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[Digite aqui] Técnicas para Desenvolver Projetos de Iluminação Luminotécnica SENAI – SP 1 LUMINOTÉCNICA CONCEITOS BÁSICOS E PROJETOS Instr.: Mauro Marchesi Luminotécnica SENAI – SP 2 CONCEITOS BÁSICOS A luz tem um papel fundamental na vida do ser humano. A grande maioria dos estímulos diários que recebemos vem através da visão e são proporcionados pela existência da luz quer seja natural ou artificial. Há muitos anos, desde os primórdios dos tempos e muito antes da existência da eletricidade, era comum a utilização da luz artificial de forma até rudimentar que permitisse ao homem, prolongar suas atividades para além do por do sol. No início eram as fogueiras e as tochas; depois vieram as velas, o querosene e o gás em lampiões sempre em busca da melhor maneira de iluminar um ambiente. Em outras palavras, a luminotécnica já existe há muito tempo. O que é Luminotécnica? É o estudo da aplicação da iluminação artificial nos mais diversos ambientes, sejam eles internos ou externos. Este é um conceito técnico e simplista, pois a luminotécnica tem uma dimensão muito maior. A Luminotécnica está baseada em diversos conceitos e técnicas que permitem ao profissional que as dominam, desenvolver estudos que possam proporcionar ao ser humano as mais diversas sensações visuais e biológicas. A arte de iluminar um ambiente permite que as pessoas desfrutem deste local de forma adequada, confortável e com segurança para o desenvolvimento produtivo ou de lazer das tarefas destinadas a este ambiente. Além de todos os aspectos citados, os estudos de eficiência energética em qualquer ambiente passam obrigatoriamente pelo estudo luminotécnico. Nos últimos anos, o grande desenvolvimento de novas fontes de luz de grande eficácia, vem permitindo a constante redução do consumo de energia elétrica em sistemas de iluminação. A luz artificial faz parte de nosso cotidiano e por consequência, a luminotécnica como instrumento de aplicação, adequação ou redução de consumo de energia elétrica assume um lugar cada vez mais importante. O material a seguir servirá de apoio ao estudo desta disciplina. Luminotécnica SENAI – SP 3 Qual a importância da iluminação em nosso dia a dia? Como seriam nossos dias sem a iluminação artificial? Vamos pensar em uma atividade de convivência social e de entretenimento que é o teatro. (Obs: As considerações abaixo são mera informação e não tem a pretensão de realizar qualquer tipo de estudo histórico) – No início do teatro ocidental, todas as apresentações eram feitas durante o dia, onde a luz solar permitia apreciar as peças. Os locais onde as apresentações eram feitas, precisavam ficar longe de pântanos, em locais de boa salubridade evitando a infestação de insetos. As chuvas também eram um problema, pois os locais não tinham cobertura. – Avançando um pouco no tempo, após a queda do império romano, temos o in idade média. Construções fechadas em igrejas permitiam atos litúrgicos com o uso de grandes vitrais para entrada da luz. – A partir do século XVI, os teatros eram construções fechadas, com grandes janelas para a entrada de luz, e o uso de velas nas apresentações noturnas. – Um século após, os teatros eram iluminados com grandes candelabros. Pouco depois, em torno de 1783/1784, apareceu o lampião a óleo. – A partir de 1840, o uso do gás tornou-se normal nas apresentações. – O lampião e as tochas tinham o inconveniente de provocarem fumaça, fuligem e mau cheiro. O gás além de produzir cheiro desagradável, era perigoso e causava sonolência por intoxicação. – Alguns estudos sobre a lâmpada elétrica estavam em andamento desde o início dos anos 1800. Em 1874, Os inventores canadenses Henry Woodward e Mathew Evans registram a patente para uma lâmpada incandescente. Eles vendem a patente para o Thomas Alva Edison em 1879. A partir deste ponto, a equipe de Thomas Edison atualiza o produto e o torna comercial, dando início à era da luz elétrica. – Outros acontecimentos importantes na história da iluminação: . Em 1938 são comercializadas lâmpadas fluorescentes inventadas por Nikola Tesla. A invenção permitiu iluminar com um menor consumo de energia elétrica (maior eficiência). . Em 1958 vieram as lâmpadas halogêneas. . Em 1961 foi inventado o Led. A invenção só foi utilizada como fonte de iluminação em 1999. Os leds hoje são uma realidade e deverão gradativamente substituir as diversas fontes de luz. Luminotécnica SENAI – SP 4 LUZ O que é Luz? Isaac Newton em determinado momento sugeriu que a luz era formada por pequenas partículas. Dois séculos de estudos se passaram e permitiram a conclusão de James Maxwell de que a luz é composta por ondas. Não satisfeito, Albert Eistein lançou o conceito através de observação de que a luz ora se comporta como partícula e ora se comporta como onda. Independente de todos estes estudos, o conceito clássico aceito sobre o conceito de luz é: Luz é a radiação eletromagnética capaz de produzir uma sensação visual ou biológica. A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui no intervalo entre 380nm e 780nm (nano metros) dentro do qual o olho humano é a ela sensível. Na figura 1, podemos verificar como é o intervalo no todas as ondas eletromagnéticas estão distribuídas. Esse intervalo recebe o nome de Espectro eletromagnético. Espectro Eletromagnético Figura 1: espectro Eletromagnético - fonte Manual Luminotécnico Prático Osram Luminotécnica SENAI – SP 5 A LUZ e as cores: Os objetos e tudo que está a nossa volta já possuem cores definidas? Na verdade, a aparência de um objeto é resultado da iluminação incidente sobre o mesmo. A luz é em parte absorvida pelo objeto e outra parte é refletida. Esta parte refletida permite a identificação da forma e das cores destes objetos. Basicamente, a luz é composta por três cores chamadas de cores primárias: vermelho, verde e azul. A combinação destas três cores tem como resultado o branco. A combinação de duas cores primárias produz as cores secundárias – magenta, amarelo e cyan. As três cores primárias dosadas em diferentes quantidades permite obtermos outras cores de luz. A LUZ E SUAS PROPRIEDADES: Quando a luz incide em um objeto, ela pode ser refletida, transmitida ou absorvida por ele. Normalmente as propriedades não aparecem de forma isolada, mas sim em uma combinação destas. REFLEXÃO Quando incidimos ondas eletromagnéticas em uma determinada superfície com características de reflexão, estas rebatem no objeto e surgem ondas eletromagnéticas afastando-se do objeto. As propriedades de uma superfície definem como a luz será refletida. O conhecimento dos tipos de reflexão é importante para a aplicação em projetos e para a análise de refletores utilizados nas luminárias e rebatedores em geral. A reflexão é dividida em quatro tipos: reflexão especular reflexão composta reflexão difusa reflexão mista. Luminotécnica SENAI – SP 6 Reflexão Especular: Ocorre normalmente em superfícies regulares, sem grandes imperfeições. A principal característica da reflexão especular é que o ângulo que a luz incide no plano é o mesmo ângulo da luz refletida. Reflexão Composta: Característica de superfícies irregulares ou rugosas. Parte da luz se comporta de forma especular e parte reflete de forma aleatória Reflexão Difusa: A luz que incide na superfície é refletida para todos os lados. São características de superfícies de papel branco fosco, paredes e tetos de gesso, pintura acetinada ou reflexão na neve, entre outras.Reflexão Mista: Está entre a reflexão especular e a difusa. Partes dos raios incidentes são refletidos e parte se difunde. São características do papel brilhante, de superfícies envernizadas, de metais não polidos entre outras. O índice de refletância é definido pelo quociente da luz refletida em uma determinada superfície, pelo total da luz incidente, ou seja: Refletância da superfície = luz refletida / luz incidente. Teoria da Luz - Philips Teoria da Luz - Philips Teoria da Luz - Philips Teoria da Luz - Philips Luminotécnica SENAI – SP 7 TRANSMISSÃO A transmissão da luz