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Sistemas de Iluminação M e ta Apresentar os termos e definições relacionados aos sistemas de iluminação e descrever os principais conceitos utilizados em luminotécnica O b je ti v o s Ao final desta aula você deverá ser capaz de: Reconhecer as definições básicas em sistemas de iluminação Identificar e analisar os sistemas de iluminação existentes Propor medidas de conservação de energia elétrica envolvendo sistemas de iluminação Sistemas de Iluminação 1 “Faça-se a luz!” Figura 1 - Luz No início, a luz natural, gerada pelo sol, era a única fonte de iluminação dos ambientes. Na pré-história, cerca de 500 mil anos atrás, o domínio do fogo passou a representar um divisor de águas, o marco de uma grande conquista. Além de se proteger do frio, de cozinhar alimentos, de espantar animais, o homem pré-histórico utilizava o fogo para iluminar suas noites e as cavernas no momento em que deixavam suas marcas nas paredes. Ao dominar o fogo o homem deu início a história da iluminação artificial. Com o passar dos tempos, as tochas, as velas em candelabros e castiçais foram utilizadas para os mais diversos fins como, por exemplo, a iluminação pública, a iluminação de teatros, de circos como o Coliseu, iluminação de festas e também para cerimônias como bodas e até mesmo em cortejos fúnebres. Mais tarde também foram utilizados lampiões a gás e a óleo, mas esses últimos soltavam um resíduo que cobria de fuligem tudo o que estava por perto, sendo dessa forma, um utensílio inconveniente. Sistemas de Iluminação 2 Figura 2 - Homem das cavernas Figura 3 - Velas Figura 4 - Lamparina Somente na metade do século XIX começaram a surgir as descobertas sobre eletricidade. Nessa época, inventores de todas as partes buscavam a criação de um tipo de luz elétrica que fosse prática e de preço acessível à população. Como resultados de todos os estudos e pesquisas, em 21 de dezembro de 1879 Thomas Edson anunciou a invenção da lâmpada elétrica, distribuindo, dessa data em diante, luz elétrica para milhões de pessoas. O curioso a ser observado é que apesar de toda tecnologia que nos rodeia nos dias de hoje, a lâmpada incandescente moderna não mudou muito desde o tempo de sua invenção. Veja! Figura 5 - Lâmpada incandescente inventada por Thomas Edison Sistemas de Iluminação 3 Na atualidade, a iluminação deixou de ser um detalhe na vida das pessoas e passou a ser um fator essencial, seja pelo conforto ou pela segurança. Espanto é a palavra certa para expressar o que sentimos quando paramos para pensar que em um tempo, não muito distante de nós, as pessoas não dispunham dessa regalia. Você nunca passou por uma situação de falta de iluminação no meio da noite? Não é desesperador? Você ficou a procura de velas ou de uma lanterna para iluminar o ambiente onde estava? Pois bem, por esse simples exemplo você pode ter a exata noção de como a luz elétrica faz a diferença nos dias de hoje. Atualmente a iluminação é responsável por, aproximadamente, 24% do consumo de energia elétrica no setor residencial, 44% no setor comercial e serviços públicos e 1% no setor industrial. Em relação aos serviços públicos, aproximadamente dois terços são utilizados para iluminação de ruas. Vários trabalhos desenvolvidos mostram que a iluminação ineficiente é comum no Brasil. Uma combinação de lâmpadas, reatores e refletores eficientes, associados a hábitos saudáveis na sua utilização, podem ser aplicados para reduzir o consumo de energia elétrica. Clareando os conhecimentos Quando nos propomos a estudar algum assunto, invariavelmente, no início do que será estudado, nos deparamos com uma lista de definições de alguns termos que iremos encontrar no decorrer do assunto; e no tema que abordaremos aqui, não será diferente. Para que fique mais claro o desenrolar do conteúdo sobre Iluminação apresentarei para você nessa primeira parte de nossos estudos, alguns termos e algumas definições relacionadas a esse contexto. Procurarei descrever aqui, os principais conceitos utilizados em luminotécnica. Irei adiante iluminando seu caminho e espero que no final do percurso, encontremos a luz no final do túnel. A luz do conhecimento! Então vamos lá. Figura 6 - Luz no final do túnel Sistemas de Iluminação 4 Você saberia dizer o que significa absorção, relacionando esse termo ao assunto que estamos estudando? Pense sobre esse termo, apenas pense. Exercite essa sua capacidade. Pois bem, absorção é a transformação de energia radiante numa forma diferente de energia por interação com a matéria, por exemplo: transformação de energia ultravioleta em luz visível através da camada de fósforo em lâmpadas fluorescentes. Veja o esquema a seguir. Figura 7 - Transformação de energia ultravioleta em luz visível Continuando nosso assunto, também é necessário que você saiba a definição de área projetada, por isso a próxima explicação será sobre esse termo. Por exemplo, a área projetada de uma luminária, numa dada direção, é a área de projeção ortogonal (90o) da superfície luminosa, num plano perpendicular à direção específica. Unidade – m2. Para a expressão campo visual, a definição é a seguinte: campo visual do olho é a extensão angular do espaço no qual um objeto pode ser percebido, e é dado por: 50o para cima, 60o para baixo e 80o horizontalmente para cada lado. Figura 8 - Campo visual do olho Sistemas de Iluminação 5 E a expressão controlador de luz? Você sabe o que significa? Controlador de luz é a parte da luminária projetada para modificar a distribuição espacial do fluxo luminoso das lâmpadas, podendo ser do tipo refletor, refrator, difusor, lente e colmeia. Já o termo curva de distribuição luminosa (CDL) corresponde à curva que representa, em coordenadas polares, as intensidades luminosas nos planos transversal e longitudinal e, normalmente, é fornecida em candelas/ 1000 lúmens. D ic io n á ri o candelas – unidade de intensidade luminosa do Sistema Internacional, definida como a intensidade luminosa de uma fonte emitindo, numa dada direção, radiação monocromática numa freqüência de 540 x 10 12 Hz com uma intensidade de 1/683 watt por esferorradiano). Veja os exemplos a seguir: Figura 99 - Curva de distribuição luminosa transversal e longitudinal A seguir você pode observar dois exemplos de curva de distribuição luminosa (CDL). No primeiro exemplo foi utilizada a luminária tipo LCQ e no segundo a luminária LSA. Analise as curvas. Observe que elas variam de acordo com o tipo de luminária utilizada. Sistemas de Iluminação 6 Figura 100 - Curva de distribuição luminosa ou curva fotométrica - LCQ Figura 111 - Curva de distribuição luminosa ou curva fotométrica - LSA No decorrer deste assunto também podemos encontrar o termo depreciação do fluxo luminoso e esse significa a diminuição progressiva da iluminância do sistema de iluminação devido ao acúmulo de poeira nas lâmpadas e luminárias, e, decréscimo do fluxo luminoso das lâmpadas. Veja a figura que segue; ela apresenta o efeito da depreciação. Sistemas de Iluminação 7 Figura 122 - Efeito de depreciação Quanto ao difusor, este é um dispositivo colocado em frente à fonte de luz com a finalidade de reduzir as possibilidades de ofuscamento, acarretandoporém, a diminuição do rendimento do sistema de iluminação. Figura 133 - Difusor para luminária com lâmpada fluorescente A definição para eficiência luminosa (EL) de uma fonte é: o quociente do fluxo luminoso total emitido por uma fonte de luz em lúmens e a potência da lapada em Watts. Por exemplo, para uma lâmpada incandescente de 100W que produz um fluxo luminoso de 1.470 lúmens, possui uma EL de 14,7 lm/W; por outro lado, uma lâmpada fluorescente compacta de 23W, que produz um fluxo luminoso de 1500 lúmens, possui uma EL de 65,2 lm/W. Figura 144 - Fluxo luminoso Sistemas de Iluminação 8 Figura 155 - Modelo de etiqueta para lâmpadas Tabela 1 - Tabela comparativa entre as eficiências luminosas das lâmpadas em geral Analisando a tabela anterior é possível verificar que a lâmpada incandescente possui a menor eficiência luminosa, apresentando a pior classificação na etiquetagem das lâmpadas. Outra definição relacionada com a iluminação é a definição de espectro eletromagnético. O espectro eletromagnético contém uma série de radiações, que são fenômenos vibratórios, cuja velocidade (v) de propagação é constante e que diferem entre si por sua freqüência (f) e por seu comprimento de onda ( ), tal que v = f. Para o estudo da iluminação, é especialmente importante o grupo de