densidade do material. • Da condutividade térmica do material através do qual se conduz o calor. Por fi m, a convecção é a troca de calor entre dois corpos quando o calor é transferido por um corpo fl uido (líquido ou gasoso). Exemplo: ar frio (mais denso), que desce do aparelho de ar-condicionado e resfria o ar do ambiente (menos denso), gerando movimento de massas de ar. O sentido do fl uxo de calor sempre ocorrerá a partir da troca térmica entre a superfície mais quente para a superfície mais fria. 6.2 Fechamentos Opacos e Transparentes Uma das principais formas de ganho térmico em um ambiente acontece por meio de uma parcela da radiação transmitida para seu interior. Tendo entendido os conceitos de transmissão de calor e comportamento térmico dos fechamentos, será possível dimensionar e especifi car corretamente os materiais e aberturas em nossos projetos. Os elementos construtivos podem ser divididos em fechamentos opacos e fechamentos transparentes. A seguir, compreenderemos o funcionamento de cada um deles. Em um sistema de fechamento opaco, segundo Lamberts et al. (2014), a transmissão do calor ocorre sempre que houver alteração de temperatura entre as superfícies externa e interna. Em uma situação na qual a temperatura do ar externo esteja maior que a interna, o sentido do fl uxo do calor penetra por meio do fechamento de maneira que a temperatura da superfície interna aumente até que se atinja o equilíbrio térmico entre elas. 18WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Como forma de prevenir a transferência de calor entre as duas superfícies, materiais como a cortiça, isopor, lã de vidro e concreto celular atuam como isolantes térmicos. Tais materiais possuem uma baixa densidade, isto é, possuem grandes quantidades de ar em seus poros. O ar, por sua vez, possui uma baixa condutividade térmica, que pode ser entendida como a capacidade/ velocidade de se transmitir calor. Entretanto, outra característica importante que deverá ser considerada nos fechamentos opacos é a sua inércia térmica, isto é, a capacidade de um material ou elemento de armazenar calor. Quanto maior for sua inércia térmica, maior será o calor retido, que, por consequência, poderá ser transmitido para a superfície mais fria (Figura 13). Figura 13 - Inércia térmica. Fonte: Lamberts et al. (2014). Em um sistema de fechamento transparente, podem ocorrer os três tipos básicos de trocas térmicas: radiação, condução e convecção. Os fechamentos transparentes são responsáveis pelas principais trocas térmicas em uma edifi cação, as quais são possibilitadas por meio de janelas, claraboias, aberturas ou qualquer outro elemento transparente em um projeto. Nos materiais transparentes, a radiação é o principal fator que contribui para a transmissão do calor para o interior da construção uma vez que a transparência é o que permite a incidência direta dos raios do Sol. O material absorve parte do calor e, posteriormente, irradia o calor armazenado para o interior (Figura 14). 19WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 14 - Radiaçãotransmitida, absorvida e refl etida pelo vidro. Fonte: Lamberts et al. (2014). 7. ABSORTIVIDADE, REFLETIVIDADE, TRANSMISSIVIDADE E EMISSIVIDADE De acordo com o material ou elemento construtivo, o desempenho em relação à radiação térmica incidente pode ser diferente uma vez que essa radiação poderá ser transmitida, refl etida ou, até mesmo, absorvida e posteriormente reemitida para o interior. Conforme vimos, a equação da absortividade e refl etividade é uma característica dos materiais opacos. Para os materiais transparentes, devem-se acrescentar à equação os valores acerca da transmissividade (τ), o que dará origem à equação EQ8. EQ8 – Absorção e refl etividade para materiais transparentes: α + ρ + τ = 1 Segundo Lamberts et al. (2014), ao analisarmos a absortividade, percebemos que os materiais de construção são seletivos à radiação de onda curta (radiação solar), e a principal característica responsável por isso é a cor superfi cial desse material. Um material escuro tende a absorver uma maior parcela de radiação incidente se comparado a um material mais claro, e essa radiação absorvida, posteriormente, será reemitida. A propriedade térmica que rege a emissão da radiação para o ambiente interno é a emissividade (ε). Na Tabela 3, obtida com os dados da NBR 15220-3:2005 (ABNT, 2005c), são apresentados os valores de absortividade e emissividade de alguns materiais e cores. 20WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Tabela 3 – Absortividade (α) e emissividade (ε) de algumas matérias e cores. Fonte: ABNT (2005c). A emissividade de cada material é responsável por determinar a quantidade de energia térmica emitida por unidade de tempo. Tal característica ocorre na camada superfi cial do material emissor. Ao interpretarmos a Tabela 3, é possível observar, por exemplo, que o tijolo aparente possui uma absortividade de 80% da energia incidente sobre ele, refl etindo os 20% restantes. Sua emissividade, entretanto, é de 95%, o que compreende um material com grande potencial de transmissão de calor por radiação. 8. CONDUTIVIDADE TÉRMICA A capacidade de um material conduzir com maior ou menor facilidade o calor por unidade de tempo é chamada de condutividade térmica (λ) e está relacionada à densidade do material em questão. A Tabela 4 apresenta alguns valores de condutividade térmica para alguns materiais. Tabela 4 - Condutividade térmica de alguns materiais. Fonte: ABNT (2005c). 21WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Observe que, quanto menor for a densidade de um material, menor será sua condutividade térmica. Tal característica é responsável por determinar materiais com a função de isolante térmico. 