é caracterizada pela passagem da radiação através de um meio sem mudança na frequência das radiações que a compõem (vidro, cristais, plásticos, água, outros líquidos e do ar). Parte da luz se perde devido à reflexão na superfície do meio e parte é absorvida. Devido a essas perdas, a relação entre a luz transmitida e a incidente se denomina transmitância (transmitância de uma superfície = luz transmitida / luz incidente). A transmissão pode ser de três tipos: regular, difusa mista Transmissão Regular: É aquela caracterizada pela passagem da luz no meio transparente como p. ex: vidro. A luz que incide na superfície é transmitida e novamente assume o mesmo ângulo de entrada. Transmissão Difusa: Encontrada em meios translúcidos. (cristais satinados, vidros opalizados, vidros jateados, termoplástico pigmentado ou leitoso, etc). A luz incidente é transmitida e em seguida muda de direção tornando-se difusa. Transmissão Mista: Meio termo entre a transmissão regular e a difusa (vidros canelados, vidros ou cristais com acabamentos pontilhado entre outros). A difusão dos raios de luz não é completa. Fonte: Ipog Fonte: Ipog Fonte: Ipog Luminotécnica SENAI – SP 8 ABSORÇÃO É a transformação da energia radiante em outra forma de energia, como por exemplo, o calor. Isto acontece normalmente em superfícies não completamente refletoras e em materiais não totalmente transparente. A absorção se relaciona à parcela de energia que permanece em um corpo, mesmo depois de terminada a incidência sobre ele. A relação entre a luz absorvida e a luz incidente é denominada absortância (absortância de uma superfície = luz absorvida / luz incidente) A absorção de certos comprimentos de onda é denominada de absorção seletiva (Este é o modo como podemos identificar as cores dos objetos à nossa volta). REFRAÇÃO: Se um facho de luz passa de um meio para outro de densidade diferente, em um angulo não perpendicular ao meio, o facho será desviado de sua trajetória inicial. Esse é o fenômeno da refração, e tem a ver com a mudança da velocidade da luz enquanto passa de um meio para outro de densidade óptica diferente. As propriedades refrativas de um meio são expressas pelo índice de refração n. Fonte: Teoria da Luz - Philips Fonte: Ipog Luminotécnica SENAI – SP 9 Esse índice de refração varia de acordo com o comprimento de onda da luz incidente, ondas curtas (e.g. luz azul) sendo mais refratadas que as ondas longas (e. g. luz vermelha). ÍNDICES QUALITATIVOS DA LUZ: TEMPERATURA DE COR: Visualmente, é bastante difícil a avaliação comparativa entre a sensação de Tonalidade de Cor de diversas lâmpadas. Para estipular um parâmetro, foi definido o critério Temperatura de Cor (Kelvin) para classificar a luz. É importante destacar que a cor da luz em nada interfere na Eficiência Energética da lâmpada, não sendo válida a impressão de que quanto mais clara, mais potente é a lâmpada. Essa definição baseia-se na relação entre a temperatura de um material hipotético e padronizado, conhecido como "corpo negro radiador", e a distribuição de energia da luz emitida à medida que a temperatura do corpo negro é elevada a partir do zero absoluto. SUAVE (quente) NEUTRA CLARA (fria) Luminotécnica SENAI – SP 10 Fonte: Manual Osram ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DE COR (IRC) Mesmo quando utilizamos diferentes fontes de luz de mesma tonalidade para iluminar objetos idênticos, estes podem nos parecer completamente diferentes. As variações de cor dos objetos iluminados sob fontes de luz diferentes, podem ser identificadas através do conceito de Reprodução de Cores, e de sua escala qualitativa: Índice de Reprodução de Cores (Ra ou IRC). O mesmo metal sólido, quando aquecido até irradiar luz, foi utilizado como referência para se estabelecer níveis de Reprodução de Cor. O IRC neste caso seria um número ideal = 100. Fonte: Manual Osram Luminotécnica SENAI – SP 11 O OLHO HUMANO: O olho humano é mais sensível a radiações de menor comprimento de onda (violeta e azul) que geram maior intensidade de sensação luminosa quando há pouca luz (ex. crepúsculo, noite, etc.), enquanto as radiações de maior comprimento de onda (laranja e vermelho) se comportam ao contrário. GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS: FLUXO LUMINOSO: Fluxo Luminoso Símbolo: ϕ Unidade: lúmen (lm) É a quantidade total de luz emitida por uma fonte luminosa em todas as direções. O fluxo luminoso é a quantidade de luz emitida por uma fonte, medida em lúmens, na tensão nominal de funcionamento. Fonte: Manual Osram Luminotécnica SENAI – SP 12 A medida do fluxo luminoso se realiza em laboratório geralmente através da esfera de Ulbricht. INTENSIDADE LUMINOSA: É a quantidade de luz (ondas eletromagnéticas) emitida por uma fonte luminosa em uma determinada direção. A unidade SI para medida de Intensidade luminosa é a candela (cd). Esse nome é histórico e tem sua origem no método inicial de definição da unidade, utilizando-se uma vela de cera de tamanho e composição padrão para comparação com outras fontes luminosas. É importante ressaltar que candela é uma unidade de base do SI. Esfera de Ulbrich Luminotécnica SENAI – SP 13 ILUMINÂNCIA (Iluminamento ou nível de iluminação): Iluminância (E) expressa em Lux (lx) indica o fluxo luminoso de uma fonte de luz que incide sobre uma superfície situada a certa distância desta fonte. Ou seja, é o fluxo luminoso incidente numa superfície por unidade de área. E = ___ A É também a relação entre a quantidade de luz emitida em uma determinada direção (intensidade luminosa) e o quadrado da distância (l/d²). A iluminância pode ser medida com o auxílio de um luxímetro e na prática é o nível de iluminação que temos em um ambiente. Devido ao fluxo luminoso não ser distribuído uniformemente, a iluminância não será a mesma em todos os pontos da área em questão. Considera-se por isso a iluminância média (Em). A norma ABNT NBR ISO / CIE 8995-1 especifica a iluminância para cada tipo de ambiente, relacionado com as atividades exercidas no local. LUMINÂNCIA É a intensidade luminosa (cd) produzida ou refletida por unidade de área (m2) de uma superfície numa dada direção. Ela é representada pelo símbolo L e a unidade é a candela por metro quadrado (cd/ m2). Fonte: Osram Luminotécnica SENAI – SP 14 A distribuição da luminância no campo de visão das pessoas numa área de trabalho, proporcionada pelas várias superfícies dentro da área (luminárias, janelas, teto, parede, piso e superfície de trabalho), deve ser considerada como complementação à determinação das iluminâncias (lux) do ambiente, a fim de evitar ofuscamento. A medida da luminância é efetuada por meiode um aparelho chamado Luminancímetro, baseado em dois sistemas ópticos, um de direção e outro de medição. LUMINÂNCIA X ILUMINÂNCIA EFICIÊNCIA LUMINOSA (Eficiência Energética) É a relação entre o fluxo luminoso emitido pela fonte de luz e a potência elétrica consumida Unidade: lm / W (lúmen / watt) As diferenças existentes entre as lâmpadas são consequência dos diferentes fluxos luminosos e também das diferentes potências que consomem. Por esse motivo, a comparação entre os diversos tipos de lâmpadas deve ser feito por um parâmetro que permita isso. Para poder compará-las, é necessário conhecer quantos lúmens são Fonte: Osram Fonte: Osram Luminotécnica SENAI – SP 15 gerados por cada watt absorvido. A essa grandeza dá-se o nome de Eficiência Luminosa ou Eficiência Energética. Exemplos: Fluorescente T10 Ø = 36 mm Potência: 40W Fluxo luminoso: 2.600 lm 65 lm/W Fluorescente T8 Ø = 26 mm Potência: 32W Fluxo luminoso: 2.700 lm 84 lm/W Fluorescente T5 Ø = 16 mm Potência: 28W Fluxo luminoso: 2.900 lm 103 lm/W Luminotécnica SENAI – SP 16 Onde entram os LED´s? A tecnologia led está em constante desenvolvimento e em função disso, vem se deslocando rapidamente no gráfico, já assumindo a posição de maior eficiência energética. Em 2015, tornam-se comerciais os led´s com 200 lm/W. Valores superiores a 400 lm/W são encontrados normalmente em laboratório para entrarem futuramente no mercado de iluminação. Osram – O desenvolvimento das fontes de luz, altera constantemente os valores deste comparativo Luminotécnica SENAI – SP 17 EXERCÍCIOS: 1) O que é LUZ? 2) Defina espectro eletromagnético 3) O que se entende por fluxo luminoso e qual a sua unidade de medida? 