radiações compreendidas entre os comprimentos de onda de 380 e 780 nm, pois elas são capazes de estimular a retina do olho humano. As radiações com comprimento de onda Sistemas de Iluminação 9 entre 100 e 380 nm são chamadas de radiação ultravioleta e entre 780 e 1.000 nm são chamadas de radiação infravermelho. D ic io n á ri o nanômetro (nm) – unidade de comprimento equivalente à bilionésima parte de um metro, ou 10 -9 m. Sim, isso mesmo! Eu acabei de mencionar a radiação ultravioleta, a tão famosa radiação UV. Os efeitos nocivos da luz solar são causados pelos raios ultravioletas, raios invisíveis ao olho humano. Sistemas de Iluminação 10 S a ib a M a is Raios ultravioleta Presentes na luz do sol, raios UV podem ser nocivos Autor: Alice Dantas Brites A radiação emitida pelo sol é composta por ondas eletromagnéticas de diversos comprimentos. Ao conjunto dessas ondas é dado o nome de espectro luminoso. A luz que podemos enxergar, chamada luz visível, corresponde apenas a uma pequena faixa do espectro e vai do comprimento de onda vermelho até o violeta. As ondas acima do vermelho são denominadas de raios infravermelhos e aquelas abaixo do violeta correspondem à radiação ultravioleta. Esses tipos de raios não são visíveis ao olho humano. Radiação ultravioleta e camada de ozônio A radiação ultravioleta, também conhecida pela sigla UV, pode ser subdividida em três tipos de raios, UVC, UVB e UVA, de acordo com o seu comprimento de onda. A camada de ozônio que envolve a Terra consegue absorver grande parte desses raios, impedindo que boa parte deles chegue à superfície terrestre. Essa camada protetora vem, no entanto, sendo destruída por produtos fabricados pelo homem e se tornando mais fina em diversas regiões do planeta, originando os famosos buracos na camada de ozônio. Uma das regiões mais afetadas é a Antártida, mas os Estados Unidos, a China e o Japão também já estão apresentando sinais do problema. Perigos dos raios UV Os raios UV podem causar sérios danos à saúde, como o envelhecimento precoce, o câncer de pele, problemas oculares e até mesmo alterações no sistema imunológico. Os raios UVB são responsáveis por queimaduras na pele, ou seja, por aquelas manchas vermelhas e ardidas que surgem quando vamos à praia sem protetor solar. Já os raios UVA não provocam essa reação superficial. Porém, são capazes de penetrar em camadas mais profundas. A exposição excessiva a esses raios, ao longo do tempo, danifica a pele e favorece o surgimento de câncer. Ao atingir os olhos, essa radiação pode provocar o surgimento da catarata, doença caracterizada por lesões oculares que tornam o cristalino (espécie de lente dos nossos olhos) opaco, levando à perda parcial ou total da visão. Sistemas de Iluminação 11 Os cientistas estimam que, para cada 1% de perda da camada de ozônio, pode surgir cerca de 50 mil novos casos de câncer e 100 mil problemas oftalmológicos ao redor do mundo. Protetor solar Para nos protegermos dos efeitos nocivos dos raios UV devemos tomar alguns cuidados. Um deles é evitar se expor ao sol entre dez da manhã e três da tarde, horário em que o sol é mais forte. Além disso, ao praticar atividades ao ar livre ou ao passar o dia na praia, devemos nos proteger com chapéus, óculos de sol e aplicar o protetor solar. O protetor solar atua como uma barreira química que absorve os raios UV, impedindo que eles danifiquem a pele. Protetores que formam uma camada opaca sobre o corpo atuam também como uma barreira física, refletindo a luz solar. O fator de proteção solar (FPS) indica o grau de proteção contra os raios UVB. O número do FPS indica quanto tempo você pode ficar exposto ao sol antes de começar a se queimar. Por exemplo, uma pessoa que costuma ficar vermelha depois de dez minutos de exposição, com um protetor de FPS 8 começará a se queimar após 80 minutos, com FPS 15 após 150 minutos, e assim por diante. Ao comprar um protetor solar devemos procurar produtos que ofereçam proteção tanto contra os raios UVB como contra os raios UVA, além de escolher um FPS adequado ao nosso tipo de pele. Benefícios dos raios UV Embora a exposição excessiva aos raios UV possa ser prejudicial, em pequenas quantidades ela é benéfica. Isso porque esses raios estimulam a produção de vitamina D pelo organismo. Esta vitamina promove a absorção do cálcio, mineral essencial para a boa formação de dentes e ossos. Fonte: http://educacao.uol.com.br/biologia/radiacao-ultravioleta.jhtm Sim, você também viu, em algumas páginas atrás, comentários sobre radiação infravermelha. Mas você sabe como ela atua em nossa vida? Então leia a matéria a seguir. Sistemas de Iluminação 12 F iq u e S a b e n d o Ferro de passar roupas a controle remoto. A presença do infravermelho no dia- a-dia Autor: Miguel Araújo Medeiros Quando você está assistindo um programa de TV e deseja aumentar ou diminuir o volume do som, ou até mesmo, alterar o canal, o que você faz? 1 - Você se levanta, da poltrona confortável, que estava sentado, dirige-se ao aparelho e efetua a alteração desejada? 2 - Ou estende a mão, pega o controle remoto e troca o canal ou altera o som, da maneira desejada? A maioria das pessoas prefere a segunda opção, pois pegar um controle remoto e alterar "tudo" no televisor é muito mais cômodo. Entretanto, como é possível realizar esse fato, se o controle não está ligado, fisicamente, ao televisor? Para realizar esta tarefa, o uso de uma radiação eletromagnética é empregado. A radiação liberada por um controle remoto de televisor é a infravermelha. Infravermelho é um tipo de radiação eletromagnética não ionizante. Ao interagir com a matéria, a radiação infravermelha não provoca a formação de íons, ou seja, não remove elétrons da matéria, mas provoca vibrações de algumas moléculas. O resultado da interação é o aumento da temperatura do sistema. Talvez, a radiação infravermelha seja a mais utilizada pelas pessoas. Ela é a radiação responsável pela transmissão de calor de um corpo para o outro, sem a necessidade de contato entre eles. Por exemplo, comosabemos que um ferro de passar roupas está quente sem tocá-lo? Bem, basta aproximar a nossa mão da superfície do aparelho e teremos a sensação de calor, ou seja, a superfície do ferro está quente e emitindo radiações infravermelhas, que vibrarão algumas moléculas da superfície da nossa mão. Daí, a sensação de calor. Este tipo de radiação eletromagnética possui diversas aplicações, tais como em controles remotos, alarmes, sensores de temperatura para ambientes, lasers de leitores de CD, leitor de preços de caixa de supermercado, binóculos e câmeras de visualização noturna, ou seja, aparelhos sensíveis a radiações que não conseguimos visualizar ao olho nu, além de uso na medicina, com geração de termo-imagem, ou seja, imagens que mostram a distribuição de calor pelo corpo. No caso do controle remoto, cada botão emite um sinal de radiação diferente que, por sua vez, é reconhecido por um sensor no aparelho de televisão. Fonte: http://www.quiprocura.net/infraferro/index.html Sistemas de Iluminação 13 Continuando nossa definição dos termos, chegamos ao termo fator de manutenção (Fm), ou seja, é a razão da iluminância média obtida sob as mesmas condições da instalação nova. Os valores médios estão apresentados na tabela seguinte: Tabela 2 – Fatores de manutenção Período de uso sem limpeza (meses) Ambiente limpo Ambiente médio Ambiente sujo 0 1,00 1,00 1,00 2 0,97 0,92 0,85 4 0,95 0,87 0,76 6 0,93 0,85 0,70 8 0,92 0,82 0,66 10 0,91 0,80 0,63 12 0,90 0,78 0,61 14 0,89 0,77 0,59 16 0,88 0,76 0,57 18 0,87 0,75 0,56 20 0,86 0,74 0,54 Quanto ao fator de utilização (Fu), temos a seguinte definição: é a razão do fluxo utilizado pelo fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas. É um índice da luminária e influi no rendimento desta. Por exemplo, uma luminária para lâmpada fluorescente com fator de utilização de 0,82, com uma lâmpada que produz um fluxo luminoso de 3.100 lúmens, fornecerá um fluxo utilizado de 2.542 lúmens. Já o termo fluxo luminoso ( ) significa quantidade de luz produzida pela lâmpada, emitida pela radiação, de acordo com a sua ação sobre um receptor seletivo, cuja sensibilidade espectral é definida pelas eficiências espectrais padrão. Ou seja, é a energia radiante que afeta o olho nu durante 1 segundo, Unidade: lúmen – lm. Sistemas de Iluminação 14 Figura 166 - Fluxo luminoso E iluminância (E)? O que é? Já citei esta palavra antes, você deve ter ficado curioso em saber. A iluminância (E) é definida como o fluxo luminoso, incidente por unidade área iluminada, ou ainda, em um ponto de uma superfície, a densidade superficial de fluxo luminoso recebido. dS d S E S 0lim A unidade de medida usual é o lux, definido como a iluminância de uma superfície plana, de área igual a 1m2, que recebe, na direção perpendicular, um fluxo luminoso igual a 1lm, uniformemente distribuído. Figura 177 - Iluminância Considerando agora ambientes de trabalho, a iluminância média para cada tarefa não pode estar abaixo dos valores recomendados pela norma ABNT NBR Sistemas de Iluminação 15 ISO/CIE 8995-1:2013 independentemente da idade e condições da instalação. Os valores são válidos para uma condição visual normal e são levados em consideração os seguintes fatores: - requisitos para a tarefa visual, - segurança, - aspectos psico-fisiológicos assim como conforto visual e bem estar, - economia, - experiência prática. ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013 Os valores de iluminância podem ser ajustados em pelo menos um nível na escala da iluminância, se as condições visuais forem diferentes das assumidas como normais. Convém que a iluminância seja aumentada quando: - contrastes excepcionalmente baixos estão presentes na tarefa; - o trabalho visual é crítico; - a correção dos erros é onerosa; - é da maior importância a exatidão ou a alta produtividade; - a capacidade de visão dos trabalhadores está abaixo do normal; - A iluminância mantida necessária pode ser reduzida quando: - os detalhes são de um tamanho excepcionalmente grande ou de alto contraste; - a tarefa é realizada por um tempo excepcionalmente curto. Em áreas onde um trabalho contínuo é realizado, a iluminância mantida não pode ser inferior a 200 lux. Sistemas de Iluminação 16 Falando agora do índice de reprodução de cor (IRC), no sistema internacional de medidas, ele é um número de 0 a 100 que classifica a qualidade relativa de reprodução de cor de uma fonte, quando comparada com uma fonte padrão de referência da mesma temperatura de cor. O IRC identifica como as cores dos objetos e pessoas serão percebidas quando iluminados pela fonte de luz em questão. Quanto maior o IRC, melhor será o equilíbrio entre as cores. A intensidade luminosa (IL) de uma fonte, numa dada direção, é o quociente do fluxo luminoso saindo da fonte, propagado num elemento de ângulo sólido, contendo a direção dada e o ângulo sólido. Unidade: candela – cd. Figura 18 - Intensidade luminosa Quanto à luminância (L) esta é a intensidade luminosa produzida ou refletida por uma superfície existente. 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 complemento à determinação das iluminâncias (lux) do ambiente, a fim de evitar ofuscamento. Unidade: candela por metro quadrado – cd/m2. Sistemas de Iluminação 17 Figura 19 - Luminância de uma superfície Figura 180 – Superfície aparente e superfície iluminada Símbolo = L Unidade = cd/ m2 Candela/ m2 (L) = l/S x Cos Relacionado ao assunto iluminação, existe um instrumento utilizado para a medição de iluminâncias em ambientes com a iluminação natural e/ou artificial. Este instrumento é chamado luxímetro. I E L Sistemas de Iluminação 18 Com relação à mortalidade de lâmpadas, podemos definir essa expressão como o número de horas de funcionamento das lâmpadas antes que certa percentagem delas deixe de funcionar. Esse funcionamento depende do número de vezes que se acendem e apagam as lâmpadas em um dia. Figura 191 - Gráfico de desempenho das lâmpadas fluorescentes Quanto ao ofuscamento, este é um efeito de uma luz forte no campo de visão do olho. Pode provocar sensação de desconforto e prejudicar o desempenho visual nas pessoas neste ambiente. Pode ser considerado direto, quando o ofuscamento ocorre através da luminária/lâmpadas, ou indireto, quando a luz refletida em determinadas superfícies retorna aos olhos dos utilizadores desse ambiente. O ofuscamento direto pode ser neutralizado utilizando-se acessórios nas luminárias como, por exemplo, difusores. Já para o ofuscamento indireto deve-se redimensionar o projeto luminotécnico, pois é causado pelo excesso de luz no ambiente. Figura 202 - Ofuscamento de uma luminária Sistemas de Iluminação 19 Veja a reportagem que segue, ela apresenta um exemplo bastante comum sobre ofuscamento. Im p o rt a n te Entenda como os faróis xenon podem afetar a visão Solução para alguns, transtorno para os demais Por Virgilio Centurion - Oftalmologia Conforto, maior claridade e visibilidade é o que buscam os condutores de veículos com faróis xenon. O problema é que a solução para o problema de alguns, virou um transtorno para osdemais motoristas. São crescentes as queixas de motoristas que sofrem com uma verdadeira explosão luminosa vinda da direção oposta. A demanda pelos faróis de gás xenônio surgiu na virada da década, quando os primeiros automóveis importados com esse equipamento chegaram ao Brasil. Em pouco tempo, os kits começaram a surgir nas lojas, a preços exorbitantes. Hoje, há produtos bem mais acessíveis no mercado e o xenon se democratizou. É visto em carros populares, em picapes de luxo... O mercado nacional está repleto de lâmpadas "tipo xenon". As que emitem facho branco são permitidas, já a luz azul é proibida. Para normatizar a instalação destes equipamentos e garantir a segurança dos condutores, a Resolução 294 do Conselho Nacional de Trânsito (Contran) regulamentou o uso dessas lâmpadas poderosas. A norma que foi publicada no dia 17 de outubro de 2008, está em vigor desde 1º de janeiro de 2009. Agora, carros com xenon deverão ter sistemas de lavagem dos faróis e ajuste automático do facho luminoso ligado à suspensão, ou seja, a direção da luz será sempre corrigida para evitar ofuscamento de quem trafega em sentido oposto. O problema da lâmpada xenon está em sua intensidade da luz, calculada em lúmens. O facho emitido por uma lâmpada convencional, halógena, é de 1.000 lúmens. A resolução do Contran se baseia nesta medição: em nenhum momento do texto, o Conselho menciona o xenon. Porém, para este tipo de lâmpada gerar o facho na cor permitida por lei - no caso, branca - é preciso que a luminosidade seja de, aproximadamente, 3.000 lúmens. Como o custo para a adaptação às novas regras é muito alto, apenas faróis instalados nas linhas de montagem das fábricas de automóveis têm condições de atender à nova norma. Com isto, os legisladores esperam que a festa de luzes desreguladas se acabe. Sistemas de Iluminação 20 Luz que afeta a segurança no trânsito Ao combinar lâmpadas de xenon com faróis convencionais, fica a impressão de que o motorista está sempre andando com a luz alta ligada. A luminosidade difusa do xenon direciona o facho luminoso a regiões inadequadas. Na maioria dos casos, isso causa forte ofuscamento dos motoristas que circulam no sentido contrário, podendo provocar graves acidentes. O farol com iluminação irregular é uma ameaça ao trânsito. O motorista que vier no contrafluxo de movimento pode ficar encandeado com a luminosidade do xenon, porque esta é uma luz bem mais intensa do que uma luz normal. Com esse ofuscamento, ele pode ficar de um a três segundos sem conseguir enxergar bem, o que pode ser o suficiente para causar um acidente. Dirigir à noite com segurança Juntamente com o ofuscamento causado pelos faróis dos outros veículos, a incapacidade de enxergar a certa distância são as principais queixas de quem dirige à noite. Os cones e os bastonetes são as principais células da visão. Os cones, no centro da retina, garantem a nitidez de imagens e cores. Já os bastonetes, na periferia dos olhos, proporcionam imagens com ângulos mais abrangentes, embora pouco detalhadas. O desconforto de muitas pessoas com a direção noturna pode ser explicado pela falta dos detalhes nas imagens. Isso porque os cones funcionam bem apenas com iluminação. Motoristas com fotofobia também sofrem com o ofuscamento. Eles são muito mais sensíveis à luz e os faróis atrapalham demais. Para evitar o incômodo do ofuscamento, recomendamos o uso de óculos especiais. Lentes com filtros amarelos aumentam o contraste à noite, acentuando as imagens e separando melhor os estímulos luminosos. Fonte: http://yahoo.minhavida.com.br/materias/saude/Entenda+como+os+farois+xenon+podem+ afetar+a+visao.mv Já o reator é o equipamento que limita a corrente em uma lâmpada fluorescente e também fornece a tensão adequada para dar partida na lâmpada. Pode ser do tipo eletromagnético ou eletrônico, com partida rápida ou convencional, e com alto ou baixo fator de potência. Sistemas