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1 © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 Sistemas Prediais I Aula: Iluminação – Métodos manuais para o cálculo da iluminação artificial Professor Wilson Teixeira © W ils on T ei xe ira 226/09/2018 Métodos manuais e a iluminação distribuída • De uma forma geral, podemos considerar como métodos manuais, todos aqueles que eram utilizados para o dimensionamento da iluminação, até o advento dos microcomputadores, pois desde então, não foram desenvolvidos novos métodos manuais • Eles foram desenvolvidos, em sua maioria, para o cálculo da iluminância média, pois o cálculo manual ponto a ponto exige um trabalho exaustivo de cálculos repetitivos, somente justificado em aplicações especiais, onde a iluminância média não é aplicável, como por exemplo, na iluminação esportiva em áreas abertas • É justamente no cálculo ponto a ponto da iluminância, que se concentra a atual aplicação das ferramentas computadorizadas, continuando a iluminação distribuída, a também ser dimensionada através de métodos manuais, muito embora existam ferramentas computacionais para tal propósito 2 © W ils on T ei xe ira 326/09/2018 O método dos lumens • Já fez meio século, que o método mais empregado para o projeto e dimensionamento de sistemas de iluminação interna, vem sendo o método dos lumens • Esse já era o método de cálculo apresentado na edição de 1950 do Westinghouse Lighting Handbook © W ils on T ei xe ira 426/09/2018 Fundamentos e aplicações • Por ser o mais simples dos métodos de cálculo e atender às necessidades básicas, até hoje está presente na maioria dos livros de eletricidade e iluminação, e cursos de iluminação • O método dos lumens – também conhecido como método dos fluxos – baseia-se na teoria de transferência de fluxo e é, essencialmente, um método simples de radiosidade que foi desenvolvido para cálculos rápidos manuais • Sua finalidade é calcular o valor médio em serviço, da iluminação de um local, dotado de iluminação geral distribuída 3 © W ils on T ei xe ira 526/09/2018 O que se pode esperar do método dos lumens • Com o seu emprego, obtém-se informações referentes à iluminação geral distribuída, para um plano de trabalho horizontal, que ocupa toda a área do ambiente PISO PAREDES PLANO DAS LUMINÁRIAS TETO PLANO DE TRABALHO © W ils on T ei xe ira 626/09/2018 O método dos lumens é um processo interativo • A sua aplicação compreende um processo interativo, cujo número de interações é inversamente proporcional à expertise do lighting designer 4 © W ils on T ei xe ira 726/09/2018 Tipos de iluminação – Revisão • Os tipos de iluminação nos indicam como se reparte a iluminação nas áreas iluminadas • Segundo o grau de uniformidade desejado, distinguem- se três casos: Iluminação geral distribuída Iluminação geral localizada Iluminação geral distribuída complementada por iluminação de tarefa © W ils on T ei xe ira 826/09/2018 Iluminação geral distribuída • A iluminação geral distribuída proporciona uma iluminação razoavelmente uniforme sobre toda a área iluminada • O campo de trabalho é tomado com sendo um plano horizontal a 0,75m (setenta e cinco centímetros) do piso • O método dos lumens é próprio para o dimensionamento da iluminação geral distribuída 5 © W ils on T ei xe ira 926/09/2018 Iluminação geral localizada • A iluminação geral localizada proporciona uma distribuição não uniforme da luz, de maneira que esta se concentra sobre as áreas de trabalho • O método dos lumens não é próprio para o dimensionamento da iluminação geral localizada © W ils on T ei xe ira 1026/09/2018 Iluminação geral distribuída complementada por iluminação de tarefa • Emprega-se a iluminação geral distribuída complementada por iluminação de tarefa, quando necessitamos de iluminação suplementar próximo às tarefas visuais, para a realização de trabalhos específicos • O método dos lumens não é próprio para o dimensionamento da iluminação geral distribuída complementada por iluminação de tarefa 6 © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 3.1 – Método dos lumens de origem européia © W ils on T ei xe ira 1226/09/2018 Desenvolvimento de um exemplo explicativo • Vamos estudar o estudo do método dos lumens, com o desenvolvimento de um exemplo explicativo • Nesse sentido, vamos realizar, passo a passo, o dimensionamento da iluminação geral distribuída de um ambiente, com as seguintes características e especificações 7 © W ils on T ei xe ira 1326/09/2018 Dados do exemplo explicativo Reator Eletrônico 2x32W, 127/220V, 50/60 Hz, partida instantânea, fator de fluxo luminoso 1, fator de potência 0,99, THD < 10% Ref: Indelpa REV 232. Reator utilizado Fluorescente 32 W com fluxo luminosos de 2700 lm, IRC 85 e 4000K Ref: Philips TLDRS32W-S84-25 Lâmpada utilizada Luminária de embutir em chapa de aço protegida contra ferrugem, com pintura eletrostática em epóxi pó na cor branca Sistema ótico com refletor parabólico em alumínio anodizado de alto brilho com grau de pureza de até 99,85%, e aletas em chapa de aço protegida contra ferrugem, com pintura eletrostática em epóxi pó na cor branca Ref: Indelpa BNI 512 2x32W Luminária utilizada 500 luxNível de iluminação estipulado 10 %Refletância do piso 30 %Refletância das paredes 70 %Refletância do teto 0,75 mAltura do plano de trabalho em relação ao piso 2,75 mAltura 6,00 mLargura 8,00 mComprimento © W ils on T ei xe ira 1426/09/2018 Dados técnicos da luminária utilizada Fatores de utilização do método dos lumens para a luminária BNI 512 2x32W 8 © W ils on T ei xe ira 1526/09/2018 Determinação do Fator do Local – K • O fator do local, também conhecido como índice do ambiente, ou ainda índice do local, é uma relação que permite classificar, do ponto de vista luminotécnico, ambientes com dimensões diversas, considerando uma distribuição padronizada de luminárias • Para instalações com iluminação direta, semi-direta e difusa: • Para instalações com iluminação semi-indireta e indireta, como o teto passa a ser considerado como a principal fonte luminosa, temos: a bK = h (a + b) (1) 3 × a × bK= 2 × h' (a + b) (2) © W ils on T ei xe ira 1626/09/2018 Elementos das equações (1) e (2) K = índice do local a = comprimento do local b = largura do local h = altura da fonte luminosa ao plano de trabalho h’ = altura do teto ao plano de trabalho Quando a luminária for embutida, ocorre que: h = h’ K 9 © W ils on T ei xe ira 1726/09/2018 A equação geral para o Fator do Local • O fator do local é uma relação entre áreas e as equações apresentas anteriormente são formas simplificadas da equação geral, e específicas para áreas quadradas e retangulares • É útil conhecer a equação geral, caso os ambientes tenham outras formas: • Vejamos a dedução da equação (1), para ambientes quadrados e retangulares: (áreas de teto + plano de trabalho) K = (áreas das paredes) (3) (a b) + (a b) 2 (a b) a bK = = = h (a + a + b + b) 2 h (a + b) h (a + b) (4) © W ils on T ei xe ira 1826/09/2018 Fator do Local para um ambiente cilíndrico • Da mesma forma, podemos deduzir equações específicas para locais com outros formatos • Para o caso de um recinto de formato cilíndrico, cujo teto e plano de trabalho sejam circulares, com raio R e altura de montagem h, vale a seguinte equação: 22 × π × R RK = = 2 × h × π × R h (5) 10 © W ils onT ei xe ira 1926/09/2018 Muito cuidado para não confundir os fatores • No método norte-americano das cavidades zonais, o fator do local é representado pela sigla RCR e se denomina Room Cavity Ratio – razão da cavidade do recinto • Sua relação com o fator K é apresentada na seguinte equação: • Os valores de K e de RCR são dados de entrada, presentes nas tabelas de fatores de utilização que são fornecidas nos catálogos dos fabricantes ou nos seus sites na Internet. 