4) Qual a definição de eficiência energética? 5) O que é iluminância? 6) Qual a diferença entre iluminância e luminância? 7) O que é índice de reprodução de cores. 8) Se iluminarmos dois objetos idênticos, sendo o primeiro com uma lâmpada apresentando IRC = 25 e o segundo com uma lâmpada apresentando um IRC = 90, qual a diferença que iremos notar entre as duas situações? Luminotécnica SENAI – SP 18 PRINCIPAIS ELEMENTOS DE ILUMINAÇÃO: • Fonte de luz: LÂMPADAS, LED´s ...... • Acessórios: Reatores, Transformadores, Ignitores, Drivers. • Elemento de suporte: Luminárias LÂMPADAS: As características importantes de uma lâmpada são: • Fluxo luminoso • Potência Elétrica (Watts) • Tecnologia • Temperatura de cor (K) • Índice de Reprodução de Cores (IRC) • Aplicação O fluxo luminoso, o IRC e a temperatura de cor foram estudados anteriormente. Vamos conhecer as tecnologias existentes, o funcionamento e as características. Lâmpada incandescente comum: A introdução no mercado foi em 1907 e receberam aperfeiçoamento em 1913 com a introdução de gases inertes que reduzem a evaporação do filamento. Dominaram a maioria das aplicações durante muitos anos, mas, o aparecimento de tecnologias mais eficientes e a crise energética mundial inviabilizou a continuidade da produção. É uma lâmpada que fica somente para a história. Luminotécnica SENAI – SP 19 Base: E27 IRC: 100 Vida média: 1.000 horas Temperatura de cor: 2.700K Funciona em tensão de rede Eficiência: 15 a 20 lm/W Funcionamento: A produção da luz ocorre com o aquecimento de um filamento de tungstênio pela passagem da corrente elétrica. Uma diminuição na tensão nominal reduz o fluxo luminoso, porém aumenta a vida útil da lâmpada. Podem ser utilizadas em qualquer posição. Podem ser controladas por dispositivos elétricos ou eletrônicos tais como dimmers (controladores de luminosidade). Significado do soquete E27: O padrão E27 faz referência à rosca do tipo Edison com 27 mm de diâmetro. Os padrões mais comuns existentes de rosca Edison para lâmpadas são: (conforme norma IEC 60061). E5, E10, E12, E14, E27, E40 Obs: O número que acompanha a letra “E” indica o diâmetro da rosca em milímetros. Luminotécnica SENAI – SP 20 Lâmpadas Halogêneas: A lâmpada halogênea também faz parte da família das lâmpadas incandescentes. A temperatura do filamento da lâmpada incandescente evapora o tungstênio e diminui a eficiência e o nível de iluminação. Uma lâmpada halogênea também usa um filamento de tungstênio, mas ele fica dentro de um invólucro de quartzo muito menor, que suporta temperaturas mais elevadas do que o vidro. O gás dentro do invólucro também é diferente e consiste em um gás de um grupo chamado halógeno. Esses gases possuem uma propriedade muito interessante: eles reagem com o vapor de tungstênio. Com a temperatura elevada, o gás halógeno se misturará com os átomos de tungstênio, iniciando um processo de reciclagem conduzindo o átomo de tungstênio de volta para o filamento. Isso possibilita que a lâmpada tenha uma vida mais longa em comparação com as lâmpadas incandescentes comuns. É um tipo de lâmpada que trabalha a temperaturas elevadas, e pelo fato de o invólucro de quartzo estar tão próximo do filamento, fica extremamente quente se comparado a uma lâmpada normal. O ciclo halógeno mantém o invólucro limpo. Características das lâmpadas halogêneas: Os bulbos geram intenso calor e são pressurizados. Deve-se tomar o cuidado de não arranhar ou danificar a superfície para evitar estilhaços. Evitar o contato com as mãos para devido à deposição de gordura na superfície do bulbo. Esta condição poderá acarretar diferentes gradientes de temperatura na superfície do cristal, facilitando o aparecimento de trincas e por consequência a queima da lâmpada. Caso o contato com as mãos não possa ser evitado, antes de utilizar a lâmpada, fazer uma limpeza com flanela limpa removendo as impurezas. Luminotécnica SENAI – SP 21 Base: diversos tipos IRC: 100 Vida média: 2.000 horas Temperatura de cor: 3.000K Alguns modelos funcionam em tensão de rede e outros em 12V Eficiência: 25 a 30 lm/W Normalmente encontramos lâmpadas halogêneas em várias versões como: Alguns modelos existentes: Halógena Bipino, Dicróica, AR70, AR111, PAR 20, PAR 30, PAR 38 e halogênea com base E27 e halogênea palito. Exemplo de especificação em catálogo: Halógena Bipino: Fonte: Catálogo Osram 2013 Luminotécnica SENAI – SP 22 Halógena Palito: Fonte: Catálogo Osram 2013 Halógena bipino em base E27: Fonte: Catálogo Osram 2013 Luminotécnica SENAI – SP 23 Dicróica: Fonte: Catálogo Osram 2013 Lampada PAR: Luminotécnica SENAI – SP 24 Fonte: Catálogo Osram 2013 AR 48 / AR 70 / AR 111: Fonte: Catálogo Osram 2013 As curvas de distribuição luminosa das lâmpadas halógenas são especificadas nos catálogos do fabricante e tem o seguinte formato: Fonte: Catálogo Osram 2013 Luminotécnica SENAI – SP 25 Exemplo de soquetes utilizados nas lâmpadas halógenas: Luminotécnica SENAI – SP 26 Base:G13 IRC: 80 / 85 Vida média: 8.000 hs exceto T5 que pode chegar a 24.000 hs Temperatura de cor: 3.000K, 4000K, 5000K, 6500K Utilizam reator para partida e funcionamento. Eficiência: 25 a 30 lm/W Lâmpadas Fluorescentes tubulares: Tipos de lâmpadas Fluorescentes: alguns modelos T10 de 20W / 40W / 110W (∅= 42 e 36 mm) T8 de 16W / 32W / 58W (∅= 26 a 28 mm) T5 de 14W / 28W / 54W (∅= 16 mm) T2 de 6W / 8W / 11W / 13W (∅= 7 mm) Construção: Luminotécnica SENAI – SP 27 Funcionamento: Deve-se pré-aquecer seu interior através dos filamentos para reduzir a tensão elétrica necessária à ionização, dando a partida no processo de bombardeamento por íons positivos dos gases no interior do tubo. Como a composição interna não é condutiva ou pouco condutiva deve ser aplicado uma diferença de potencial de algumas centenas de volts ao mesmo tempo em que as extremidades são aquecidas. Isto acontece somente no momento da partida sendo que após isso, não há mais necessidade de alta tensão entre os extremos do tubo. Fluorescente compacta não integrada: São lâmpadas fluorescentes de tamanho reduzido, com o mesmo funcionamento das fluorescentes tubulares. A versão não integrada utiliza reator separado para funcionamento Luminotécnica SENAI – SP 28 Fluorescente compacta integrada: São lâmpadas fluorescentes de tamanho reduzido, com o mesmo funcionamento das fluorescentes tubulares, porém, o reator é integrado à lâmpada e utiliza soquete E27. ESPECTRO DA LÂMPADA FLUORESCENTE Fonte: Osram Luminotécnica SENAI – SP 29 DEPRECIAÇÃO (exemplo) APLICAÇÕES: Uso comercial em escritórios, indústrias, bancos, lojas entre outros. Uso residencial normalmente em cozinhas e áreas de serviços. Luminotécnica SENAI – SP 30 Luminotécnica SENAI – SP 31 Fonte: Catálogo Osram Fonte: Catálogo Philips Luminotécnica SENAI – SP 32 LÂMPADAS VAPOR DE MERCÚRIO ALTA PRESSÃO: A lâmpada de mercúrio de alta pressão foi muito utilizada nos mais diversos campos de aplicação. Nesse tipo de lâmpada a descarga ocorre num tubo de descarga de quartzo que contém uma pequena quantidade de mercúrio e um preenchimento de gás, geralmente argônio, para auxiliar a partida. A parte da radiação da descarga aparece na região visível do espectro como luz, mas uma parte é também emitida na região ultravioleta. Princípio de funcionamento: Há três fases distintas a serem consideradas: ignição, variação da corrente e estabilização. Ignição A ignição é obtida através de um eletrodo auxiliar colocado muito perto do eletrodo principal e conectado a outro através de um resistor de alto valor. Quando a lâmpada é ligada, uma mudança de tensão ocorre entre o eletrodo de partida e o eletrodo principal, ionizando o gás nessa região em forma de uma descarga de íons, enquanto que a corrente é limitada pelo resistor. A descarga se espalha através do tubo de descarga sob a influência