de Iluminação 21 O starter é um equipamento que fecha o circuito de partida convencional da lâmpada fluorescente para aquecer os filamentos, e depois abre o circuito para a partida da lâmpada. Os filamentos nas extremidades da lâmpada são aquecidos pela passagem de corrente elétrica e criam, internamente, uma nuvem de elétrons. O starter é uma chave temporizada que abre após um ou dois segundos. Ao abrir, a tensão sobre o tubo permite que os elétrons fluam pelo tubo e ionizem o vapor de mercúrio. Figura 213 - Funcionamento de um STARTER Sobre a temperatura de cor correlata (TCC), esse é um termo usado para descrever a cor de uma fonte de luz. A TCC é medida em Kelvin, variando de 1.500K, cuja aparência é laranja/vermelho até 9.000K, cuja aparência é azul. As lâmpadas com TCC maior que 5.300K são chamadas de aparência “fria”, as lâmpadas com TCC menores que 3.300K são de aparência “quente” e as lâmpadas com TCC entre 3.300 e 5.300K são chamadas de aparência “intermediária”. Veja a matéria que segue, ela esclarecerá algumas dúvidas que você ainda possa ter sobre a temperatura de cor correlata (TCC). Sistemas de Iluminação 22 M u lt im íd ia Você já ouviu falar da Teoria da Cor? Não? Então esta é a chance de conhecer um estudo interessantíssimo para nosso assunto e para enriquecer seu conhecimento. Acesse e confira! http://www.fotografarvenderviajar.com/aprendendo/teoria-da-cor-a-cor-e-suas- propriedades-parte1 http://www.fotografarvenderviajar.com/aprendendo/teoria-da-cor-a-cor-e-suas- propriedades-parte2 Quando falamos sobre vida mediana nominal (horas) estamos mencionando que isso corresponde ao valor no qual 50% de uma amostra de lâmpadas ensaiadas se mantém acesas sob condições controladas em laboratório. As lâmpadas que são operadas além da vida mediana informada podem mostrar alguns indícios de fatores de idade, como arco instável (sinal normal no fim da vida), manchas brancas no bulbo, baixa emissão de luz, etc. Por tanto, a medida a ser tomada quando as lâmpadas atingirem a vida mediana indicada é a substituição das mesmas, pois assim elas manterão uma qualidade constante de iluminação. Na segunda parte de nossos estudos, analisaremos as características das principais lâmpadas utilizadas em sistemas de iluminação. O primeiro tipo de lâmpadas que iremos considerar serão as Lâmpadas Incandescentes. Lâmpadas Incandescentes Figura 224 - Lâmpada incandescente comum Sistemas de Iluminação 23 Funcionamento A iluminação incandescente resulta da incandescência de um filamento, normalmente de tungstênio, percorrido por corrente elétrica, devido ao seu aquecimento, quando este é colocado no vácuo ou em meio gasoso apropriado. Características construtivas Uma lâmpada incandescente é composta pelos seguintes elementos: Figura 235 - Lâmpada incandescente - Bulbo: serve para isolar o filamento do meio externo, proteger o conjunto interno, alterar a iluminância da fonte de luz e também como decoração para o ambiente. As lâmpadas incandescentes são construídas normalmente de vidro-cal, tipo de vidro macio e com baixa temperatura de amolecimento, de vidro boro-silicato, tipo duro que resiste a altas temperaturas, ou ainda de vidro pirex que resiste a choques térmicos. - Filamento: para que o filamento possa emitir luz, eficientemente, deverá possuir um elevado ponto de fusão e baixa evaporação. Os filamentos são, atualmente, construídos de tungstênio trefilado, pois apresentam um ponto de fusão de 3.655K, além de possuírem uma boa resistência mecânica e ductilidade. - Meio interno: paradiminuir a evaporação e a oxidação do filamento das lâmpadas incandescentes, antigamente, era feito o vácuo no interior destas, ou seja, retirada de todo o oxigênio. Hoje, é utilizado como meio interno, gases inertes, como por exemplo, uma mistura de argônio e nitrogênio e em alguns casos criptônio. Sistemas de Iluminação 24 - Base: têm como função fixar a lâmpada mecanicamente ao seu suporte e fazer conexão elétrica. Vida mediana A vida mediana de uma lâmpada é considerada pelo seu trabalho em condições nominais, ou seja, na tensão nominal e temperatura ambiente. Assim, uma lâmpada incandescente para uso geral possui uma vida mediana de 1.000 horas. Eficiência luminosa Sabe-se que a eficiência luminosa é determinada por P . Considerando que uma lâmpada incandescente de 200W possui um fluxo luminoso de aproximadamente 3.400 lm, a mesma irá apresentar uma eficiência luminosa de: Wlm /17 200 400.3 Com o objetivo de melhorar a eficiência das lâmpadas incandescentes, os Ministros de Estado de Minas e Energia, da Ciência e Tecnologia e do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior; regulamentaram a Portaria Interministerial Nº 1.007, de 31 de dezembro de 2010, que define os níveis mínimos de eficiência energética de lâmpadas incandescentes. Aplicações As lâmpadas incandescentes são utilizadas em iluminação residencial e de pequenas áreas. Devido à sua baixa eficiência luminosa, recomenda-se evitar a sua utilização. Sistemas de Iluminação 25 Existem alguns tipos de lâmpadas incandescentes que são utilizadas para aplicações específicas como, por exemplo, aparelhos domésticos, painéis de sinalização e decorativos. Lâmpadas Halógenas Figura 246 - Lâmpada halógena Figura 257 - Lâmpada halógena em retroprojetor As lâmpadas halógenas pertencem à família das lâmpadas incandescentes de construção especial, pois contêm halogênio adicionado ao gás criptônio, e funcionam sob o princípio de um ciclo regenerativo que tem como funções evitar o escurecimento, aumentar a vida mediana e a eficiência luminosa da lâmpada. Em uma lâmpada incandescente normal, a alta temperatura do filamento causa evaporação das partículas de tungstênio, que se condensam nas paredes internas do bulbo e causam seu escurecimento. Nas lâmpadas halógenas, a temperatura do bulbo é suficientemente alta para evitar a condensação do tungstênio evaporado. Sistemas de Iluminação 26 Figura 28 - Componentes de uma lâmpada halógena A lâmpada halógena possui uma vida mediana e uma eficiência luminosa um pouco maiores do que a incandescente comum. Devido ao fato de apresentarem um fluxo luminoso maior e uma melhor reprodução de cores, suas aplicações são diversas como: iluminação de fachadas, áreas de lazer e de estacionamentos, artes gráficas, teatros e estúdios de TV, máquinas fotocopiadoras, filmadoras, faróis de automóveis, entre outras. Lâmpadas de Descarga Figura 29 - Lâmpadas de descarga Funcionamento Conforme apresentada anteriormente, em uma lâmpada incandescente, a luz é produzida pelo aquecimento de um filamento. No caso de uma lâmpada de descarga, a luz é produzida por uma descarga elétrica contínua em um gás ou vapor ionizado, às vezes, combinado com fósforo depositado no bulbo que, excitado pela radiação de descarga, provocam uma luminescência. Uma lâmpada de descarga funciona com equipamento auxiliar (reator e em alguns casos um ignitor) ligado ao seu circuito elétrico. O reator tem como função Sistemas de Iluminação 27 limitar a corrente da lâmpada e o ignitor, ajudar a produzir a tensão necessária para o início da descarga elétrica. Após a ignição acontece a estabilização do gás, dependendo do tipo de lâmpada, pode demorar mais ou menos tempo. Durante este tempo o fluxo luminoso aumenta até que a lâmpada atinja seu valor nominal. As lâmpadas de descarga são divididas em lâmpadas de baixa e alta pressão sendo: - lâmpadas de alta pressão: mercúrio, sódio, mista e vapores metálicos; - lâmpadas de baixa pressão: mercúrio (fluorescente) e sódio baixa pressão. De uma maneira geral são utilizadas em iluminação residencial, comercial e de grandes áreas. Características construtivas - Meio interno: as lâmpadas de descarga possuem, internamente, gases ou vapores que podem variar de acordo com o tipo de lâmpada. Os gases utilizados com maior freqüência são o argônio, o neônio, o xenônio, o hélio ou o criptônio e os vapores de mercúrio e de sódio muitas vezes com alguns aditivos. - Tubo de descarga: onde é feita a composição dos gases e vapores e onde ocorre a descarga elétrica. Apresenta normalmente a forma tubular e é constituída por materiais diferentes, conforme o tipo de lâmpada. - Eletrodos: são normalmente feitos de tungstênio espiralado de forma helicoidal, contendo um material emissivo (óxido de bário ou estrôncio) que facilita a emissão dos elétrons. É fixado à base da lâmpada através de uma ligação hermética (selo). - Bulbo externo: tem por função proteger o tubo de descarga, que