9. RESISTÊNCIA TÉRMICA A resistência térmica (R) pode ser defi nida como a característica de um material em resistir à passagem do calor. Essa característica também está relacionada à espessura do material uma vez que, quanto maior ela for, melhor será a resistência oferecida à passagem do calor. Quanto maior for a condutividade térmica (λ) do material, maior será a quantidade de calor transmitida entre a superfície, o que impactaria negativamente em um sistema com função de isolante térmico. Em situações nas quais o material for homogêneo, podemos utilizar a equação EQ9, que irá determinar a sua resistência térmica. EQ9 - Resistência térmica - materiais homogêneos Em que: R = Resistência térmica do material (m²K/W) L = Espessura do material (m) λ = Condutividade térmica do material (W/mK) Entretanto, em materiais heterogêneos, aqueles que são compostos por mais de um tipo de material, a resistência térmica total é calculada por meio da soma das resistências térmicas de cada um dos elementos que os compõem. Essa somatória é representada pela equação EQ10: EQ10 – Resistência térmica – materiais heterogêneos Em que: Rt = Resistência térmica do material (m²K/W) Lx = Espessura do material “x” (m) λx = Condutividade térmica do material “x” (W/mK) 9.1 Resistência Térmica Superficial A resistência térmica superfi cial está relacionada às trocas térmicas por radiação e convecção entre a superfície do material em questão e as características térmicas do meio que o circunda. Essa resistência poderá ser subdividida em resistência superfi cial externa (Rse) e resistência superfi cial interna (Rsi), e a tipologia a ser adotada será de acordo com a limitação do material em relação ao meio interno ou externo. 22WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Como vimos, o sentido do fl uxo sempre será da superfície mais quente para a mais fria; dessa forma, supondo que a temperatura do meio exterior seja maior que a do meio interior, a superfície externa, por meio da convecção e radiação, irá transmitir calor para o meio interno. A Figura 15 apresenta os valores da resistência superfi cial de acordo com o sentido do fl uxo de calor. Figura 15 - Resistência térmica superfi cial. Fonte: ABNT (2005c). Ao analisarmos a Figura 15, podemos considerar o sentido do fl uxo de calor na direção horizontal quando ele for aplicado para paredes e, quando o fl uxo de calor for na direção vertical (geralmente em coberturas), seu sentido irá depender do meio com a maior temperatura. Com o objetivo de ilustrar as equações e fatores apresentados até agora, a Figura 16 apresenta a resolução de um sistema heterogêneo em que se deseja conhecer a resistência térmica total de uma parede de tijolos maciços rebocada. Figura 16 - Resistência térmica de uma parede de tijolos maciços. Fonte: Lamberts et al. (2014). 23WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Dessa maneira, a equação da resistência térmica total poderá ser compreendida como a EQ11: EQ11 - Resistência térmica total Em que: RT = Resistência térmica total (m²K/W) Rse = Resistência superfi cial externa Rsi = Resistência superfi cial interna Lx = Espessura do material “x” (m) λx = Condutividade térmica do material “x” (W/mK) 9.2 Resistência Térmica de Câmaras de Ar Com o objetivo de reduzir as trocas térmicas em um fechamento opaco, devem-se empregar materiais de baixa condutividade térmica ou elaborar um sistema de fechamento composto por múltiplas camadas, podendo uma delas ser composta somente por ar, material esse com um baixo índice de condutividade térmica. A Tabela 5 apresenta a resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas. Sua leitura deverá ser feita da esquerda para a direita. O primeiro passo é descobrir qual a emissividade da superfície da câmara de ar; posteriormente, deverá ser estipulada a espessura da câmara de ar existente e, por fi m, descobre-se o sentido do fl uxo de calor que transpassa o elemento. Tabela 5 - Resistência térmica para câmaras de ar não ventiladas. Fonte: ABNT (2005c). 9.3 Transmitância Térmica A transmitância térmica pode ser compreendida como o inverso da resistência térmica. Ela é a variável mais importante para a avaliação do desempenho de um sistema de fechamento. É por meio dela que podemos avaliar o comportamento térmico de um fechamento em relação à transmissão de calor, observando a quantidade de calor que atravessa o fechamento. A equação EQ12 defi ne a transmitância térmica. 24WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA EQ12 - Transmitância térmica Em que: U = Transmitância térmica Rt = Resistência térmica total (m²K/W) 9.4 Densidade de Fluxo de Calor Um dos principais objetivos ao se determinar um tipo de fechamento é prevenir as perdas de calor em demasia no inverno e também evitar os ganhos excessivos de calor no verão. No inverno, quando a temperatura interna é maior que a externa, podemos dizer que o fl uxo de calor é obtido pela equação EQ13. EQ13 –Densidade do fl uxo de calor q = U x Δt Em que: q = densidade de fl uxo de calor (W/m²) U = transmitância térmica (W/m²K) Δt = diferença de temperaturas interna e externa (K) 9.5 Temperatura Sol-Ar Em um momento em que haja incidência solar direta no fechamento, pode haver o crescimento da temperatura da superfície externa. Nesse caso, para compensar tal acréscimo, acrescenta-se à equação de fl uxo de calor a temperatura sol-ar (τ sol-ar), que está relacionada à quantidade de radiação solar que a superfície recebe de acordo com sua cor conforme demostra a equação EQ14. EQ14 – Densidade do fl uxo de calor Em que: α = absortividade da superfície externa do fechamento I = radiação solar (W/m²) Rse = Resistência superfi cial externa (m²K/W) A radiação solar é função da orientação do fechamento, da latitude do local, do dia do ano e da hora do dia. Ela é obtida a partir do ano climático de referência (TRY), disponível no site do INMET. 25WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 9.6 Fluxo de Calor Por fi m, após obtida a densidade do fl uxo de calor (q) de um material ou fechamento, podemos calcular a quantidade e intensidade do fl uxo de calor (Q) que penetra o ambiente interno, em watts, de acordo com a área desse mesmo material ou fechamento. Essa relação é demonstrada por meio da equação EQ15: EQ15 – Fluxo de calor Q = q x A Em que: q = densidade do fl uxo de calor (W/m²) A = área do fechamento em questão (m²). 26WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Conhecemos, nesta unidade, os conceitos, variáveis, parâmetros e métodos de análise para a realização de ensaios que comprovam o estado de conforto térmico para o usuário. Por meio de soft wares e instrumentos de análise, pudemos atestar a qualidade de conforto de um determinado espaço. A conciliação de instrumentos, soft wares e métodos de análise assegura a confi abilidade de constatação de um processo tido como incerto uma vez que ele apresenta inúmeras variáveis. Com base nesta unidade, compreendemos os princípios básicos acerca da questão do conforto térmico. A partir das defi nições dos fatores e variáveis, é possível avaliarmos e quantifi carmos de maneira qualitativa a sensação do conforto térmico. É fundamental ressaltarmos que, para a elaboração correta de uma proposta de projeto, a análise do clima e das solicitações do usuário é de extrema importância. Com base nas normas e equações pertinentes ao assunto, foi possível compreendermos a relação entre as propriedades físicas dos materiais e as diretrizes básicas do conforto térmico. Cabe agora a você, graduando(a), o papel de conscientizar o usuário e qualifi car o espaço de maneira que ele atenda às necessidades físicas e técnicas de acordo com a função do espaço. 2727WWW.UNINGA.BR UNIDADE 02 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO .............................................................................................................................................................28 1. CONCEITOS BÁSICOS DE ILUMINAÇÃO E EXIGÊNCIAS HUMANAS DA VISÃO ..............................................29 1.1 CARACTERÍSTICAS DAS LÂMPADAS .................................................................................................................32 2. A LUZ NATURAL ...................................................................................................................................................34 2.1 FUNDAMENTOS DO PROJETO DE ILUMINAÇÃO .............................................................................................35 2.2 ESTRATÉGIAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL ......................................................................................................37 3. ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL.....................................................................................................................................42 3.1 SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ...............................................................................................................................42 3.2 TIPOS DE LÂMPADAS .........................................................................................................................................43 4. CÁLCULO LUMINOTÉCNICO ............................................................................................................................... 48 CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................................................................................53 ILUMINAÇÃO NATURAL E ARTIFICIAL PROF. ME. BRUNO EDUARDO MAZETTO DOMINGOS ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: CONFORTO APLICADO À ENGENHARIA CIVIL 28WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO Conforto luminotécnico é o resultado em termos de quantidade, qualidade da luz e sua distribuição em determinados ambientes. Um ambiente provido de luz natural e/ou artifi cial produz estímulos ambientais. Ou seja, dependendo da iluminação, é possível alcançar certos resultados em termos de quantidade, qualidade da luz e sua distribuição, contrastes etc. Para estudar conforto luminotécnico e elaborar projetos adequados, temos de ter em mente que, quanto menor for o esforço de adaptação do indivíduo, maior será sua sensação de conforto. Para a iluminação, tanto natural quanto artifi cial, a função do ambiente é o primeiro e mais importante parâmetro para a defi nição de um projeto. Ela irá determinar o tipo de luz de que o ambiente precisa. O primeiro objetivo da iluminação é a obtenção de boas condições de visão, associadas à visibilidade, segurança e orientação dentro de um determinado ambiente. Esse objetivo está intimamente associado às atividades laborativas e produtivas que variam conforme o cômodo: para escritório, escolas, bibliotecas, bancos, indústrias etc. O segundo objetivo da iluminação é a utilização da luz como principal instrumento de ambientação do espaço. Com a iluminação, temos a criação de efeitos especiais com a própria luz ou podemos dar destaque para objetos, superfícies ou para o próprio espaço. Esse objetivo está intimamente associado às atividades não laborativas, não produtivas, de lazer, de bem-estar e religiosas, o que ocorre em residências, restaurantes, museus e galerias, igrejas etc. Para um projeto de construção civil, a iluminação é um aspecto muito importante a ser considerado. É relativamente fácil adaptar um edifício para atender às necessidades de conforto visual com a iluminação artifi cial. Todavia, as soluções fazem aumentar os gastos com energia elétrica, manutenção e, muitas vezes, são mais um adendo ao projeto do que uma solução integrada com outras características e conceitos de conforto. Em suma: é importante considerar e planejar a iluminação artifi cial sim, mas o grande diferencial está no bom uso da iluminação natural, nos elementos, tais como a forma do edifício, as cores, a orientação, a distribuição espacial e outras características que fi cam com o projeto desde o início. 29WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1. CONCEITOS BÁSICOS DE ILUMINAÇÃO E EXIGÊNCIAS HUMANAS DA VISÃO Para começo de conversa, temos de tratar das exigências básicas da visão humana. Do ponto de vista fi siológico, para desenvolvermos determinadas atividades visuais, nosso olho necessita de condições específi cas, que dependem muito das atividades que o usuário realiza. Por exemplo: • Para ler e escrever, é necessária uma certa quantidade de luz no plano de trabalho. • Para desenhar ou desenvolver atividades visuais de maior precisão visual (atividades mais “fi nas” e com maior quantidade de detalhes), necessita-se de mais luz. Mas quantidade de luz não é o único requisito necessário.Para essas atividades, a boa distribuição de luz no ambiente e a ausência de contrastes excessivos (como a incidência direta do Sol no plano de trabalho e refl exos indesejáveis) também são fatores essenciais. As grandezas e os conceitos a seguir relacionados são fundamentais para o entendimento dos elementos da luminotécnica e foram retirados do manual básico de luminotécnica - indicação de leitura já a seguir, que vale muito a pena para você! As defi nições do manual apresentadas aqui foram extraídas do dicionário brasileiro de eletricidade e reproduzidas das normas técnicas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Primeiro, vale a pena vermos algo sobre as grandezas. Uma fonte de radiação emite ondas eletromagnéticas com diferentes comprimentos, sendo que o olho humano é sensível a somente alguns. Luz é, portanto, a radiação eletromagnética capaz de produzir uma sensação visual. A sensibilidade visual para a luz varia de acordo com o comprimento de onda da radiação e também com a luminosidade. A curva de sensibilidade do olho humano demonstra que radiações de menor comprimento de onda (violeta e azul) geram maior intensidade de sensação luminosa quando há pouca luz (por exemplo, crepúsculo, noite etc.) enquanto que as radiações de maior comprimento de onda (alaranjado e vermelho) se comportam de forma contrária. Esse fenômeno se denomina efeito Purkinje. Fluxo luminoso é a radiação total da fonte luminosa entre os limites de comprimento de onda mencionados (380 e 780 nanômetros – nm). Se a fonte luminosa irradiasse a luz uniformemente em todas as direções, o fl uxo luminoso se distribuiria na forma de uma esfera. Tal fato, porém, é quase impossível de acontecer, razão pela qual é necessário medir o valor dos lúmens - unidade de medida do fl uxo luminoso (lm) - emitidos em cada direção. É interessante a leitura do Manual Luminotécnico Prático para aprimorar seus conhecimentos acerca do tema. Acesse-o pelo link <https://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/ManualOsram.pdf>. 30WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Essa direção é representada por vetores, cujo comprimento indica a intensidade luminosa. Portanto, é o fl uxo luminoso irradiado na direção de um determinado ponto. Se, num plano transversal à lâmpada, todos os vetores que dela se originam tiverem suas extremidades ligadas por um traço, obtém-se a Curva de Distribuição Luminosa (CDL). Em outras palavras: é a representação da intensidade luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano. Para a uniformização dos valores das curvas, geralmente elas são referidas a 1000 lm. Nesse caso, é necessário multiplicar-se o valor encontrado na CDL pelo fl uxo luminoso da lâmpada em questão e dividir o resultado por 1000 lm. A luz que uma lâmpada irradia, relacionada à superfície sobre a qual incide, defi ne uma nova grandeza luminotécnica, denominada iluminamento ou iluminância. Como o fl uxo luminoso não é distribuído uniformemente, a iluminância não será a mesma em todos os pontos da área em questão. Considera-se, por isso, a Iluminância Média (Em). Existem normas que especifi cam o valor mínimo de “Em” para ambientes diferenciados pela atividade exercida. Figura 1 – Intensidade luminosa (1), iluminância (2) e curva de distribuição de intensidades luminosas no plano transversal e longitudinal para uma lâmpada fl uorescente isolada (A) ou associada a um refl etor (B) (3). Fonte: OSRAM (2000). Intensidade luminosa (cd) expressa em candelas é a intensidade do fl uxo luminoso de uma fonte de luz com refl etor ou de uma luminária, projetado em uma determinada direção. Uma candela é a intensidade luminosa de uma fonte pontual, que emite um fl uxo luminoso de um lúmen em um ângulo sólido de um esferoradiano. Iluminância (E) expressa em lux (lx) indica o fl uxo luminoso de uma fonte de luz, que incide sobre uma superfície situada a uma certa distância dessa fonte. É a relação entre intensidade luminosa e o quadrado da distância(l/d²). Na prática, é a quantidade de luz dentro de um ambiente e pode ser medida com o auxílio de um luxímetro. Para obter conforto visual, considerando a atividade que se realiza, são necessários certos níveis médios de iluminância, os quais são reco mendados por normas técnicas (ABNT – NBR 5523). Curva de distribuição luminosa pode ser compreendida como um gráfi co que expressa a intensidade luminosa de um ponto de luz, em um determinado plano, para todas as direções. Ou seja, é como a distribuição espacial da intensidade luminosa de uma lâmpada refl etora ou de uma luminária é distribuída em uma superfície conforme a Figura 2. 31WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 2 – Curva de distribuição de intensidades luminosas no plano transversal de uma lâmpada incandescente. Fonte: OSRAM (2000). É conhecida como curva de distribuição luminosa, apresentada em coordenadas polares (cd/1000 lm) para diferentes planos. São essas curvas que indicam se a lâmpada ou luminária tem uma distribuição de luz concentrada, difusa, simétrica, assimétrica etc. de luz com refl etor ou de uma luminária, projetado em uma determinada direção. Das grandezas mencionadas, nenhuma é visível, isto é, os raios de luz não são vistos, a menos que sejam refl etidos em uma superfície e aí transmitam a sensação de claridade aos olhos. Essa sensação de claridade é chamada de luminância (Figura 3). Em outras palavras, é a intensidade luminosa que emana de uma superfície pela sua superfície aparente. A equação que permite sua determinação é: Como é difícil medir-se a intensidade luminosa que provém de um corpo não radiante (através de refl exão), pode-se recorrer à outra fórmula, a saber: 32WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Como os objetos refl etem a luz diferentemente uns dos outros, fi ca explicado por que a mesma iluminância pode dar origem a luminâncias diferentes. Vale lembrar que o coefi ciente de refl exão é a relação entre o fl uxo luminoso refl etido e o fl uxo luminoso incidente em uma superfície. Esse coefi ciente é geralmente dado em tabelas, cujos valores são função das cores e dos materiais utilizados. Figura 3 – Iluminância: luz incidente não é visível. Fonte: OSRAM (2000). 