do campo elétrico existente entre os dois eletrodos principais. Quando a descarga alcança o eletrodo mais afastado, a corrente aumenta consideravelmente. Em consequência, os principais eletrodos são aquecidos até que a emissão aumente o suficiente para permitir que a descarga iônica mude para uma descarga de arco e o eletrodo auxiliar deixe de exercer alguma função no processo devido à alta resistência em serie com ele. Nesse estagio, a lâmpada está funcionando como descarga de baixa pressão (similar à de uma lâmpada fluorescente tubular). A descarga completa o tubo e tem uma aparência azulada. Aumento Quando a ionização do gás é finalizada, a lâmpada ainda não opera da maneira adequada e nem fornece seu fluxo luminoso total. Isso só ocorre quando o mercúrio presente no tubo de descarga é completamente vaporizado. E esse processo leva certo tempo, chamado de tempo de estabilização. Luminotécnica SENAI – SP 33 Base: E27 IRC: 40 Vida média: 12.000 hs Temperatura de cor: 4.100K Utilizam reator e ignitor para partida e funcionamento. Eficiência: 40 a 60 lm/W Reignição: uma vez apagada, a lâmpada não se ascenderá novamente até que esfrie suficientemente para baixar a pressão do vapor. Esse intervalo de tempo é da ordem de 5 minutos. A lâmpada de vapor de mercúrio não pode ser dimerizada. O bulbo externo que normalmente contém um gás inerte (mistura de argônio e nitrogênio) a uma pressão de 16kPa, protege o tubo de descarga de mudanças ambientais de temperatura, além de proteger os componentes da corrosão que pode ocorrer devido às altas temperaturas envolvidas. Revestimento do bulbo: A lâmpada emite comprimentos de onda amarelo verde, azul e violeta, faltando a radiação vermelha. Possui também uma parte do espectro em radiação ultravioleta. É necessário revestimento de fósforo para aumentar o rendimento. Luminotécnica SENAI – SP 34 Base: E27 IRC: 60 a 65 Vida média: 6.000 hs Temperatura de cor: 3.500K Não utilizam reator para partida. Eficiência: 25 a 30 lm/W LÂMPADAS DE LUZ MISTA: A lâmpada de luz mista é derivada da lâmpada de mercúrio de alta pressão convencional. A principal diferença entre as duas é que enquanto a ultima é dependente de um reator externo para estabilizar a corrente da lâmpada, a lâmpada de luz mista tem o reator embutido nela em forma de um filamento de tungstênio conectado em serie com o tubo de descarga. Partes principais: Com exceção do filamento e do gás usado no bulbo externo, essas partes são as mesmas da lâmpada de mercúrio de alta pressão. O filamento é um arame em espiral de tungstênio tal como na lâmpada incandescente. Ele rodeia o topo do tubo de descarga para obter boa mistura de luz e para propiciar uma partida da descarga. Essa lâmpada é adequada para locais que necessitam mais luz do que uma lâmpada incandescente e não querem aplicar um reator. Eficiência luminosa: O uso do filamento de tungstênio incandescente influencia negativamente na eficiência total da lâmpada. O tempo de reignição é de 5 a 10 minutos. A lâmpada de luz mista não pode ser dimerizada. Luminotécnica SENAI – SP 35 Base: vários tipos IRC: 80 a 90 Vida média: 12.000 hs Temperatura de cor: 3.000K ou 4000K Utilizam reator e ignitor para partida e funcionamento. Eficiência: 25 a 30 lm/W LÂMPADAS DE VAPOR METÁLICO: São similares às lâmpadas de vapor de mercúrio. A principal diferença está no fato que o tubo de descarga contém uma quantidade adicional de elementos classificados na tabela periódica como haletos metálicos. Quando a lâmpada atinge o regime normal de temperatura de trabalho, estes haletos metálicos são vaporizados e passam a emitir luz dentro de um determinado espectro. Luminotécnica SENAI – SP 36 Base: vários tipos IRC: 20 a 39 Vida média: 15.000 a 24.000 hs Temperatura de cor: 1.900K / 2.000K Utilizam reator e ignitor para partida e funcionamento. Eficiência: 150 a 180 lm/W LÂMPADAS VAPOR DE SÓDIO DE ALTAPRESSÃO: O tubo de descarga numa lâmpada de sódio de alta pressão contém excesso de sódio para propiciar condições de vapor saturado quando a lâmpada está em funcionamento. Em geral, estas lâmpadas além do sódio, podem conter xenônio, argônio e mercúrio que apresentam faixas de comprimento de onda em quase todo o espectro visível. Luminotécnica SENAI – SP 37 EQUIPAMENTOS AUXILIARES: Reator: Reatores são dispositivos utilizados para a operação adequada das lâmpadas de descarga, cuja função é limitar a corrente e fornecer as condições necessárias para a partida. Como cada tipo de lâmpada demanda uma corrente diferente, para cada uma é necessário um tipo específico de reator. Assim, ao definir o tipo de lâmpada a ser usado, estamos estabelecendo os parâmetros para a escolha do reator mais adequado. Os reatores podem ser: Eletromagnéticos Eletrônicos. Os reatores eletromagnéticos podem ser classificados em: Reatores de alto fator de potência; Reatores de baixo fator de potência; Reatores de partida rápida; Reatores de partida convencional (com starter). Os reatores eletrônicos apresentam perdas reduzidas, maior eficiência energética, fator de potência elevado em torno de 0,95, e podem ser classificados em: Reatores eletrônicos Comuns; Reatores eletrônicos Dimerizáveis; Reatores eletrônicos Dali. O reator eletrônico apresenta grandes vantagens, dentre as quais se destacam: Aumento da vida útil em até 50%, por operarem em altas frequências; Evita o efeito estroboscópico; Não produz ruído, pois sua frequência está acima da faixa de audição humana; Reduz o aquecimento do ambiente, pois possuem menos perdas; Alto fator de potência; Luminotécnica SENAI – SP 38 Possibilidade de dimerização; Economia de até 70% de energia consumida pelo reator. É evidente que estes benefícios têm reflexo direto no custo do equipamento, mas uma análise simples dos custos de operação de um sistema de iluminação pode comprovar que o uso de reatores eletrônicos é atualmente uma ótima solução energética. Ignitor Fornecer pulsos de alta tensão (até 5KV) para o acendimento de lâmpadas de descarga de alta intensidade (HID). Capacitor Tem a função de corrigir o fator de potência. Transformador Reduz a tensão de alimentação do local para 12V para atender as lâmpadas halógenas de baixa tensão (Ex.: dicróica, lâmpada bipino, AR111, etc.). Alguns conceitos a serem observados nos equipamentos auxiliares: O que é Fator de Potência? É a relação entre a potência consumida sobre a potência fornecida pela concessionária. Quanto menor o fator de potência, maior é a corrente no circuito, acarretando custos mais elevados de instalação e maiores perdas nos condutores. Exemplo: Para produzir 100 kW de “potência real” é necessário: Fator de Potência kVA necessário 0.50 200 kVA 0.90 111 kVA 0.99 101 kVA Obs.: Pela legislação brasileira é considerado alto fator de potência (AFP) quando o FP for igual ou superior a 0,92 Luminotécnica SENAI – SP 39 O que é Distorção Harmônica – THD (Total Harmonic Distortion) Interferência gerada na rede elétrica pelos harmônicos de alta frequência de qualquer equipamento, principalmente os eletrônicos. A norma IEC determina que um reator seja considerado aceito com distorção harmônica menor ou igual a 32%. Distorção Harmônica – THD Quem causa? • Inversores de frequência; • Variadores de velocidade • Acionamentos tiristorizados; • Acionamentos em DC ou AC; • Retificadores; • Conversores eletrônicos de potência; • Fornos de indução e a arco; • Máquinas de solda a arco. Alguns efeitos: • Capacitores: redução da vida útil; • Motores: redução da vida útil e potência; • Transformadores: aumento das perdas, redução da capacidade; • Cabos: sobreaquecimento do neutro em sistema trifásico • Medidores: erros de leitura; • Telefones: interferência • Equipamentos de computação: perda de dados e danos em componentes eletrônicos Luminotécnica SENAI – SP 40 O que é Fator de Fluxo Luminoso – FFL É a relação entre o fluxo obtido na lâmpada com um reator medido (desejado), e o fluxo com um reator de referência (fluxo nominal da lâmpada). O que é Fator de eficácia (FE): Razão entre o fator de fluxo luminoso e potência