5RCR = K (6) © W ils on T ei xe ira 2026/09/2018 É importante saber identificar à primeira vista • É importante saber identificar o procedimento de cálculo adotado pelo fabricante, pois os dois processos são incompatíveis entre si e cada um deles apresenta formas diferentes para calcular os fatores de utilização das luminárias 11 © W ils on T ei xe ira 2126/09/2018 Como identificar o Fator do Local K • No método dos lumens, que utiliza o fator K (método BZC – Britsh Zonal Cavities), a escala de valores começa em 0,6 e vai até 5 Fatores de utilização do método dos lumens para a luminária BNI 512 2x32W © W ils on T ei xe ira 2226/09/2018 Como identificar o Fator do Local RCR • Já no método das cavidades zonais, que utiliza o fator RCR (método da IES/IEC/CIE), a escala de valores começa em 0 (zero) vai até 10 (dez) Fatores de utilização do método das cavidades zonais para a luminária BNI 512 2x32W 12 © W ils on T ei xe ira 2326/09/2018 A principal origem desse erro • Esse erro vem sendo cometido até por profissionais de iluminação, que não possuem aprimorados conhecimentos sobre o assunto e, portanto, não conseguem perceber o erro, nem a diferença • Como agravante, temos o fato de que, mais recentemente, o método das cavidades zonais, de uso generalizado na América do Norte, também vem sendo chamado lá, de método dos lumens © W ils on T ei xe ira 2426/09/2018 Determinação do Fator do Local para o exemplo • Como a luminária BNI 512 2x32W é para iluminação direta, vamos utilizar para a determinação do fator do local, a equação (1) • Aplicado a equação e substituindo os valores, temos o seguinte resultado: a × b 6 × 8K = = = 1,71 h (a + b) 2 (8 + 6) (7) 13 © W ils on T ei xe ira 2526/09/2018 Determinação do Fator de Utilização – u • O fator de utilização (u) ou coeficiente de utilização de uma luminária é, de acordo com o Manual de Iluminação da IESNA, a relação do fluxo luminoso (lúmens) que alcança uma área especificada, oriundo de uma fonte luminosa, e o fluxo luminoso total da fonte (lúmens) • Para determinar esse fator, recorre-se à tabela de fator de utilização fornecida pelo fabricante da luminária (constante do catálogo ou na Internet) e cruza-se o vaor do fator do local (K) com os índices de refletância do ambiente a ser iluminado © W ils on T ei xe ira 2626/09/2018 Fatores de utilização do método dos lumens para a luminária BNI 512 2x32W Como empregar a tabela do Fator de Utilização • Na primeira linha da tabela, o primeiro algarismo de cada número representa a refletância do teto, o segundo representa a refletância das paredes, e o terceiro, a do piso Teto 70% Paredes 30% Piso 10% 14 © W ils on T ei xe ira 2726/09/2018 Determinando as refletâncias do ambiente • No presente exemplo, os fatores de reflexão ou refletâncias, fazem parte do enunciado • Nas situações reais, eles precisam ser estabelecidos pelo lighting designer, que pode utilizar para esse fim, os valores orientativos apresentados na tabela abaixo 10Escuro 30Claro Piso 10Escuro 30Médio 50Claro Paredes 30Médio 50Claro 70Branco ou muito claro Teto Fator de reflexão (ρ%)Cor © W ils on T ei xe ira 2826/09/2018 Determinação do Fator de Depreciação – d • Com o tempo, paredes e tetos ficarão sujos, os equipamentos de iluminação acumularão poeira e as lâmpadas fornecerão menor quantidade de luz • Na prática, para amenizarmos o efeito desses fatores, admitindo-se uma boa manutenção periódica, podemos adotar os fatores de depreciação de acordo com o critério indicado na tabela abaixo: • No caso do nosso exemplo, vamos adotar um valor bem conservador, de 0,80 0,570,660,80Sujo 0,800,850,91Normal 0,880,910,95Limpo 7500 h5000 h2500 h Período de Manutenção Ambiente 15 © W ils on T ei xe ira 2926/09/2018 Determinação do fluxo luminoso de cada luminária – Lumin • O fluxo luminoso total de cada luminária