é colocado em seu interior, contra influências externas. O bulbo é cheio de um gás inerte (nitrogênio) ou opera a vácuo e, pode ser internamente coberto com uma camada difusora ou de fósforo para melhorar a reprodução de cores, além de absorver a radiação ultravioleta Sistemas de Iluminação 28 emitida pelas lâmpadas. A lâmpada fluorescente não possui bulbo externo, sendo que o próprio tubo de descarga tem essa função. Lâmpadas Fluorescentes Figura 30 - Lâmpadas fluorescentes São lâmpadas de descarga de baixa pressão, onde a luz é produzida por pós fluorescentes que são ativados pela radiação ultravioleta da descarga. A lâmpada possui, normalmente, o formato do bulbo tubular longo com um filamento em cada extremidade, contendo vapor de mercúrio em baixa pressão com uma pequena quantidade de gás inerte para facilitar a partida. O bulbo é recoberto internamente com um pó fluorescente ou fósforo que, compostos, determinam a quantidade e a cor da luz emitida. Figura 31 – Interior de uma lâmpada fluorescente Sistemas de Iluminação 29 As lâmpadas fluorescentes podem ainda possuir os eletrodos (catodos) quentes com ou sem pré-aquecimento ou frios. No caso do catodo quente com pré- aquecimento, a lâmpada necessita de um reator e de um starter. Na de catodo quente sem pré-aquecimento, é necessário apenas um reator de construção especial. As de catodo frio também utilizam somente um reator de construção especial. O starter é um dispositivo que consiste em um pequeno bulbo de vidro que contém em seu interior gás argônio ou neônio e dois eletrodos, um fixo e o outro uma lâmina bimetálica em forma de curva. O reator é constituído por uma bobina de fio de cobre esmaltado e por um núcleo de lâminas de material ferromagnético prensadas. Existem atualemente, reatores eletrônicos modernos que proporcionam maior economia de energia e menor manutenção, além de serem mais leves e de pequenas dimensões. O esquema de ligação de uma lâmpada fluorescente de catodo quente pré-aquecido é apresentado a seguir: Figura32 - Componentes de uma lâmpada fluorescente As lâmpadas fluorescentes de catodo quente e partida rápida diferem das de catodo quente com pré-aquecimento por terem eletrodos de construção especial, que são aquecidos continuamente, desde a partida, por bobinas de baixa tensão que são incorporadas ao reator. Para possibilitar sua partida é necessária uma fitade ignição externa à lâmpada, normalmente constituída pela luminária metálica devidamente aterrada. Sistemas de Iluminação 30 O reator de construção especial funciona no período de partida como um autotransformador, elevando a tensão da rede elétrica até se iniciar o arco elétrico no interior do bulbo. Figura 33 - Circuito de ligação da lâmpada fluorescente de catodo quente e partida rápida Lâmpadas Fluorescentes Compactas Figura 34 - Lâmpadas fluorescentes compactas São lâmpadas fluorescentes de tamanho reduzidas, criadas para substituir com vantagens as lâmpadas incandescentes em várias aplicações. Estão disponíveis em várias formas e tamanhos podendo vir com o conjunto de controle incorporado ou não, e ainda com bases tipo rosca ou pino. Suas vantagens, em relação às incandescentes, estão, principalmente, no fato de apresentarem o mesmo fluxo luminoso com potências menores, o que gera uma economia de energia de até 80%, uma vida mediana maior, além de possuírem uma boa definição de cores. Sistemas de Iluminação 31 Figura 35 - Componentes de uma lâmpada fluorescente compacta F iq u e S a b e n d o Fontes de luz As lâmpadas fluorescentes são uma aplicação de iluminação de um tubo de descarga no gás. A luz negra é essencialmente uma lâmpada fluorescente sem revestimento de fósforo. Ela emite luz ultravioleta que faz os fosforosos de fora da lâmpada emitam luz visível. Figura 26 - Iluminação As luzes de neon são lâmpadas de descarga contendo gases, como o neon. Elas liberam luz visível e colorida quando o gás é estimulado por elétrons e íons. A iluminação de rua, em muitos casos, usa um sistema similar com tipos de gases diferentes. Fonte: www.hsw.uol.com.br Vida mediana e eficiência luminosa A eficiência luminosa de uma lâmpada fluorescente é maior em comparação com as incandescentes, conforme mostram abaixo os cálculos para lâmpadas Sistemas de Iluminação 32 incandescentes de 100W e fluorescente compacta de 23W, que produzem respectivamente 1.470 e 1.520 lúmens: - fluorescente compacta: Wlm P /66 23 520.1 - incandescente: Wlm P /15 100 470.1 A vida mediana das lâmpadas fluorescentes é considerada em função de seu tipo, ou seja: - lâmpadas de catodo quente = 7.500 a 20.000 horas - lâmpadas compactas = 3.000 a 12.000 horas Com o objetivo de melhorar a eficiência das lâmpadas fluorescentes compactas, os Ministros de Estado de Minas e Energia, da Ciência e Tecnologia e do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior; regulamentaram a Portaria Interministerial Nº 1.008, de 31 de dezembro de 2010, que define os níveis mínimos de eficiência energética de lâmpadas fluorescentes compactas. Lâmpadas a Vapor de Mercúrio de Alta Pressão Consta basicamente de um bulbo de vidro duro, que contém em seu interior um tubo de descarga feito de quartzo para suportar altas temperaturas. Possui em seu interior argônio e mercúrio que, quando vaporizado, produzirá o efeito luminoso. Em cada uma de suas extremidades possui um eletrodo principal de tungstênio. Junto a um dos eletrodos principais existe um eletrodo auxiliar ligado em série com um resistor de partida que se localiza na parte externa do tubo de descarga. No interior do bulbo externo é colocado gás inerte na pressão atmosférica, para estabilizar a lâmpada mantendo-a em temperatura constante. Sistemas de Iluminação 33 Figura 277 - Lâmpada a vapor de mercúrio de alta pressão A distribuição de cores na composição do espectro do fluxo luminoso desta lâmpada é pobre (luz branca azulada com emissão na região visível nos comprimentos de onda de amarelo, verde e azul, faltando o vermelho), porém, o tubo de descarga emite uma quantidade considerável de energia ultravioleta. Torna-se então necessário fazer uma correção de cor nesta lâmpada, visando aumentar a cor vermelha. Isso é feito através da transformação da radiação ultravioleta em luz vermelha, adicionando-se uma camada de fósforo no bulbo. Assim como a fluorescente, a lâmpada a vapor de mercúrio também necessita de um reator para que este forneça tensão necessária na partida e limite a corrente normal de operação. Vida mediana e eficiência luminosa A vida mediana de uma lâmpada a vapor de mercúrio de alta pressão é superior a 15.000 horas com 30% de depreciação do fluxo luminoso no período, e sua eficiência luminosa pode ser calculada, por exemplo, para uma lâmpada de 400W que produz 22.000 lúmens como: Wlm P /55 400 000.22 Sistemas de Iluminação 34 Comparando-a com as lâmpadas incandescentes e fluorescentes que apresentam respectivamente uma eficiência luminosa média de 15 e 66 lm/W, pode-se concluir que a fluorescente é a que apresenta uma melhor eficiência luminosa. Figuras 38 e 39- Iluminação de monumentos e fachadas As lâmpadas de vapor de mercúrio são utilizadas e iluminação pública, industrial interna e externa (cor corrigida), em iluminação de fachadas de prédios, monumentos e jardins (tubular de vidro claro). Estas lâmpadas devem ser instaladas em locais que possuam um pé direito (altura) superior a 4 metros para não produzir ofuscamento para as pessoas. Lâmpadas a Vapor Metálicas Figura 280 - Iluminação em estádio de futebol Características construtivas Sistemas de Iluminação 35 Com a popularização das lâmpadas a vapor de mercúrio sob alta pressão e o aperfeiçoamento da tecnologia, surgiram as lâmpadas de vapor de mercúrio com iodetos metálicos, ou simplesmente, lâmpadas de vapor metálico. As lâmpadas de vapor metálico são semelhantes com as lâmpadas de vapor de mercúrio, com exceção da presença de iodetos metálicos, pelo seu maior desempenho, e pela possibilidade de variação da coloração da lâmpada em função da seleção dos iodetos metálicos presentes dentro do tubo de descarga. Esta lâmpada possui um revestimento de alumina nas extremidades do tubo de descarga, cujo objetivo é refletir o calor produzido pela descarga para os eletrodos, impedindo a condensação dos iodetos no interior do tubo de descarga da lâmpada. A lâmpada de vapor metálico opera em conjunto com um reator, que irá produzir picos de alta tensão para a ignição. Existe no mercado versões que possuem eletrodo