de alimentação. As lâmpadas e os equipamentos auxiliares foram apresentados nos tópicos anteriores. O próximo ponto de estudo são as Luminárias e os conceitos que envolvem este produto: Gráfico de Distribuição Luminosa: Luminotécnica SENAI – SP 41 Curva de Distribuição Luminosa – CDL: Em projeto utilizamos basicamente a distribuição das luminâncias de uma fonte (normalmente luminária) sob determinados planos que passam pelo centro dessa fonte de luz. Essa distribuição gráfica é chamada de curva de distribuição luminosa (CDL), curva fotométrica ou curva polar, encontradas nos catálogos de luminárias. CDL é a representação da Intensidade Luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano. Luminotécnica SENAI – SP 42 Exemplos de Curva de Distribuição Luminosa – CDL: Fonte: ITAIM Iluminação Luminárias: Tem a função de distribuir, filtrar ou modificar a direção da luz emitida pela(s) lâmpada(s), além de servirem de suporte para a fixação da fonte de luz. Luminotécnica SENAI – SP 43 As luminárias podem ser classificadas de acordo com a porcentagem de luz emitida para cima (iluminação indireta) ou para baixo (iluminação direta). Fonte: ITAIM Rendimento de uma Luminária: O rendimento da luminária (Símbolo: ηL, Unidade: %), é a razão do Fluxo Luminoso emitido por uma luminária medido em condições práticas especificadas, em relação ao fluxo total das lâmpadas funcionando fora da luminária em condições específicas. Esse valor é normalmente, indicado pelos fabricantes de luminárias, após medições e testes de laboratório. Luminotécnica SENAI – SP 44 Comparativo do Rendimento de uma Luminária com um mesmo refletor para diversas lâmpadas: As novas gerações de lâmpadas permitem um maior rendimento da luminária Componentes básicos de uma luminária comercial: As luminárias são compostas de subconjuntos, como: Caixa (corpo mecânico da luminária) Sistema elétrico Luminotécnica SENAI – SP 45 Conjunto óptico (refletores, aletas, difusores). A caixa (corpo) da luminária que pode ser metálica, plástica, etc... é responsável por acondicionar o sistema elétrico e o conjunto óptico dando acabamento ao conjunto. Responsável pela fixação e suporte de todos os componentes O índice de proteção (IP) e as facilidades de manutenção também são definidos no projeto da caixa da luminária em conjunto com as vedações necessárias. As caixas metálicas normalmente são fabricadas em aço com acabamento em pintura eletrostática a pó. O sistema elétrico formado pelo reator ou driver, dissipadores, soquetes, rabichos, conectores e fiação interna. A qualidade dos componentes e da montagem do sistema elétrico asseguram a durabilidade e bom funcionamento do conjunto. O soquete (porta-lâmpada) tem que assegurar fixação das lâmpadas e perfeito contato elétrico das mesmas. Recomenda-se usar apenas soquetes normatizados, que atendem a todas as condiçõesde trabalho á que serão designados, como tensão elevada, altas temperaturas, exposição à UV, etc... Para as lâmpadas fluorescentes, os soquetes são normalmente fabricados em policarbonato (PC), com encaixe rápido do soquete e da fiação, contatos internos em bronze fosforoso, com rotor de segurança que evitam queda acidental das lâmpadas. Os rabichos facilitam a instalação da luminária, devem garantir o aterramento do conjunto, e no Brasil devem seguir a NBR-14136 que define os tipos de plugue e tomada a se utilizar. O conjunto óptico é responsável pelos resultados de iluminação, como aproveitamento do fluxo emitido pela lâmpada, a distribuição e direcionamento da luz, Luminotécnica SENAI – SP 46 rendimento da luminária, índice de conforto visual, proporcionando em conjunto com a fonte de luz utilizada (lâmpada ou LED), a eficiência do sistema de iluminação. Composto de refletores com variadas formas ou materiais, que direcionam e garantem o bom aproveitamento da luz. Aletas ou difusores que proporcionam o conforto visual. Este conjunto gera como resultado diferentes fotometrias, que por consequência vão atender as mais variadas finalidades e necessidades de aplicação das luminárias. Função das Aletas: Controlar a incidência da luz direta nos olhos de quem utiliza o ambiente. Em outras palavras, é responsável pelo Controle do Ofuscamento. • Quanto maior o número de aletas (quantidade) Menor o ofuscamento Maior o conforto visual Menor o rendimento • O rendimento é afetado por: » material dos refletores; » número de aletas; » curvatura dos refletores; » difusores; » tipo da lâmpada. Luminotécnica SENAI – SP 47 Principais tipos de luminárias: Fonte: ITAIM Aplicações: Forro PVC: As luminárias devem preferencialmente ser instaladas no mesmo sentido do forro. Existem luminárias com dimensões adequadas para evitar fragilizar o forro. Luminotécnica SENAI – SP 48 Instalações inadequadas em forro de PVC: Forro Modulado: Luminotécnica SENAI – SP 49 Luminária inadequada ao forro modulado Forro de gesso: Arandelas: Luminotécnica SENAI – SP 50 Pendentes: Grau de Proteção de uma luminária: – IPXY: É o índice que indica o nível de proteção um equipamento com relação à penetração de água e poeira; IPXY X – indica o nível de proteção contra poeira; Y – indica o nível de proteção contra água. Luminotécnica SENAI – SP 51 Luminotécnica SENAI – SP 52 O que foi visto até o momento? Conceitos e grandezas luminotécnicas • Luz • Fluxo luminoso • Intensidade luminosa • Iluminância • Luminância • Refletância • Eficiência energética • Índice de reprodução de cor • Temperatura de cor • Comportamento da luz nos diversos meios Fotometrias • Curva de distribuição de intensidade luminosa • Rendimento • Fator de utilização • Diagrama de luminância • Ofuscamento Luminárias • Luminária embutir /sobrepor • Componentes de uma luminária Todos estes conceitos deverão ser de conhecimento profundo dos profissionais da área de Luminotécnica, sendo necessários para a realização de forma correta e profissional dos projetos de iluminação. Com estes conceitos será possível tomar a decisão correta durante o planejamento de um sistema de iluminação novo ou retrofit. Luminotécnica SENAI – SP 53 PROJETO DE ILUMINAÇÃO O projeto de iluminação deve ser proposto de modo a priorizar o conforto visual, a segurança e a produtividade dos usuários no ambiente. A definição do sistema de iluminação depende de diversos fatores, como: • Função e uso do espaço; • Forma e pé-direito do ambiente; • Tipo de forro; • Materiais construtivos, acabamentos, estilo arquitetônico; • Mobiliário; • Detalhes arquitetônicos, internos e externos; • Localização de aberturas para luz natural (janelas, domus); • Considerações fotométricas (iluminância, luminância, contraste). • Nível de conforto e satisfação dos usuários; • Tarefas desempenhadas: grau de precisão e duração; • Idade dos ocupantes; • Segurança; • Custo inicial; • Manutenção e custo energético; DADOS DO PROJETO: • Para a realização de um projeto de iluminação, os seguintes fatores devem ser considerados: • Dimensões do recinto; • Altura de montagem; • Acabamentos (refletâncias) do teto, paredes e piso; • Determinação da iluminância necessária de acordo com a ISO 8995-1. A determinação da iluminância adequada deve levar em consideração fatores como a tarefa a ser desempenhada, a velocidade e precisão da tarefa e a refletância da superfície onde a tarefa é desempenhada; • Escolha da melhor combinação de lâmpadas e luminárias considerando a eficiência da luminária e o fluxo luminoso da lâmpada; • Cálculo da quantidade de luminárias; • Disposição das luminárias no recinto; • Cálculo de viabilidade econômica (custo e eficiência energética). Luminotécnica SENAI – SP 54 Existem alguns métodos reconhecidos para a realização de projetos luminotécnicos: a) Método Ponto a Ponto b) Método dos Lúmens c) Método das Cavidades Zonais Método Ponto a Ponto (teoria): Se a distância “d” entre a fonte de luz e o objeto a ser iluminado for no mínimo cinco vezes as dimensões físicas da fonte de luz, pode-se calcular a iluminância pelo método ponto a ponto. Este método é utilizado normalmente, em fontes pontuais para