1.1 Características das Lâmpadas As lâmpadas se diferenciam entre si não só pelos diferentes fl uxos luminosos que elas irradiam, mas também pelas diferentes potências que consomem. Para poder compará-las, é necessário que se saibam quantos lúmens são gerados por Watt absorvido. A essa grandeza, dá-se o nome de efi ciência energética (antigo “rendimento luminoso”). Em aspecto visual, admite-se que é bastante difícil a avaliação comparativa entre a sensação de tonalidade de cor de diversas lâmpadas. Para estipular um parâmetro, foi defi nido o critério temperatura de cor (Kelvin) para classifi car a luz. Assim como um corpo metálico que, em seu aquecimento, passa desde o vermelho até o branco, quanto mais claro o branco (semelhante à luz diurna ao meio-dia), maior é a temperatura de cor (aproximadamente, 6500 K). A luz amarelada, como de uma lâmpada incandescente, está em torno de 2700 K. É importante destacar que a cor da luz em nada interfere na efi ciência energética da lâmpada, não sendo válida a impressão de que quanto mais clara, mais potente é a lâmpada. 33WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Objetos iluminados podem parecer diferentes a nós mesmo se as fontes de luz tiverem idêntica tonalidade. As variações de cor dos objetos iluminados sob fontes de luz diferentes podem ser identifi cadas a partir de um outro conceito – reprodução de cores – e de sua escala qualitativa Índice de Reprodução de Cores (Ra ou IRC). O mesmometal sólido, quando aquecido até irradiar luz, foi utilizado como referência para se estabelecerem níveis de reprodução de cor. Defi ne-se que o IRC nesse caso seria um número ideal = 100. Sua função é como dar uma nota (de 1 a 100) para o desempenho de outras fontes de luz em relação a esse padrão. Portanto, quanto maior a diferença na aparência de cor do objeto iluminado em relação ao padrão (sob a radiação do metal sólido), menor é seu IRC. Isso explica o fato de lâmpadas de mesma temperatura de cor possuírem diferentes Índices de Reprodução de Cores. Temperatura de cor (K), ou aparência de cor da luz, é a grandeza que expressa a aparência de cor da luz, sendo Kelvin (K) a sua unidade. Quanto mais alta a temperatura de cor, mais branca é a cor da luz. Efi ciência energética (lm/W) é a relação entre o fl uxo luminoso e a potência consumida, ou seja, quantos lúmens são gerados para cada Watt de energia consumido. Em regra, quanto maior for a quantidade de lúmens produzidos pela menor quantidade de Watts consumidos, mais econômica a lâmpada será. Sendo assim, com 1 Watt de consumo: uma lâmpada incandescente standard clara produz de 10 a 15 lm/W; uma fl uorescente compacta DULUX, de 50 a 80 lm/W; e uma vapor de sódio NAV, de 80 a 140 lm/W. Índice de reprodução de cor (Ra / IRC) é a medida de correspondência entre a cor das superfícies e sua aparência sob uma fonte de referência. Para determinar os valores do RA/IRC das fontes de luz, são defi nidas oito cores de teste, que predominam no meio ambiente. Elas são iluminadas com a fonte de luz de referência (com IRC de 100%) e a fonte de luz a ser testada. Quanto menor ou maior for o desvio de rendimento da cor iluminada e testada, melhores ou piores serão as propriedades de rendimento de cor da fonte de luz. Uma fonte de luz com Ra de 100% faz com que todas as cores sejam apresentadas perfeitamente, como se estives sem sob a fonte de luz de referência. Quanto menor for o valor do Ra, pior será o rendimento de cores da superfície iluminada. Exemplos: lâmpadas halógenas têm um índice de reprodução de cor RA>99, portanto, oferecem as propriedades ideais de rendimento de cor. Figura 4 - Espectro luminoso de diferentes fontes de luz. Fonte: Lumicenter Lighting (2020). O LED possui uma reprodução de cores muito melhor do que lâmpadas fl uorescentes, mesmo com um IRC igual. Isso porque ele possui um espectro de cores contínuo com bons índices de reprodução, mais parecido com a luz do Sol, e outras vantagens em termos de qualidade de luz. 34WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 2. A LUZ NATURAL A luz natural está disponível na maior parte das horas do dia. Contudo, não é explorada pela maioria dos projetos, geralmente por falta de conteúdo em relação a essas estratégias e conceitos necessários ao bom projeto de iluminação e conforto visual (LAMBERTS et al., 2014). Em um projeto de iluminação, é importante que haja integração com as necessidades térmicas e acústicas do edifício visto que a luz natural penetra nos ambientes internos pelas aberturas, as quais também permitem a entrada de calor, vento, cheiros, sons e ruídos indesejáveis. Os autores citam o exemplo da janela, que, [...] além da luz natural, do calor solar (radiação), da ventilação natural e de ruídos indesejáveis externos, também faz o contato visual e olfativo do usuário com o exterior, tornando-se um elemento essencial no desempenho combinado de todos estes aspectos (LAMBERTS et al., 2014, p. 151). Assim, a iluminação natural deve ser planejada de acordo com as respostas desejadas para cada ambiente. As fontes de luz natural são o Sol, o céu e as superfícies edifi cadas ou não, que fornecem luz direta, luz difusa e luz refl etida ou indireta, respectivamente. É necessário que se conheçam os três tipos básicos de céu: claro, parcialmente encoberto e encoberto. Esses três tipos traduzem as possíveis variações de luz diurna para se poder avaliar a iluminação natural em um ambiente. O céu encoberto ou nublado é usado, na maioria das vezes, para o cálculo de iluminação natural, pois representa a pior condição em termos de quantidade de luz. A aplicação mais prática do céu encoberto é chamada de Fator de Luz Diurna (FLD), conceito que deu origem à Contribuição da Iluminação Natural (CIN) conforme a norma brasileira NBR 15.215-3:2005. Figura 5 – Os três principais tipos de céu: claro, parcialmente encoberto e encoberto. Fonte: Lamberts et al. (2014). 35WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Agora que sabemos os conceitos básicos sobre iluminação, vejamos como aplicar isso em nossos projetos. 