auxiliar tornando desnecessária a geração de pulsos de alta tensão, ou ainda, modelo contendo um ignitor interno tipo starter. Figura 291 - Lâmpada de vapor metálico; revestida, com eletrodo auxiliar e com tubo de descarga cerâmico Vida mediana e eficiência luminosa A vida mediana de uma lâmpada a vapor metálico está na ordem de 15.000 horas com 30%de depreciação do fluxo luminoso no período, e sua eficiência luminosa pode ser calculada, por exemplo, para uma lâmpada de 400W que produz 36.000 lúmens como: Sistemas de Iluminação 36 Wlm P /90 400 000.36 Comparando-a com a lâmpada de vapor de mercúrio apresentada no item anterior, que possui uma eficiência luminosa de 55lm/W, pode-se concluir que a vapor metálico apresenta uma melhor eficiência luminosa. As lâmpadas de vapor metálico possuem um grande número de aplicações, a se destacar a iluminação de lojas de departamentos, estádio de futebol, monumentos, indústrias, iluminação residencial, e até para iluminação automotiva, com as lâmpadas de xenônio, que são lâmpadas de vapor metálico com atmosfera de xenônio, capazes de acenderinstantaneamente. Lâmpadas Mistas Características Construtivas São idênticas às lâmpadas a vapor de mercúrio de alta pressão, diferenciando- se apenas por possuírem um filamento montado ao redor do tubo de descarga e ligado em série com este. Figura 302 - Lâmpada mista Seu funcionamento é similar ao da lâmpada vapor de mercúrio, porém, a lâmpada mista não necessita de reator para funcionar, pois o filamento além de emitir a energia luminosa, funciona também como elemento de estabilização da lâmpada. Sistemas de Iluminação 37 A luz produzida por essa lâmpada é de cor branca difusa, derivada da lâmpada vapor de mercúrio de alta pressão e da luz de cor quente da incandescente, o que dá uma aparência agradável. Vida mediana e eficiência luminosa A vida mediana de uma lâmpada mista é superior a 6.000 horas com 30% de depreciação do fluxo luminoso no período e, sua eficiência luminosa pode ser calculada para uma lâmpada de 250W que produz 5.500 lúmens como: Wlm P /22 250 500.5 Sendo, portanto, mais eficiente apenas que a lâmpada incandescente, com isso, a sua utilização deve ser evita. Por apresentarem boa reprodução de cores podem ser usados em vias públicas, jardins, praças, estacionamentos, comércio em geral e na modernização de instalações feitas com lâmpadas incandescentes. Quanto à altura de montagem tem a mesma restrição das lâmpadas a vapor de mercúrio de alta pressão, ou seja, devem ser instaladas em locais onde o pé direito for superior a 4 metros. Lâmpada a Vapor de Sódio As lâmpadas a vapor de sódio podem ser divididas em duas classes: as de baixa pressão e as de alta pressão, conforme apresentados a seguir: Lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão Constituída de um tubo de descarga em forma de U, com um eletrodo em cada extremidade, e cheios de gás argônio e neônio em baixa pressão para facilitar a partida, contendo também sódio metálico que irá se vaporizar durante o funcionamento. O conjunto é protegido por um invólucro de vidro tubular no qual existe vácuo, coberto na superfície interna por óxido de índio, que funciona como um refletor infravermelho, mantendo a parede do tubo de descarga na temperatura de funcionamento apropriada. Sistemas de Iluminação 38 Figura 313 - Lâmpada a vapor de sódio de baixa pressão A descarga elétrica na partida inicia-se com o gás neônio, que provoca a produção de um pequeno fluxo luminoso de cor rosa e elevação da temperatura, o que causa uma progressiva vaporização do sódio. A lâmpada atinge sua condição normal de funcionamento em aproximadamente 15 minutos, produzindo um fluxo luminoso de cor amarelada, devido à descarga no vapor de sódio. A vida mediana de uma lâmpada a vapor de sódio de baixa pressão é superior a 15.000 horas com depreciação de 30% do fluxo luminoso no período e sua eficiência luminosa é da ordem de 200lm/W, portanto, maior do que todas as lâmpadas apresentadas anteriormente. Devido ao fato de sua luz ser monocromática, sua aplicação fica limitada a locais em que não é necessário um alto índice de reprodução de cores, ou seja, auto- estradas, portos, pátios de manobras, entre outras. Lâmpadas a vapor de sódio de alta pressão Seu formato é similar ao da lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão, diferenciando-se apenas pelo formato do tubo de descarga que é comprido, estreito e feito de óxido de alumínio sintetizado translúcido (material cerâmico que suporta altas temperaturas, pois no tubo de descarga dessa lâmpada pode-se atingir 1.000oC) onde é colocado xenônio para iniciar a partida, mercúrio para corrigir a cor e sódio em alta pressão, além de possuir em cada uma de suas extremidades um eletrodo principal feito de nióbio. O tubo de descarga é colocado dentro de um bulbo externo onde é produzido o vácuo entre eles visando diminuir a perda de calor externo, além de aumentar a pressão no tubo de descarga e a eficiência luminosa da lâmpada. Sistemas de Iluminação 39 Figura 324 - Lâmpada a vapor de sódio de alta pressão Seu funcionamento é similar ao das lâmpadas de descarga de modo genérico, frisando-se apenas que necessita de tensões altas para a partida em função da geometria do tubo de descarga e, portanto, é necessário o uso de um ignitor. Essas lâmpadas demoram cerca de 3 a 4 minutos para atingir seu brilho máximo, e neste tempo, existem várias mudanças das cores emitidas devido à composição dos gases internos, até chegar a sua cor branca-dourada. A vida mediana de uma lâmpada a vapor de sódio de alta pressão é superior a 24.000 horas com 25% de depreciação do fluxo luminoso no período e sua eficiência luminosa é da ordem de 120lm/W, menor que sua similar de baixa pressão. Pelo fato de possuírem uma propriedade de cor mais agradável que as de baixa pressão, encontram um número maior de aplicações, sendo usadas em vias públicas, ferrovias, áreas de estacionamento, e todo tipo de iluminação externa, bem como em iluminação interna de indústrias. Pode ser encontrada nas versões com bulbo oval, no caso com camada difusora na parede interna ou bulbo tubular de cor clara. Devem também ser instaladas em locais cujo pé direito seja superior a 4 metros. Sistemas de Iluminação 40 Figura 335 - Gráfico comparativo entre as lâmpadas mais comuns Diodos emissores de luz (LEDs) Os diodos emissores de luz (LEDs) são componentes semicondutores que convertem corrente elétrica em luz visível. Com tamanho bastante reduzido, o LED oferece vantagem através de seu desenvolvimento tecnológico, tornando-o numa alternativa real na substituição das lâmpadas convencionais. Diferentemente do que ocorre com a lâmpada incandescente, que abrange todo espectro de cores o LED é monocromático, gerando apenas uma única cor, que depende do tipo de material utilizado, como por exemplo, galênio, arsênio e fósforo. Figura 346 – LED encapsulado na cor vermelha Os LEDs estão disponíveis em encapsulado comerciais de 3mm, 5mm e 10mm nas cores vermelho, verde, laranja, azul, branco entre outros. Os LEDs de alto brilho mais encontrados no mercado são azul, branco, vermelho e verde. A eficiência do LED aumentou consideravelmente e atualmente, dependendo da cor, chega a 70 lm/W. Esta alta eficiência foi obtida devido às melhorias no processo produtivo e ao avanço tecnológico, com tendência de aumentar rapidamente nos próximos anos. Sistemas de Iluminação 41 A tecnologia LED está sendo produzida com custos cada vez menores e está sendo utilizada em iluminação para diversas aplicações, como por exemplo, residencial, comercial, sinalização e orientação (degraus e escadas), letreiros luminosos, iluminação de piso, balizamento, etc. Figura 357 - Funcionamento de lâmpada de LED Os LEDs apresentam alguns benefícios conforme listados a seguir: - longa durabilidade (pode-se obter até 50.000 horas de funcionamento); - alta eficiência luminosa; - variedade de cores; - dimensões reduzidas; - alta resistência a choques e vibrações; - não gera radiação ultravioleta e infravermelha; - baixo consumo de energia e pouca dissipação de calor; - redução nos gastos de manutenção, permitindo a sua utilização em locais de difícil acesso; - permite dimerização; - possibilidade de utilização com sistemas fotovoltaicos em locais isolados. Sistemas de Iluminação 42 F iq u e S a b e n d o LEDs orgânicos superam eficiência das lâmpadas fluorescentes Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2009 Pesquisadoresda Universidade