corresponde a: Fluxo luminoso nominal da lâmpada utilizada x Número de lâmpadas existentes em cada luminária x Fator de fluxo luminoso do reator utilizado. • No presente caso temos: Lumin = 2700 lumens x 2 x 1 = 5400 lumens © W ils on T ei xe ira 3026/09/2018 Determinação do número de luminárias – N • Com as informações disponíveis, já é possível efetuar o cálculo para quantificar o número correto de luminárias para o recinto a ser iluminado: a = comprimento do local (m) b = largura do local (m) E = iluminância (lux) Lumin = fluxo total de cada luminária u = fator de utilização d = fator de depreciação Lumin a × b × EN = Φ × u × d (8) 16 © W ils on T ei xe ira 3126/09/2018 Determinação do número de luminárias – N • Substituindo os valores na equação, encontramos o número mínimo de luminárias para o local: • Arredondando esse valor, encontramos 9 luminárias 8 × 6 × 500N= = 8,96 5400 × 0,62 × 0,80 (9) © W ils on T ei xe ira 3226/09/2018 Distribuição das luminárias • Uma vez calculado o número de luminárias, devemos proceder à sua distribuição sobre uma planta do local • Em locais de planta retangular, as luminárias se distribuem de forma uniforme, em filas paralelas aos eixos de simetria do local • A distância máxima de separação entre as luminárias dependerá do ângulo de abertura do facho de luz e da altura das luminárias em relação ao plano de trabalho 17 © W ils on T ei xe ira 3326/09/2018 Distribuição das luminárias • Quanto mais aberto seja o facho de luz e maior a altura da luminária, mais superfície ela iluminará, embora seja menor a iluminância resultante no plano de trabalho, de acordo com a lei do inverso dos quadrados das distâncias • Da mesma forma, vemos que o afastamento da primeira luminária até a parede precisa ser menor que o afastamento entre as luminárias – normalmente a distância de uma luminária à parede, é metade da distância entre luminárias, na mesma direção © W ils on T ei xe ira 3426/09/2018 Espaçamento das luminárias • De uma forma geral, para a maioria das luminárias e condições de locais, obtém-se uma distribuição de luz satisfatória, com um espaçamento das luminárias igual ou inferior à uma vez e meia a distância entre as luminárias e o plano de trabalho eL = 1,5 h (10) eL = espaçamento máximo entre luminárias h = altura da fonte luminosa ao plano de trabalho 18 © W ils on T ei xe ira 3526/09/2018 O esquema de distribuição das luminárias • No caso do nosso exemplo, dez luminárias possibilitam uma distribuição harmoniosa no local, dispostas em duas filas de 5 luminárias cada © W ils on T ei xe ira 3626/09/2018 Como fica a distribuição das iluminâncias? • Para demonstrar que o dimensionamento pelo método dos lumens não assegura a ocorrência da iluminância mínima em todo o plano de trabalho, que no caso do nosso exemplo é de 500 lux, apresentamos a distribuição de iluminâncias (curvas isolux) produzida por um software da cálculo deiluminação, para as mesmas condições do nosso exemplo. Em = 550 lux Emin = 242 lux Emax = 746 lux Emin / Em = 0,44 19 © W ils on T ei xe ira 3726/09/2018 E como fica com as 9 luminárias? • Repetindo-se o mesmo cálculo para 9 luminárias, encontramos as situações abaixo, que variam conforme a orientação das luminárias Em = 492 lux Emin = 240 lux Emax = 669 lux Emin / Em = 0,49 Em = 491 lux Emin = 233 lux Emax = 701 lux Emin / Em = 0,47 © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 3.2 – Método dos lumens de origem norte-americana 20 © W ils on T ei xe ira 3926/09/2018 Método dos lumens de origem norte- americana • Esta metodologia foi muito difundida no nosso país, através dos catálogos de um fabricante de lâmpadas de origem norte-americana e está presente em diversos livros brasileiros de instalações elétricas e iluminação • Ela segue os mesmos princípios básicos da metodologia de origem européia, diferindo em algumas