2.1 Fundamentos do Projeto de Iluminação Para o planejamento de um sistema de iluminação, podemos seguir os passos: • Escolha da lâmpada e da luminária mais adequadas. • Cálculo da quantidade de luminárias. • Disposição das luminárias no cômodo. • Cálculo de viabilidade econômica. Para desenvolver um projeto, é necessário que se siga uma metodologia, e a OSRAM (2000) recomenda as seguintes etapas: 1) Determinação dos objetivos da iluminação e dos efeitos que se pretende alcançar. 2) Levantamento das dimensões físicas do local, layout, materiais utilizados e características da rede elétrica do local. 3) Análise dos fatores de infl uência na qualidade da iluminação. 4) Cálculo da iluminação geral (método das efi ciências). 5) Adequação dos resultados ao projeto. 6) Cálculo de controle. 7) Defi nição dos pontos de iluminação. 8) Cálculo de iluminação dirigida. 9) Avaliação do consumo energético. 10) Avaliação de custos. 11) Cálculo de rentabilidade. Para esse trabalho, é importante conhecermos sobre a tonalidade de cor da luz e a reprodução de cores. Um dos requisitos para o conforto visual é a utilização da iluminação para dar o aspecto desejado ao ambiente. Sensações de aconchego ou estímulo podem ser provocadas quando se combinam a correta tonalidade de cor da fonte de luz ao nível de iluminância pretendido. Veja na Figura 6. 36WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 6 – Relação de conforto ambiental entre nível de iluminância e tonalidade de cor da lâmpada. Fonte: OSRAM (2000). Estudos subjetivos afi rmam que para Iluminâncias mais elevadas são requeridas lâmpadas de Temperatura de Cor mais elevada também. Chegou-se a esta conclusão baseando-se na própria natureza, que ao reduzir a luminosidade (crepúsculo), reduz também sua Temperatura de Cor. A ilusão de que a Tonalidade de Cor mais clara ilumina mais, leva ao equívoco de que com as ‘lâmpadas frias’ precisa-se de menos luz (OSRAM, 2000, p. 8). Sobre a reprodução das cores, sabe-se que a cor de um objeto é determinada pela refl exão de parte do espectro de luz que incide sobre ele. Isso signifi ca que uma boa reprodução de cores está diretamente ligada à qualidade da luz incidente, ou seja, à equilibrada distribuição das ondas constituintes do seu espectro. É importante notar que, assim como para iluminância média, existem normas que regulamentam o uso de fontes de luz com determinados índices, dependendo da atividade a ser desempenhada no local. Figura 7 - Índice de reprodução de cores e exemplos de aplicação. Fonte: OSRAM (2000). 37WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 2.2 Estratégias de Iluminação Natural Dentro do projeto de iluminação, vale muito a pena trabalhar com a iluminação natural. Por isso, vamos aprender algumas estratégias de iluminação natural: pátios e átrios, prateleiras de luz, cores, distribuição e posicionamento de janelas, orientação de iluminação lateral e zenital. A forma do edifício é o que determina as combinações de janelas e aberturas, além do quanto da área de piso terá acesso à luz natural.O comum é que, em edifícios com diversos pavimentos, a luz natural ilumine uma distância de 5 metros, e o que estiver além desse limite será parcialmente iluminado. Na Figura 8, todas as plantas têm a mesma área construída, mas veja como há diferentes possibilidades de iluminação (total, parcial e sem iluminação natural) (LAMBERTS et al., 2014). Figura 8 - Iluminação natural em função da geometria em planta. Fonte: Lamberts et al. (2014). A quantidade de luz disponível na base do átrio depende de uma série de fatores, como a cobertura e sua transparência, as paredes internas e a refl etância e geometria do espaço, ou seja, largura e profundidade. O átrio pode ser conceituado como “[...] o espaço luminoso interno envolvido lateralmente pelas paredes da edifi cação e coberto com materiais transparentes ou translúcidos que admitem luz a ambientes internos da edifi cação ligados ao átrio por componentes de passagem” (LAMBERTS et al., 2014, p. 155). É por meio de maquetes ou simulação que se sa be a quantidade de luz que pode entrar num átrio. Um átrio muito pequeno para ser um espaço útil chama-se poço de luz, e os autores o conceituam como “[...] o espaço luminoso interno que conduz a luz natural para porções internas da edifi cação” (LAMBERTS et al., 2014). As superfícies internas de um poço de luz apresentam acabamento com cores claras, que permitem uma alta refl etância. 38WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA As prateleiras de luz são outra estratégia apresentada por Lamberts et al. (2014). Elas previnem contra o ofuscamento quando colocadas acima do nível dos olhos, e a janela posicionada abaixo da prateleira de luz fi ca usada para contato visual com o exterior. Uma prateleira de luz age da mesma maneira que os brises horizontais para essa janela, e podem-se usar persianas ou outra prateleira de luz no interior para o ofuscamento das janelas acima da prateleira de luz por onde a luz penetra no ambiente. As prateleiras de luz são interessantes por melhorarem a qualidade da luz natural, além de facilitarem a entrada da luz de forma mais profunda no ambiente. “Um “macete” para fi ns de pré-dimensionamento da penetração da luz natural no interior é considerar que ela será de 1,5 vezes a altura de uma janela padrão e de 2 vezes a altura de uma janela com uma prateleira de luz” (LAMBERTS et al., 2014, p. 156). Figura 9 – Exemplos de prateleiras de luz e suas várias formas de aplicação para a refl exão da luz difusa. Fonte: Baker e Steemers (2002). Sobre as cores, os autores afi rmam que as cores claras refl etem melhor a luz para dentro das construções. Telhados claros, da mesma forma, podem aumentar a luz que as claraboias transmitem e, ainda, paredes exteriores e fachadas claras irão refl etir melhor a luz para o interior. Para exemplifi car, veja a Figura 10. Veja a aplicação das prateleiras de luz em uma casa acessando o link <https://www.archdaily.com.br/br/771557/casa-contraponto- paul-raff-studio-architects>. 39WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 10 – Refl etâncias ideais para superfícies interiores em função de seu posicionamento em relação à janela. Fonte: Lamberts et al. (2014). Agora que abordamos janelas, vamos discutir sobre sua distribuição e posicionamento. Vamos continuar baseando-nos no trabalho de Lamberts et al. (2014), os quais afi rmam que a entrada da luz natural aumenta com a altura da janela e com a presença de prateleiras de luz. A entrada útil de luz natural é limitada a uma distância de 1,5 vezes a altura da parte superior da janela aproximadamente. Por isso, o teto deve ser posicionado mais alto para que as janelas também possam fi car mais altas. Também é interessante citar que janelas horizontais são capazes de distribuir a luz de maneira mais uniforme do que janelas verticais. Ademais, janelas espalhadas são mais efi cientes para distribuir a luz do que janelas concentradas em uma pequena área de parede. O tamanho da janela em relação ao piso, em porcentagem, deve ser de 20% no máximo devido à entrada do calor do verão e às perdas de calor no inverno. Figura 11 – Área da janela em função da área de piso. Fonte: Lamberts et al. (2014). É muito válido posicionar as janelas de um ambiente em mais de uma parede para favorecer a iluminação bilateral, que é muito melhor que a unilateral visto que a bilateral tem uma distribuição melhor de luz, além de reduzir o ofuscamento. As janelas posicionadas em paredes adjacentes são capazes de reduzir o ofuscamento, porque iluminam a parede em que a outra janela está, e isso faz com que se reduza o contraste entre essa janela e sua própria parede. 40WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Para um projeto ter uma boa iluminação natural, além das janelas, a orientação conta muito. A mais indicada é a norte devido à incidência mais frequente da luz solar. Apesar de essa luz vir com o calor, é muito fácil sombrear as aberturas nesse caso. A outra orientação é a sul, também devido à alta qualidade da luz, branca e fria, apesar da quantidade de luz ser baixa. Essa orientação recebe menos luz solar direta, e isso traz menos problemas de ofuscamento, além de ser fácil projetar proteções solares para o sul. As orientações menos indicadas são, portanto, a leste e a oeste, porque elas recebem a luz solar direta com maior intensidade no verão e com menor intensidade no inverno, o que difi culta o projeto de proteção solar, pois se devem considerar ângulos muito baixos de altura solar. Segundo a norma NBR 15215-1 (ABNT, 2005b), a iluminação zenital é a porção de luz natural produzida pela luz que penetra nos espaços internos por meio dos fechamentos superiores. As duas principais vantagens da iluminação zenital são: a) iluminação mais uniforme do que a obtida com janelas; e b) mais luz natural é recebida ao longo do dia pelo ambiente. A principal desvantagem é o desafi o de proteger essas aberturas contra radiação solar indesejável; por isso, recomenda-se o uso da iluminação zenital por intermédio de vidros posicionados verticalmente. Figura 12 – Tipos de iluminação zenital. Fonte: Lamberts et al. (2014). Da Figura 12, destacamos os domos, que são fontes de iluminação zenital, construídas em aberturas envidraçadas no telhado. Porém, os domos têm o problema da maior incidência de luz e calor no verão e dessa menor incidência no inverno devido à geometria solar. Por isso, as claraboias, também presentes na Figura 12, devem ser utilizadas em detrimento dos domos sempre que possível. A função de ambos é a mesma, mas as claraboias são mais facilmente sombreadas e permitem uma distribuição mais homogênea da luz durante o ano já que podem ser orientadas para aproveitar melhor a luz no inverno e evitar a alta incidência no verão. As orientações para as claraboias são as mesmas que para as janelas: orientação sul e norte, evitando leste e oeste. Leia sobre a residência Cantareira acessando <https://www. archdaily.com.br/br/01-10571/residencia-cantareira-coletivo-de- arquitetos>. 41WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Mais uma vantagem das claraboias é a de levar luz difusa para o ambiente visto que a luz solar ou do céu pode ser refl etida em alguma superfície interna antes de entrar. A principal desvantagem é que se enxerga menos céu do que com os domos e, consequentemente, coleta-se menos luz. Os poços de luz são muito efi cientes para a iluminação natural em ambientes que não possuem contato direto com o exterior, porém, a efi ciência diminui conforme aumenta a razão entre a sua profundidade e sua largura. Além disso, conforme citado, as paredes devem ser claras ou até mesmo espelhadas, se possível. Já que tratamos de espelhos,mais uma técnica muito inteligente é a iluminação natural direcionada com espelhos, em que se cria um sistema de espelhos que, manual ou até mesmo automaticamente, se posicionam melhor para capturar a luz solar e enviá-la para o interior do edifício, onde ela pode ser espalhada. Agora, se o projeto pretende ter máxima efi ciência, vale a pena utilizar as fi bras óticas, que, ao contrário dos sistemas que usam superfícies refl etoras pra conduzir a luz ao interior, usam uma técnica de refl exão total interna muito efi ciente. Uma das principais vantagens é a fl exibilidade, pois é possível transmitir a luz por meio de cantos e dobras estruturais, e as fi bras óticas podem ser utilizadas também com sistemas de iluminação artifi cial. Os pisos transparentes são usados desde o século XIX e servem para transmitir a luz natural para ambientes inferiores, como no subsolo ou em edifícios de vários pavimentos para levar a luz de um piso ao outro. Saiba o que é a iluminação por fi bra ótica e onde usá-la. Para tanto, assista ao vídeo disponível em <https://www.youtube.com/ watch?v=3mE5ipvdSIs>. Leia mais sobre a iluminação natural em <http://www. dicadaarquiteta.com.br/2015/02/iluminacao-natural.html>. 42WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3. ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL 3.1 Sistemas de Iluminação Muitos profi ssionais cometem um erro primário num projeto luminotécnico, partindo inicialmente da defi nição de lâmpadas e/ou luminárias. O primeiro passo de um projeto luminotécnico é defi nir o(s) sistema(s) de iluminação, respondendo basicamente a três perguntas: 1ª. Como a luz deverá ser distribuída pelo ambiente? 