de Tecnologia de Dresden, na Alemanha, fabricaram LEDs orgânicos que superam por larga margem as lâmpadas fluorescentes na emissão de luz branca. O material ainda está em fase de laboratório e tem o potencial para atingir eficiências ainda maiores. LEDs orgânicos Os LEDs orgânicos - ou OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) - são semicondutores feitos com películas finíssimas superpostas de materiais à base de carbono. Eles emitem luz de forma difusa ao longo de todo o material, o que significa que eles criam não um ponto emissor de luz, mas uma área totalmente iluminada. Combinando o formato do OLED com a cor da luz emitida, os LEDs orgânicos deverão criar oportunidades totalmente novas de iluminação, como painéis, paredes ou tetos iluminados por igual e que poderão ser personalizados ao gosto de cada pessoa. Além disso, eles permitirão grande economia de energia porque são mais eficientes na conversão da eletricidade em luz. Eficiência dos LEDs orgânicos Atualmente, as lâmpadas fluorescentes representam o padrão da indústria a ser batido pelas novas tecnologias. Considerando as perdas nos refletores, essas lâmpadas alcançam uma eficiência entre 50 e 70 lúmens por Watt (lm/W). Os novos OLEDs superaram as melhores marcas das lâmpadas fluorescentes em pelo menos um terço, alcançando 90 lm/W no brilho padrão de 1.000 candelas por metro quadrado (cd/m 2 ). "A eficiência energética dos nossos LEDs alcança 90 lm/W mesmo quando se utilizam somente técnicas de acoplamento planas - mas que são escaláveis. Com acoplamentos especiais 3D, atingimos até 124 lm/W," conta o coordenador da pesquisa, Dr. Sebastian Reineke. "O potencial desses dispositivos é óbvio quando se considera que, mesmo com um brilho de 5.000 cd/m 2 , nós obtivemos uma eficiência energética de 74 lm/W, Diz Karl Leo, outro membro da equipe. Sistemas de Iluminação 43 Bibliografia: White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency Sebastian Reineke, Frank Lindner, Gregor Schwartz, Nico Seidler, Karsten Walzer, BjÖrn LÜssem, Karl Leo Nature, 14 May 2009, Vol.: 459, 234-238 DOI: 10.1038/nature08003 Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias Na tabela seguinte são apresentados os principais tipos de lâmpadas e suas características gerais. Tabela 4 - Principais características das lâmpadas Tipo Características gerais Incandescente Comum - Excelente reprodução de cores - Baixa eficiência luminosa - Vida mediana: 1.000 horas - Não exige equipamentos auxiliares - Grande variedade de formas - Exige níveis mínimos de eficiência energética (Portaria interministerial 1007/2010) Incandescente halógena - Excelente reprodução de cores - Vida mediana: 2.000 horas - Eficiência luminosa maior que a incandescente comum - Exige equipamentos auxiliares, dependendo da tensão - Vários tamanhos, inclusive com refletores Fluorescente - Excelente a moderada reprodução de cores, dependendo do tipo - Boa eficiência luminosa - Vida mediana: 7.500 a 20.000 horas - Exige equipamentos auxiliares: reator e starter (partida convencional) ou só reator (partida rápida) - Forma tubular em vários tamanhos Sistemas de Iluminação 44 Fluorescente Compacta - Boa reprodução de cores - Boa eficiência luminosa - Vida mediana: 3.000 a 12.000 horas - Exige equipamentos auxiliares (reator) - Pequenas dimensões - Exige níveis mínimos de eficiência energética (Portaria interministerial 1008/2010) Mista - Moderada reprodução de cores - Vida mediana: 8.000 horas - Eficiência luminosa moderada - Não exige o uso de equipamentos auxiliares Vapor de mercúrio - Moderada reprodução de cores - Vida mediana: 12.000 a 24.000 horas - Boa eficiência luminosa - Exige o uso de equipamentos auxiliares (reator) Vapor metálico - Boa reprodução de cores - Vida mediana: 3.000 a 20.000 horas - Boa eficiência luminosa - Exige o uso de equipamentos auxiliares (reator) Vapor de sódio alta pressão - Pobre reprodução de cores - Alta eficiência luminosa - Vida mediana: 12.000 a 55.000 horas - Exige o uso de equipamentos auxiliares (reator e ignitor) LED - Boa reprodução de cores - Vida mediana de 25.000 a 50.000 horas - Boa eficiência luminosa - Alto custo de investimento Cálculo de Iluminação O método dos lumens é utilizado para calcular o número de lâmpadas e luminárias, levando em conta as dimensões e o tipo do ambiente que será iluminado. Um roteiro que pode ser seguido para se fazer os cálculos necessários é o seguinte: - escolha do nível de iluminamento (E); - determinação do fator do local (K); Sistemas de Iluminação 45 - escolha das lâmpadas e das luminárias; - determinação do fator de utilização; - determinação do fluxo total ( T ); - cálculo do número de luminárias; - distribuição das luminárias. Escolha do Nível de Iluminamento (E) A primeira providência será a de escolher o nível médio de iluminamento em função do tipo de atividade visual que será desenvolvida no local. Para isso são utilizadas tabelas constantes da norma NB-57 da ABNT, registrada no INMETRO como NBR-5413, que nos fornecem os valores mínimos, admissíveis para cada tipo de ambiente. Determinação do Fator do Local (K) A segunda providência será calcular o fator do local que depende das dimensões do ambiente. Para isso pode-se utilizar a seguinte fórmula para iluminação direta: ALC LC K )( Onde: C – Comprimento do local L – Largura do local A – Altura da luminária ao plano de trabalho Escolha das Lâmpadas e das Luminárias Neste item devem ser levados em conta fatores como a adequada iluminação do plano de trabalho ou ambiente, custo, manutenção, estética, índice de reprodução de cores, aparência visual e funcionalidade. Determinação do Fator de Utilização (Fu) Sistemas de Iluminação 46 O fator de utilização é a razão do fluxo útil que incide efetivamente sobre um plano de trabalho e o fluxo total emitido. Depende da distribuição de luz e do rendimento da luminária, da reflexão do teto, paredes e plano de trabalho ou piso a do fator do local (K). Para determinar o fator de utilização da luminária escolhida admite-se para K o valor mais próximo do calculado e avaliam-se as reflexões médias do teto, das paredes e do plano de trabalho pelo seguinte critério de índices: 1 – superfície escura: 10% de reflexão 3 – superfície média: 30% de reflexão 5 – superfície clara: 50% de reflexão 7 – superfície branca: 70% de reflexão A seguir, monta-se um número com três algarismos onde: 1o algarismo correspondente ao índice de reflexão do teto 2o algarismo correspondente ao índice de reflexão das paredes 3o algarismo correspondente ao índice de reflexão do piso Com esses dados, entra-se na tabela da luminária escolhida e obtém-se o valor do fator de utilização. A seguir, como exemplo, tem-se uma tabela de luminárias para determinação do fator de utilização. C-2198/Embutir (2x16W/32W) C-2261/Embutir (2x16W/32W) K 773 751 573 531 353 331 131 000 K 773 751 573 531 353 331 131 000 0,60 0,53 0,40 0,51 0,34 0,40 0,34 0,34 0,30 0,60 0,43 0,33 0,41 0,29 0,33 0,29 0,29 0,25 0,80 0,61 0,48 0,57 0,42 0,48 0,41 0,41 0,36 0,80 0,50 0,39 0,48 0,35 0,39 0,35 0,35 0,31 1,00 0,67 0,54 0,63 0,48 0,53 0,47 0,46 0,42 1,00 0,54 0,45 0,52 0,40 0,45 0,39 0,39 0,36 1,25 0,73 0,59 0,69 0,53 0,59 0,52 0,51 0,48 1,25 0,60 0,48 0,560,45 0,49 0,44 0,43 0,41 1,50 0,77 0,63 0,72 0,57 0,63 0,57 0,56 0,51 1,50 0,63 0,51 0,59 0,48 0,52 0,47 0,47 0,44 2,00 0,83 0,69 0,78 0,63 0,69 0,63 0,62 0,58 2,00 0,67 0,56 0,63 0,52 0,57 0,51 0,51 0,48 Sistemas de Iluminação 47 Figura 368 - Fator de utilização obtido em catálogo Determinação do Fluxo Total ( )T Para se determinar o fluxo total pode-se utilizar a expressão abaixo, que determina o valor da iluminância média: FmFu SEm T S FmFuT Em Onde: Em – Iluminância Média (Nível de Iluminamento) S – Área do Ambiente Fu – Fator de Utilização Fm – Fator de Manutenção Cálculo do Número de Luminárias Cada tipo de lâmpada fornece certo valor de lumens (fluxo luminoso) conforme apresentado nos catálogos de fabricantes, como exemplo, tem-se as tabelas a seguir: Tabela 5 - Lâmpada fluorescente tubular (GE) Código Comercial Potência (W) Fluxo Luminoso (lm) Diâmetro (mm) Temperatura de Cor (K) IRC Vida Mediana (hora) F15-T8 15 700 25 6.250 75 7.500 FX20SD-T12 20 1.060 38 5.520 70 12.000 F30-T8 30 1.850 25 6.250 75 7.500 F32–T8 32 2.950 25 4.100 80 20.000 FX40SD-T12 40 2.700 38 5.250 70 12.000 F96-T12 110 8.900 38 6.500 75 12.000 Sistemas de Iluminação 48 Tabela 6 - Lâmpada fluorescente compacta (GE) Código Comercial Potência (W) Fluxo Luminoso (lm) Temperatura de Cor (K) IRC Vida Mediana (hora) F7BX 7 400 3.500 82 10.000 F13BX 13 850 3.500 82 10.000 FLE23TBX 23 1.520 3.500 82 10.000 Através do número de lúmens por luminárias ( )l tem-se o número de luminária dado por: Número de luminárias = l T Distribuição das Luminárias O espaçamento entre as luminárias depende de sua altura ao plano de trabalho (altura útil) e da sua distribuição de luz. Esse valor situa-se geralmente, entre 1 a 1,5 vezes o valor da altura útil em ambas as direções. O espaçamento até as paredes deverá ser a metade desse valor. Vale ressaltar que, se o número de luminárias calculadas resultar em valores incompatíveis com esses limites, os mesmos deverão ser ajustados para não se correr o risco do ambiente ficar com sombras. O ajuste é feito sempre elevando-se o número de luminárias ou mudando-se a sua distribuição. Considerações sobre as luminárias A luminária, além de ser uma peça decorativa, deve atender os seguintes requisitos: sustentar a lâmpada; garantir a conexão elétrica; direcionar o fluxo luminoso. São peças projetadas para determinadas aplicações envolvendo o tipo de lâmpadas e devem assegurar conforto visual com o máximo de eficiência. O fluxo Sistemas de Iluminação 49 luminoso deve ser adequadamente direcionado evitando-se, desta forma, o fenômeno de ofuscamento. Para evitar o ofuscamento pode-se embutir a luminária, mas tal providência pode resultar em perdas do fluxo luminoso. Outra solução mais adequada consiste em instalar a lâmpada acima do campo visual ou, se estiver baixa, utilizar um anteparo que a cubra parcialmente, concentrando o fluxo luminoso sobre a tarefa visual em questão. Pode-se classificar a maior parte das luminárias em cinco grandes grupos, conforme a tabela: Tabela 7 - Classificação das luminárias Tipo Características Gerais Embutidas - Normalmente usadas com lâmpadas incandescentes comuns - Apresentam baixo rendimento - Normalmente apresentam problemas de superaquecimento - Difícil manutenção Fechadas (lâmpadas fluorescentes) - São encontradas com vários tipos de elementos de controle de luz (refletores espelhados com proteção visual, difusor prismático, etc.) - Rendimento moderado, dependendo do tipo de elemento de controle da luz - Difícil manutenção - Podem ser fixadas sobre a superfície do teto e, em alguns casos, podem ser embutidas - Os que dispõem de refletores sem elementos de controle de luz apresentam melhor rendimento. Abertas - Podem ser encontradas com ou sem elementos de controle de luz - Apresentam rendimentos superiores aos das luminárias fechadas - Fácil manutenção - Podem ser fixadas sobre a superfície do teto ou suspensas Spots - São utilizadas com vários tipos de lâmpadas incandescentes refletoras ou coloridas - Utilizados para iluminação direcional do fluxo luminoso - Fácil manutenção - Podem ser fixados sobre as superfícies ou embutidos Projetores - Encontrados em vários tamanhos - Apresentam bom rendimento luminoso - São fixados sobre as superfícies ou suspensos - Podem ser usados com lâmpadas incandescentes comuns até lâmpadas a vapor de sódio - Fácil manutenção, dependendo das condições do local. Sistemas de Iluminação 50 É importante desenvolver uma manutenção periódica visando à limpeza destes sistemas de iluminação. Com o passar do tempo, a poeira vai se acumulando na luminária e, consequentemente, reduzindo a intensidade de fluxo luminoso, fazendo com que a luz ambiente diminua. Se isto ocorre na instalação, a empresa está utilizando a energia elétrica para aquecer a poeira, não para iluminar. Na prática, pode-se afirmar que a manutenção inadequada das luminárias perde-se cerca de 20% de luz ambiente. Quanto maior for o ambiente e mais claros os acabamentos, menor será a absorção de luz e maior será a iluminação que incide sobre o plano de trabalho. Assim sendo, com a melhora das condições do ambiente pode-se reduzir o gasto de energia com iluminação sem prejuízo do conforto visual. Algumas dicas são especialmente importantes para melhorar as condições do ambiente: manter sempre limpas as paredes, tetos, pisos e luminárias; durante a reforma do ambiente utilizar cores claras pois refletem melhor a luz; quando as divisórias não puderem ser removidas totalmente, instalar divisórias baixas para reduzir a absorção de luz e permitir o uso da luz nas áreas adjacentes; fazer a setorização do ambiente; utilizar imobiliários com cores claras, que não tenham superfícies brilhantes (lustrosas) ou que não proporcionem reflexões indesejáveis; aproveitar a iluminação natural; em ambientes com pé direito muito alto, verificar a possibilidade de rebaixar as luminárias, tomando cuidado com o ofuscamento. Sistemas de Iluminação 51 Leituras Recomendadas Catálogo de fabricantes de lâmpadas, reatores e luminárias: o Philips - www.philips.com.br o Osram - www.osram.com.br o Sylvania - www.sylvania.com.br o GE - www.gelampadas.com.br o Intral – www.intral.com.br o Keiko – www.keiko.com.br o Itaim – www.itaimiluminacao.com.br o Schréder – www.schreder.com o Tecnowatt – www.tecnowatt.com.br Norma ABNT NBR ISO/CIE 8995-1: 2013: Iluminação de ambientes de trabalho – parte1: Interiores; Norma NBR 5461: Iluminação: Terminologia; Lei Nº 10.295, de 17 de outubro de 2001 que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia; Portaria INMETRO / MDIC Nº 267 de 21 de setembro de 2009 que aprova os Requisitos de Avaliação da Conformidade para Reatores Eletrônicos Alimentados em Corrente Alternada para Lâmpadas Fluorescentes Tubulares Retilíneas, Circulares e Compactas; Portaria Interministerial Ministério de Minas e Energia da Ciência e Tecnologia e do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. Nº 132, de 12 de junho de 2006 que define os índices mínimos de eficiência energética de lâmpadas fluorescentes compactas; Portaria InterministerialMinistério de Minas e Energia da Ciência e Tecnologia e do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. Nº 1007, de 31 de dezembro de 2010 que define os índices mínimos de eficiência energética de lâmpadas incandescentes; Portaria Interministerial Ministério de Minas e Energia da Ciência e Tecnologia e do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. Nº 1008, de 31 de dezembro de 2010 que define os índices mínimos de eficiência energética de lâmpadas fluorescentes compactas. Sistemas de Iluminação 52 Referências Bibliográficas Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT “Iluminância de interiores - Especificação”, NBR 5413, Brasil, 1982. Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, “Verificação de iluminância de interiores - Procedimento” NBR 5382, Brasil, 1985. Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, Norma ABNT NBR ISO/CIE 8995-1: 2013: Iluminação de ambientes de trabalho – parte1: Interiores. Costa, G. J. C., “Iluminação Econômica: Cálculo e Avaliação” EDIPUCRS, Brasil, 1998. Fonseca, R. S., “Iluminação Elétrica”, Editora McGraw-Hill do Brasil, Brasil, 1974. Garcia Jr, E., “Instalações Elétricas - Luminotécnica”, Editora Érica, Brasil, 1996. GE Iluminação. Spectrum – Catálogo de Lâmpadas 201, Brasil, 2011.General General Eletric do Brasil S.A., “Cálculo de Iluminação Interna”, Departamento de Lâmpadas e Iluminação, Brasil, 1992. Haddad, J., “Uma contribuição à análise de conservação de Energia Elétrica utilizando a teoria dos conjuntos Fuzzy”, Tese de Doutorado, UNICAMP, Brasil, Abril de 1993. Intral – Reatores E Luminárias, Catálogo Geral de Produtos, Brasil, 2011. Itaim - Indústria Elétrica Itaim Comercial Ltda - Catálogo de Luminárias, Brasil, 2011. Ministério de Minas e Energia - Procel / Eletrobras, “Uso Racional de Energia Elétrica em Edificações - Iluminação”, Brasil, 1992. Ministério de Minas e Energia - Procel / Eletrobras, “Manual de Iluminação Eficiente”, Brasil, 2002. Moreira, V. A., “Iluminação Elétrica”, 1ª Edição, Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 1999. Osram – Catálogo Geral, Brasil, 2011/2012. Philips Iluminação – Guia Prático – lâmpadas, reatores, luminárias e LEDs, Brasil, 2009. Philips, “Manual de Iluminação”, Centro de Projetos e Engenharia de Iluminação, Holanda, 1986. Sistemas de Iluminação 53 Sylvania - Lâmpadas Fluorescentes - Boletim Técnico de Engenharia, Brasil, 1995. Sylvania Iluminação, Catálogo de Lâmpadas, Brasil, 2010. Yamachita, R. A, “Conservação de Energia Utilizando Sistemas de Iluminação” Dissertação de Mestrado – Escola Federal de Engenharia de Itajubá – 1998.
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