determinação da iluminância com lâmpadas de dimensões pequenas e de fachos de luz bem definidos como lâmpadas dicroicas, PAR, alguns tipos de luminárias de Leds, entre outros. A definição da iluminação em campo de futebol, quadras esportivas, iluminação em vitrines, manequins e iluminação de destaque em geral é realizada com o auxílio do método ponto a ponto. Este método pode ser bastante trabalhoso e cansativo para áreas grandes, sendo importante e necessário o do computador com softwares específicos. Aplicam-se as seguintes fórmulas para determinar as iluminâncias: Luminotécnica SENAI – SP 55 Onde: • I = intensidade luminosa (vertical), em cd • E = iluminância no ponto, em lx • d = distância da fonte luminosa ao objeto • ∝ = ângulo de abertura do facho • h = distância vertical entre a fonte de luz e o plano do objeto • I∝ = intensidade luminosa no ângulo ∝, em cd A iluminância (E) em um ponto é a somatória de todas as iluminâncias incidentes sobre esse ponto provenientes de diferentes fontes de luz, ou seja: OBS: Neste método não são consideradas as refletâncias das superfícies (teto, paredes e piso) e pode ser considerado bem trabalhoso para ser e executado manualmente em ambientes com várias fontes luminosas. Exemplo de aplicação do método ponto a ponto: Determine a iluminância no centro do facho de uma luminária com lâmpada dicróica de 50 W 36° e intensidade máxima de 2.200 cd, sendo que o pé-direito da sala é de 3m. Determine o espaçamento entre luminárias de forma que a iluminância fique uniforme. Luminotécnica SENAI – SP 56 Para determinar a distância entre luminárias mantendo a iluminância uniforme, considera-se que a intensidade luminosa a 18o (metade do ângulo de abertura) é metade da intensidadeluminosa no centro do facho. A distância entre luminárias é igual a 2r, assim: Método Ponto a Ponto (utilizando CDL): Dicróica 50W (fonte Osram): A curva de distribuição luminosa (CDL) de uma luminária do tipo comercial ou similar mostra a intensidade luminosa (cd) medida em vários ângulos de iluminação em torno da luminária. É possível realizar a leitura da intensidade luminosa destas luminárias em um ângulo específico, conhecendo-se a CDL desta luminária, a quantidade de Luminotécnica SENAI – SP 57 lâmpadas e a escala de medição. É bastante comum a CDL ter a escala de cd/1000 lúmens, ou seja, o valor de leitura realizado na curva será em candelas, referente a um fluxo luminoso padrão de 1000 lúmens. Exemplo para leitura das curvas de distribuição luminosa (CDL) Cd/1000 lúmens Construindo o modelo: Consultando-se a luminária, cuja CDL está representada na figura ao lado e supondo-se que esta luminária esteja equipada com 2 lâmpadas fluorescentes LUMILUX® 36W/21, qual será a Iluminância em um ponto a 30º de inclinação do eixo longitudinal da luminária, que se encontra a uma altura de 2,00 m do plano desse ponto? Luminotécnica SENAI – SP 58 Seguindo-se a fórmula: Desta forma é possível determinar o nível de iluminação (Iluminância), a partir do conhecimento da CDL da luminária utilizada. Note que o método não considera refletâncias, mas sim, a incidência direta da luz naquela direção (Intensidade Luminosa). Método dos Lúmens: O método dos lúmens é adotado nas situações onde o plano de trabalho é horizontal e é distribuído por todo o ambiente. O resultado esperado desse método é uma iluminação média homogênea em todo o espaço iluminado. Muito comum no dimensionamento de escritórios, bancos, indústrias e escolas entre outras, principalmente com o uso da antiga norma NBR 5413 (que não existe mais desde março de 2013). A nova norma que estabelece os requisitos para iluminação de interiores, que substituiu e cancelou a anterior, é a ABNT NBR ISSO CIE 8995-1. O método dos lúmens é o mais simples e normalmente é encontrado na maioria dos livros de iluminação ou instalações elétricas. O método leva em consideração: Eficiência do Recinto (Fator de Utilização) A Eficiência do Recinto normalmente é dada por tabelas contidas no catálogo do fabricante onde se relacionam os valores de coeficiente de reflexão do teto, paredes e piso, com a Curva de Distribuição Luminosa da luminária utilizada e o Índice do Recinto (Índice do local). Nos cálculos mais modernos por software, estas tabelas não são utilizadas. Luminotécnica SENAI – SP 59 Índice do local (K) - exemplo Fonte: ITAIM K 751 731 711 551 531 511 331 311 000 0,60 0,27 0,24 0,21 0,26 0,23 0,21 0,23 0,21 0,20 0,80 0,32 0,28 0,26 0,31 0,28 0,26 0,28 0,26 0,25 1,00 0,35 0,32 0,30 0,35 0,32 0,30 0,32 0,30 0,29 1,25 0,39 0,36 0,34 0,38 0,36 0,34 0,35 0,33 0,32 1,50 0,41 0,39 0,37 0,40 0,38 0,36 0,38 0,36 0,35 2,00 0,45 0,42 0,41 0,44 0,42 0,40 0,41 0,40 0,39 2,50 0,47 0,45 0,43 0,46 0,44 0,43 0,44 0,42 0,41 3,00 0,48 0,46 0,45 0,47 0,46 0,45 0,45 0,44 0,43 4,00 0,49 0,48 0,47 0,48 0,47 0,47 0,47 0,46 0,45 5,00 0,50 0,49 0,48 0,49 0,48 0,48 0,48 0,47 0,46 Luminotécnica SENAI – SP 60 Luminotécnica SENAI – SP 61 ALGUNS CONCEITOS CONFORME ISO/CIE 8995-1 PARA PROJETO OBS: Este resumo não substitui uma leitura detalhada da norma para entendimento de todos os conceitos e necessidades envolvidas em um projeto. ILUMINÂNCIA MANTIDA: Ēm Valor abaixo do qual a iluminância média da superfície especificada não poderá ser reduzido, independente da idade e condições da instalação. O projetista deverá considerar para o projeto fatores de depreciação adequados para cada tipo de instalação proposta. FATOR DE MANUTENÇÃO OU FATOR DE PERDAS LUMINOSAS (FM ou FPL) É importante ressaltar que a manutenção do sistema de iluminação influencia diretamente na iluminância que deverá ser mantida durante toda a vida da instalação. Com o aumento do tempo do serviço, o fluxo luminoso do sistema diminui com o envelhecimento das lâmpadas e luminárias e o acúmulo de pó. De acordo com a ISO/CIE 8995-1, para garantir que um determinado nível de iluminação seja mantido por um período de tempo razoável, um fator de manutenção (fator de perdas luminosas – FPL) adequado precisa ser aplicado durante o projeto, com a finalidade de compensar essa redução do fluxo luminoso. O fator de manutenção (fator de perdas luminosas) é a relação entre a iluminância mantida e o nível de iluminância inicial, quando o sistema de iluminação for novo. Ainda de acordo com a norma, é conveniente que o projetista prepare um cronograma de manutenção para o sistema instalado, especificando a frequência de substituição das lâmpadas, o intervalo de limpeza da sala e as técnicas de limpeza utilizadas. Determinação do fator de manutenção: (FM OU FPL) Fator de Manutenção do Fluxo Luminoso (FMFL) Razão do fluxo luminoso da lâmpada num dado momento pelo seu fluxo luminoso inicial. Considera a depreciação do fluxo luminoso da lâmpada, Luminotécnica SENAI – SP 62 Fator de Sobrevivência da Lâmpada (FSL) Fração do número total de lâmpadas que continuam a operar num dado momento (lâmpadas operando em determinadas condições, considerando também a frequência de acendimentos). Considera o efeito de falha por envelhecimento da lâmpada, Fator de Manutenção da Luminária (FML) Razão do fluxo luminoso emitido pela luminária num dado momento pelo fluxo luminoso inicial emitido pela luminária. Considera os efeitos de redução do fluxo luminoso devido ao acúmulo de sujeira nas luminárias, Fator de Manutenção das Superfícies da Sala (FMSS) Razão das refletâncias das superfícies internas do ambiente num dado momento pelo valor da refletância inicial. Considera a redução da refletância devido à deposição de sujeira nas superfícies da sala OBS: Os valores dos fatores de manutenção individuais podem ser obtidos através dos fabricantes ou podem ser encontrados em curvas de valores padrão médio em publicações de iluminação tais como a CIE 97. FATOR DE PERDAS LUMINOSAS (FPL): (Exemplos) Luminotécnica SENAI – SP 63 Perdas do Ambiente: FATORES DE MANUTENÇÃO DE REFERÊNCIA: Exemplos da ISO 8995-1. É considerado para tanto que as lâmpadas são substituídas individualmente quando falham e, são substituídas em grupo quando a iluminância cai para o nível de