2ª. Como a luminária irá distribuir a luz? 3ª. Qual é a ambientação que queremos dar, com a luz, a este espaço? Para respondermos à primeira pergunta, classifi camos os sistemas de acordo com a forma como as luminárias são distribuídas pelo ambiente e com os efeitos produzidos no plano de trabalho. Essa classifi cação também é conhecida como sistema principal. Nela, os sistemas de iluminação proporcionam: a) Iluminação geral: distribuição aproximadamente regular das luminárias pelo teto; iluminação horizontal de um certo nível médio; uniformidade. - Vantagens: uma maior fl exibilidade na disposição interna do ambiente - layout. - Desvantagens: baixo nível de iluminação, grande consumo de energia, possibilidade de ofuscamento Este é o sistema que se emprega mais frequentemente em grandes escritórios, ofi cinas, salas de aula, fábricas, supermercados, grandes magazines etc. Figura 13 – Iluminação geral. Fonte: Freshome (2018). 43WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA b) Iluminação localizada: concentra-se a luminária em locais de principal interesse. Esse tipo de iluminação é útil para áreas restritas de trabalho em fábrica. As luminárias devem ser instaladas sufi cientemente altas para cobrir as superfícies adjacentes, possibilitando altos níveis de iluminância sobre o plano de trabalho, ao mesmo tempo em que asseguram uma iluminação geral sufi ciente para eliminar fortes contrastes. - Vantagens: maior economia de energia e podem ser posicionadas de tal forma a evitar ofuscamentos, sombras indesejáveis e refl exões. - Desvantagens: em caso de mudança de layout, as luminárias devem ser reposicionadas. 3.2 Tipos de Lâmpadas As lâmpadas são divididas em dois tipos básicos: • Incandescentes – com irradiação por efeito térmico. • Descarga em gases e valores - são as fl uorescentes, vapor de mercúrio, de sódio etc. As lâmpadas incandescentes são as mais comuns, possuem vida útil curta, mas custo inicial baixo. O funcionamento delas é a part ir da elevação da temperatura de um fi lamento submetido à corrente elétrica. - Vantagens: tamanho reduzido, funcionamento imediato e desnecessidade de aparelhagem auxiliar. - Desvantagens: efi ciência luminosa baixa, dissipação de calor e desperdício de energia, ofuscamento. Há três tipos de lâmpadas incandescentes: as comuns, as refl etoras/espelhadas e as halógenas. As comuns são as mais conhecidas e mais antigas, possuem o custo inicial bem baixo e o custo global alto. A alta temperatura do fi lamento causa evaporação do tungstênio, que se deposita no bulbo e o escurece, o que faz com que o fl uxo luminoso diminua e, assim, a lâmpada tem uma duração muito curta. As lâmpadas espelhadas possuem refl etor interno para melhorar o direcionamento da luz e, assim, a área espelhada funciona como uma luminária, que redireciona a luz para melhorar a efi ciência da instalação. As lâmpadas halógenas possuem, além dos gases presentes nas outras, um halogênio, geralmente o iodo, dentro do bulbo. Por ação do halogênio, o fl uxo luminoso dura mais, a efi ciência é maior, e a vida útil também. A desvantagem é que elas necessitam de transformadores para uso da rede elétrica. 44WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA As lâmpadas de descarga gasosa são as fl uorescentes comuns, as compactas e as lâmpadas de vapor de mercúrio. Não existe um fi lamento nessas lâmpadas, pois a luz é produzida pela excitação de um gás presente entre dois eletrodos conforme a energia elétrica atua. Esse agito produz radiação ultravioleta, que é transformada em luz ao atingir as paredes internas do bulbo, que estão revestidas por alguma substância fl uorescente, como cristais de fósforo. Essas lâmpadas necessitam de dispositivos auxiliares, como reatores e iniciadores (starters). A forma dessas lâmpadas é tubular, com um eletrodo em cada ponta e vapor de mercúrio em baixa pressão. O reator fornece alta voltagem inicial para começar a descarga e limita a corrente para manter a energia com segurança. O starter proporciona a tensão necessária para ocorrer a descarga inicial do gás. Em geral, as lâmpadas fl uorescentes possuem boa efi ciência luminosa e vida média alta (6 mil a 9 mil horas). O fato de apresentarem baixa luminância é vantajoso, pois reduz a possibilidade de ofuscamento. A fl uorescente T8 é mais efi ciente por ter menor diâmetro, menor potência e fl uxo luminoso equivalente ao da fl uorescente comum (tipo T12) de 40w, sendo boa alternativa para edifi cações comerciais. Ainda mais efi cientes, as novas lâmpadas fl uorescentes do tipo T5, cuja potência é da ordem de 28w, apresentam consumo energético da ordem de apenas 70% da T12 para a mesma luminosidade. A vida útil da T5 é o dobro das anteriores, podendo chegar a 16.000 horas (LAMBERTS et al., 2014, p. 236). Atualmente, temos mais um tipo de fl uorescente, que é a compacta, que substitui muito bem as lâmpadas incandescentes. Os reatores e starters são incorporados ao invólucro compacto junto com o pequeno bulbo fl uorescente. Podemos encontrar dos quatro seguintes tipos no mercado, sendo os três primeiros com reator e starter incorporados: a) forma circular com diâmetro padrão; b) forma compacta com dois ou mais tubos paralelos interconectados; c) forma compacta com invólucro adicional; e d) forma compacta com dois ou mais tubos paralelos, interconectados sem dispositivos de partida incorporados. As lâmpadas fl uorescentes compactas com reatores eletrônicos são mais efi cientes e apresentam um fator de potência mais elevado. Assista à matéria Acaba a venda de lâmpadas incandescentes, no link <https://www.youtube.com/watch?v=AHB3jR-Ix7o>. 45WWW.UNINGA.BR CO NF OR TO A PL IC AD O À EN GE NH AR IA C IV IL | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Figura 14 – Tipos de lâmpadas fl uorescentes compactas. Fonte: Lamberts et al. (2014). Para grandes áreas internas (como depósitos e armazéns) ou grandes áreas externas, indica-se o uso de lâmpadas a vapor de mercúrio, pois apresentam boa efi ciência luminosa e luz branca-azulada. Essas lâmpadas funcionam de maneira similar à das fl uorescentes
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