iluminância mantida. Luminotécnica SENAI – SP 64 Luminotécnica SENAI – SP 65 ÁREA DE TAREFA: A área parcial em um local de trabalho no qual a tarefa visual está localizada e é realizada ENTORNO IMEDIATO: Uma zona de no mínimo 0,5 m de largura ao redor da área da tarefa dentro do campo de visão. A iluminância mantida das áreas do entorno imediato não deve ser inferior aos valores estabelecidos na tabela ao lado: A área da tarefa deve ser iluminada o mais uniformemente possível. A iluminância no entorno imediato deve estar relacionada com a iluminância da área de tarefa e, convém que proporcione uma distribuição bem equilibrada (uniforme) da luminânciano campo de visão. Mudanças drásticas nas iluminâncias ao redor da área de tarefa podem levar a um esforço visual estressante e desconfortável. Para evitar isso se recomenda controlar a iluminância no entorno imediato de modo a minimizar as mudanças de iluminância e proporcionar a uniformidade desejável. A iluminância mantida no entorno imediato pode ser mais baixa que a iluminância da área da tarefa, mas não pode ser inferior aos valores dados tabela detalhada na norma e transcrita abaixo: Iluminância da tarefa (lux) Iluminância do entorno imediato (lux) ≥750 500 500 300 300 200 ≤200 Igual a iluminância da tarefa Uniformidade ≥ 0,7 Uniformidade ≥ 0,5 Luminotécnica SENAI – SP 66 UNIFORMIDADE: Razão entre o valor mínimo e o valor médio da iluminância: Luminotécnica SENAI – SP 67 DESENVOLVIMENTO DO MÉTODO DOS LÚMENS (PASSO A PASSO): CÁLCULO DA QUANTIDADE DE LUMINÁRIAS EM UM PROJETO 1) Calcular o Índice do Local K = c x l h x (c + l) onde: c = comprimento l = largura h = altura da luminária ao plano de trabalho 2) Fator de Utilização (U) Valor tabelado. É encontrado no catálogo do fabricante da luminária cruzando-se os dados do índice do local (K) calculado com as refletâncias das superfícies do local. Podem-se encontrar os dados de refletância tabelados conforme a cor, mas em geral as tabelas de fabricantes levam em consideração os seguintes valores: Branco: refletância de 70% Claro: refletância de 50% Médio: refletância de 30% Escuro: refletância de 10% 3) Fator de Perdas Luminosas ou Fator de Depreciação ou Fator de Manutenção: (FPL ou FM) Valor tabelado e dependente da queda do fluxo da lâmpada, do fator de sobrevivência da lâmpada, da manutenção (limpeza) da luminária e das superfícies do local. Em nosso projeto adotaremos os seguintes valores: Ambiente limpo: 80% (ar condicionado, sala fechada) Ambiente médio: 67% (sem ar mas ambiente limpo) Ambiente sujo: 57% (sujeito a pó como, por exemplo, lojas de rua). Ambiente muito sujo: 50% ou menor (algumas atividades fabris) 4) Determinar a Iluminância Mantida (E(m)): Neste item é necessário determinar o nível de iluminação desejado. Existe na ISO 8995-1, uma tabela com as recomendações do nível de iluminação para cada ambiente, conforme exemplo da tabela a seguir: Luminotécnica SENAI – SP 68 5) Determinar o número de luminárias (N): N = E(méd.) x A n x ϕn x U x FPL x FFL onde: E(m) = Nível médio de iluminação que deverá ser mantido sempre. A = área do ambiente (m2) n = número de lâmpadas por luminária ϕn = Fluxo luminoso da lâmpada U = Fator de Utilização FPL = Fator de Perdas Luminosas FFL = Fator de Fluxo do Reator Luminotécnica SENAI – SP 69 6) Distribuição das luminárias: 7) Determinar o passo: Passo no comprimento = c / Qc Passo na largura = l / Ql Obs: analisar o resultado e adaptar à necessidade Exemplo: Em um determinado escritório, será você deverá indicar a quantidade de luminárias necessárias para atingir os níveis de iluminação conforme a norma NBR ISO 8995-1. Os seguintes dados do ambiente e da iluminação são conhecidos: - comprimento: 20m - largura: 15m - pé direito (altura total): 3,65m - altura do plano de trabalho: 0,75m - Forro de gesso branco com luminárias embutidas no forro - As paredes são da cor areia clara - O piso é de ardósia (escuro). - Utilizar luminárias com duas lâmpadas fluorescentes de 32W cada (fluxo 2700 lm) - Os reatores serão eletrônicos com alto fator de potência e fator de fluxo luminoso unitário. - Ambiente limpo, com ar condicionado. Qc = Quantidade no comprimento Ql = Quantidade na largura c = comprimento l = largura N = número de luminárias Luminotécnica SENAI – SP 70 Desenvolvendo o método passo a passo: 1) Calcular o Índice do Local )( lchx cxl K => )1520(9,2 1520 x x K => K = 2,96 Altura útil: h = 3,65m – 0,75m = 2,90m (altura da luminária ao plano de trabalho). 2) Fator de Utilização (U) Refletâncias do local: (70/50/10 ou 751) Parede = 70% Paredes = 50% Piso = 10% K calculado = 2,96 Com os valores das refletâncias e do índice do local (K), devemos entrar na tabela fornecida pelo fabricante da luminária a ser utilizada. Veja exemplo na tabela abaixo: Da tabela, encontra-se o valor do fator de utilização de 0,48, ou seja: U = 0,48 3) Fator de Perdas Luminosas ou Fator de Depreciação ou Fator de Manutenção: (FPL ou FM) Para ambiente limpo com ar condicionado, o fator de perdas luminosas será de 80% ou seja: FPL = 0,8. K 751 731 711 551 531 511 331 311 000 0,60 0,27 0,24 0,21 0,26 0,23 0,21 0,23 0,21 0,20 0,80 0,32 0,28 0,26 0,31 0,28 0,26 0,28 0,26 0,25 1,00 0,35 0,32 0,30 0,35 0,32 0,30 0,32 0,30 0,29 1,25 0,39 0,36 0,34 0,38 0,36 0,34 0,35 0,33 0,32 1,50 0,41 0,39 0,37 0,40 0,38 0,36 0,38 0,36 0,35 2,00 0,45 0,42 0,41 0,44 0,42 0,40 0,41 0,40 0,39 2,50 0,47 0,45 0,43 0,46 0,44 0,43 0,44 0,42 0,41 3,00 0,48 0,46 0,45 0,47 0,46 0,45 0,45 0,44 0,43 4,00 0,49 0,48 0,47 0,48 0,47 0,47 0,47 0,46 0,45 5,00 0,50 0,49 0,48 0,49 0,48 0,48 0,48 0,47 0,46 Luminotécnica SENAI – SP 71 4) Determinar a Iluminância Mantida (E(m)): Este valor será obtido consultando a tabela de iluminâncias existente na NBR ISO 8995-1 (vide tabela parcial abaixo) Da tabela de luminâncias, verificamos que escritórios devem ser iluminados com 500 lux. Portanto, E = 500lx 5) Determinar o número de luminárias (N): ∅ N = 72,33 => N = 73 luminárias Luminotécnica SENAI – SP 72 6) Distribuição das luminárias: Qc = 9,87 => portanto Qc = 10 luminárias Ql = 7,39 => portanto Ql = 8 luminárias OBS: Nesse ponto é necessário analisar e fazer correções se necessário, analisando-se se o resultado obtido após o cálculo da quantidade no comprimento e na largura, não se afasta muito do resultado inicial: Resultado inicial: N = 73 luminárias Resultado após distribuição: 10 x 8 = 80 luminárias Análise: a) Vamos diminuir uma luminária no comprimento e analisar: 9 x 8 = 72 luminárias. Este resultado não pode ser utilizado, pois é menor que o valor de “N” previamente calculado. b) Vamos diminuir uma luminária na largura e analisar: 10 x 7 = 70 luminárias. Este resultado não pode ser utilizado, pois é menor que o valor de “N” previamente calculado. Portanto o resultado final será de N = 80 luminárias 8) Determinar o passo: Passo no comprimento = c / Qc = 20 / 10 = 2 m Passo na largura = l / Ql = 15 / 8 = 1,875 m Obs: analisar o resultado e adaptar à necessidade Luminotécnica SENAI – SP 73 RESUMO e RESULTADOS: Para determinar a exata localização da luminária, devemos dividir a área a ser iluminada em áreas menores de acordo com o número de luminárias previamente determinado. O centro de cada uma dessas áreas menores deve ser um ponto de luz. Veja ilustração a seguir. No exercício: 500 lux com 80 luminárias com a distribuição de 10 x 8 Luminotécnica SENAI – SP 74 Dica: Existe uma área denominada de conforto visual, que é dependente do nível de iluminação utilizado (iluminância) e da temperatura de cor da lâmpada / LED. Na figura abaixo, o gráfico apresenta o comportamento (sensações) para as diversassituações. Procure realizar projetos levando em consideração estes parâmetros. Curva de Conforto Visual em Função da Temperatura de Cor e Iluminância (FONTE: LAMBERTS,) Luminotécnica SENAI – SP 75 AUTOMAÇÃO E EMERGÊNCIA Dispositivos de Automação Os projetos de edificações residenciais no Brasil até o presente momento não são orientados, em sua maioria para a melhoria de eficiência energética, da segurança, do conforto e principalmente para o pleno emprego das possibilidades que a Automação pode proporcionar. Tal fato se deve a muitos fatores e os principais são listados a seguir: Desinformação do consumidor em relação a preços, benefícios e configurações possíveis; Falta de ferramentas de engenharia que auxiliem no projeto e na análise técnica econômica; Uma maior integração entre as grandes empresas produtoras de tecnologia da respectiva área e os profissionais. Possibilidades e justificativas técnicas para o emprego da Automação O emprego de sistemas de automação pode tornar-se um fator positivo para o emprego mais racional da energia elétrica. Automação pode assumir as funções de supervisionar, comandar, controlar e aperfeiçoar os equipamentos e sistemas da edificação permitindo que a mesma opere automaticamente segundo parâmetros pré-estabelecidos, pelo usuário. Aplicação em Sistemas de Iluminação. Uma importante aplicação dos Sistemas de Automação pode ser encontrada em dispositivos para iluminação, com o objetivo de incorporar uma utilização racional e mais eficiente nas aplicações, foram desenvolvidos atualmente por diversos fabricantes os Sensores de presença, Timer, Minuterias, Fotocélulas, Sensores de Luz e Dimerizadores que controlam a iluminação do ambiente de forma independente de outros sistemas de Automação. Luminotécnica SENAI – SP 76 SENSORES DE PRESENÇA São equipamentos que acionam a iluminação ao detectar a presença de alguém ou de alguma coisa em movimento. No mercado existem três tipos de tecnologias disponíveis: Infravermelho: sensível a fontes de calor (corpo humano); Ultrassom: emite ondas de ultrassom que são rebatidas de volta ao receptor do sensor acionando a iluminação; Dual: combina as duas tecnologias em um só equipamento. DICAS: De um modo geral pode-se afirmar que os sensores de presença tendem a ser mais econômicos que as minuterias. Contudo é sempre aconselhável realizar cálculos para comparar a economia obtida pela escolha desta ou daquela tecnologia quanto ao custo fixo de consumo, a aquisição e a manutenção durante a vida útil. Utilizar qualquer um desses sistemas com lâmpadas do tipo fluorescentes pode gerar economia de até 80% no consumo, porém, um ponto importante a ser considerado quando se opta pela instalação desses tipos de sistemas de controle é que não é aconselhável usá-los para acionar lâmpadas fluorescentes tubulares ou compactas, devido à drástica redução da vida útil das lâmpadas submetidas a um regime intenso de acendimento e desligamentos, como o que ocorre em halls de condomínios residenciais. A tecnologia LED trabalha sem problemas com os sensores de presença ou minuterias. Fonte: lampenwelt.de Luminotécnica SENAI – SP 77 TIMERS (Temporizador) O timer é um equipamento utilizado em iluminação para ligar e/ou desligar lâmpadas em horas pré-programadas. Desligar automaticamente a iluminação fora do horário de expediente As luzes fora do horário de expediente podem se limitar a iluminação de emergência (corredores, escadas). Fonte: Conrad Electronic Fonte: Extron MINUTERIAS São dispositivos elétricos que permitem manter as lâmpadas acesas temporariamente. Existem dois tipos: a eletrônica e a eletromagnética. Ambas permitem a instalação de sistemas coletivos ou individuais. Sistema coletivo Pode estar conectada uma série de lâmpadas de alguns ou de todos os andares, que serão ligadas ao mesmo tempo quando acionadas. O número de lâmpadas a serem controladas depende da capacidade da minuteria de cada fabricante e é função da soma das potencias das lâmpadas instaladas Sistema individual Este sistema é mais econômico que o coletivo e, ao contrário deste, permite ligar individualmente a iluminação (lâmpadas) de cada andar ao se acionar o botão de comando Luminotécnica SENAI – SP 78 Fonte: Margirius Fonte:Alumbra FOTOCÉLULAS Definição de fotocélula, segundo norma da ABNT TB-23/1991: “Detector de radiação ótica que utiliza a interação entre radiação e matéria, de que resulta a absorção de fótons e consequente liberação de elétrons a partir de seu estado de equilíbrio, e produzindo uma tensão, uma corrente ou uma variação de resistência elétrica, mas não incluindo outros fenômenos elétricos decorrentes da variação de temperatura”. Utilizada na maioria das vezes em áreas públicas ou externas (postes), permitindo acendimento automático da lâmpada que deve ficar acesa durante toda a noite, é um dispositivo sensível à luz e possui ajustes internos indicando valores mínimos de luz para que seus contatos elétricos permaneçam abertos até que o nível fique abaixo do estabelecido. Ao fim da tarde, esse nível é ultrapassado (luz exterior < luz mínima) e a luz elétrica é, então, acionada com o fechamento do circuito elétrico. Fonte: FOTOCELULAS - SEIN SRL Fonte: Fotocélulas Nice MOFB SENSOR DE LUZ Luminotécnica SENAI – SP 79 Equipamento muito semelhante à fotocélula. Entretanto, sua principal utilização se dá em ambientes internos, permitindo uma leitura constante do nível de luz natural próxima a aberturas laterais. Com isso, ele envia informações a centrais controladoras de origem eletrônica micro processada, que controla os diversos equipamentos auxiliares e lâmpadas a elas ligados. Esse arranjo permite, em muitos casos, controlar o fluxo luminoso de uma ou mais luminárias, proporcionando melhor uniformidade ao sistema de iluminação. Por meio da utilização de sensores LDR (do inglês Light Dependent Resistor ou em português Resistor Dependente de Luz), mesclamos a utilização de iluminação natural e artificial mantendo índices adequados de iluminação. Foto resistores (LDR) Dimmer Equipamento que permite variar o fluxo luminoso emitido pelas fontes artificiais de luz. A utilização de dimmer em lâmpadas que utilizam equipamentos auxiliares está restrita às características de construção de tais equipamentos auxiliares, quer seja reatores ou transformadores. Luminotécnica SENAI – SP 80 Definição de dimmer segundo norma da ABNT TB-23/1991: “Dimmer. Dispositivo que permite variar o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas de uma instalação de iluminação. Fonte: Olivre Fonte: Olivre Luminárias de Emergência As Luminárias de Emergência são dispositivos ideais para sinalização de segurança na falta de energia em prédios, elevadores, condomínios, empresas, lojas, podendo ser utilizadas para atividades de lazer, como camping ou pesca, servindo de luz autônoma. Em casos de emergência, como pane de automóveis, podem ser utilizadas como lanterna ou luz de segurança. No mercado brasileiro existem alguns tipos de luminárias de emergência, que ficam conectadas a rede de energia, e quando sentem o desligamento da rede elétrica,ligam automaticamente o sistema de luz. Luminotécnica SENAI – SP 81 Uma ambiente bem planejada deve dispor deste importante elemento desde o projeto elétrico até sua execução em obra. A luminária de emergência é um elemento de fácil instalação só necessita de uma tomada para ficar conectada e uma base de fixação. Atualmente existem dois modelos de luminárias de emergência compactas, as com lâmpadas led e as fluorescentes. As lâmpadas que utilizam a iluminação led têm uma durabilidade de bateria superior as que usam fluorescentes. Fonte: Luminárias LED FLC Fonte: Luminárias Fluorescente FoxLUx Módulo de iluminação de Emergência Desenvolvido para transformar luminárias já existentes em sistemas de iluminação de emergência, possuem bateria interna em geral de níquel-cádmio, e possui dimensões similares a de um reator convencional. Trabalha com lâmpadas fluorescentes compactas de quatro pinos (starter externo) ou lâmpadas tubulares de 15 a 110 W, acionadas por reatores convencionais ou eletrônicos. Em condições de emergência, as lâmpadas acedem com brilho reduzido. Pode manter acesa uma ou duas lâmpadas, dependendo do tipo de reator utilizado, e apresenta botão-teste e diodo luminoso indicador de sistema de carga ativo. Fonte: Modulo de iluminação Unitron Fonte: Modulo de iluminação Aureon
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