particularidades • Vamos resolver o nosso exemplo com o seu emprego, para compreender a metodologia e conhecer as suas particularidades • Na sua aplicação é empregada uma série de tabelas, originariamente produzidas na década de 1940 e que são utilizadas, até hoje, com poucas modificações © W ils on T ei xe ira 4026/09/2018 Determinação do Índice do Local – F • O índice do local corresponde ao fator do local da metodologia de origem européia, vista anteriormente, e é representado por uma letra, cujo processo de determinação se dá através de uma tabela, da qual extraímos o trecho abaixo: 21 © W ils on T ei xe ira 4126/09/2018 Atenção à altura do plano de trabalho • É importante observar que esta metodologia não faz uso da informação referente à localização do plano de trabalho, uma vez que não existe nenhuma referência ao mesmo, na tabela – Nesse aspecto, é lógico supor que a distância do chão ao foco luminoso já leva em consideração a altura do plano de trabalho, usualmente entre 0,75 e 0,80 m © W ils on T ei xe ira 4226/09/2018 Determinação do Coeficiente de Utilização – u • Para determinar este valor, recorre-se à uma tabela genérica de fatores de utilização, ao invés de valores específicos para a luminária que se pretende utilizar, fornecidos pelo seu fabricante – Cruza-se o valor do índice do local com os índices de refletância do ambiente a ser iluminado, de forma similar à metodologia de origem européia – Observe-se que, como o índice do local é expresso por uma letra, não há possibilidade de interpolação para a obtenção de um valor mais preciso para o coeficiente de utilização 22 © W ils on T ei xe ira 4326/09/2018 Determinação do Fator de Depreciação – d • Na mesma tabela de determinação do Fator de Utilização, é mostrado no canto inferior esquerdo de cada tipo genérico de luminária, o valor do Fator de Depreciação correspondente – No presente caso, d = 0,75 © W ils on T ei xe ira 4426/09/2018 Determinação do número de luminárias – N • Agora, com todas essas informações, já é possível efetuar o cálculo para quantificar o número correto de luminárias para o ambiente a ser iluminado • A fórmula é a mesma utilizada anteriormente, na metodologia de origem européia: 8 × 6 × 500N = = 15,2 15 luminárias 5400 × 0,39 × 0,75 23 © W ils on T ei xe ira 4526/09/2018 Distribuição das luminárias • De forma similar ao realizado anteriormente, procedemos à distribuição das luminárias © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 3.3 – Análise comparativa entre os métodos dos lumens 24 © W ils on T ei xe ira 4726/09/2018 Primeira constatação • Enquanto pelo cálculo da metodologia de origem européia, obtém-se 10 luminárias, a metodologia de origem norte-americana conduz a 15 luminárias, ou seja, um resultado que implica em acréscimo de custo de instalação e de consumo de energia, 50 % maior • Isso é devido à diferença entre os valores do fator de utilização (u) utilizados nos dois métodos: – u = 0,62 no método dos lumens de origem européia – u = 0,39 no método dos lumens de origem norte- americana © W ils on T ei xe ira 4826/09/2018 Porque isso acontece? • No método dos lumens de origem européia os valores de (u) são determinados a partir de valores tabulados para a própria luminária que está sendo utilizada no projeto (obtidos através de cálculo manual ou computadorizado desses valores, a partir das suas características fotométricas), normalmente disponibilizados pelo seu fabricante – São portanto valores reais, capazes de representar toda a evolução tecnológica incorporada ao produto • Já no método dos lumens de origem norte-americana os valores de (u) são escolhidos através de tabelas genéricas, de uma forma geral elaboradas há muitos anos, que não representam a atual qualidade dos bons produtos atualmente disponíveis no mercado, decorrente do desenvolvimento tecnológico ocorrido no período 25 © W ils on T ei xe ira 4926/09/2018 Quando usar um e outro? • Em conseqüência disso, quando utilizamos produtos de alta qualidade ótica, como a luminária escolhida para o presente exemplo, passa a existir muita diferença entre os valores relativos às duas tabelas de fatores de utilização – a derivada das características fotométricas reais da luminária empregada, e a que apresenta valores genéricos correspondentes à luminária que apresenta o mesmo “jeitão” • Assim sendo, a menos que se utilizem luminárias ordinárias, de qualidade muito baixa, cujos fabricantes em geral não têm informações fotométricas para fornecer, o método dos lumens de origem norte- americana não deve ser empregado © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 3.4 – Método das cavidades zonais 26 © W ils on T ei xe ira 5126/09/2018 Origem • Este método, publicado em 1959, foi desenvolvido pelos pesquisadores J.R.Jones e B.F.Jones e recomendado pela IES a partir do mês de fevereiro de 1964 • Uma vez que para a sua aplicação se necessita de uma tabela de coeficientes de utilização para cada uma das luminárias em particular, sua aparência é muito parecida com a do método dos lumens, mas estruturada de maneira diferente, a partir de sua nova forma de determinar o índice do local • É atualmente o método de calculo manual de uso generalizado na América do Norte • Sua finalidade também é calcular o valor médio em serviço, da iluminação de um local dotado de iluminação geral distribuída © W ils on T ei xe ira 5226/09/2018 Motivação • O método das cavidades zonais se propõe a ser um método mais preciso, que o método dos lumens, capaz de resolver situações não atendidas por este último, como: – Distintas refletâncias de paredes acima e baixo dos planos de trabalho e das luminárias – Obstruções no espaço existente sobre o plano das luminárias (p.e. vigas) – Locais de formas geométricas diversas (p.e. circulares e triangulares) – Diversos tipos de teto (p.e. abóbadas, uma água, duas águas) 27 © W ils on T ei xe ira 5326/09/2018 Cuidado para não confundir • O método das cavidades zonais é citado nas publicações norte-americanas, como o nome de método dos lumens, razão pela qual é necessário não confundi-lo, com o método do lumens apresentado anteriormente © W ils on T ei xe ira 5426/09/2018 Como vamos estudá-lo • Vamos conhecer este método de cálculo manual, resolvendo o mesmo exemplo apresentado anteriormente para o método dos lumens, uma vez que o fabricante da luminária BNI 512 2x32W tambémdisponibiliza as informações necessárias ao seu emprego com o método das cavidades zonais 28 © W ils on T ei xe ira 5526/09/2018 Determinação da razão da cavidade do recinto (Room Cavity Ratio) – RCR • No método das cavidades zonais, o fator do local é representado pela sigla RCR e se denomina Room Cavity Ratio – razão da cavidade do recinto. • A equação geral para determinação do RCR é a seguinte: • Para ambientes quadrados e retangulares, resulta: • E para ambientes de formato cilíndrico: 2,5 × perímetro da cavidade × altura da cavidadeRCR = área da base da cavidade (11) 2,5 (a + a + b + b) h 5h (a + b)RCR = = (a × b) a × b (12) 2 2,5 × 2 × π × R × h 5hRCR = = π × R R (13) © W ils on T ei xe ira 5626/09/2018 Escala de fatores RCR • A escala do fator RCR na tabela de coeficientes de utilização começa em 0 (zero) vai até 10 (dez) Fatores de utilização do método das cavidades zonais para a luminária BNI 512 2x32W 29 © W ils on T ei xe ira 5726/09/2018 calculando o fator do local (RCR) para a sala do nosso exemplo © W ils on T ei xe ira 5826/09/2018 Calculando... • Aplicando os valores na equação para ambientes quadrados e retangulares (12), resulta: – Para a cavidade do teto (RCRC) = 0 – Para a cavidade do ambiente (RCRR) = 2,92 – Para a cavidade do piso (RCRF) = 1,09 30 © W ils on T ei xe ira 5926/09/2018 Determinação das refletâncias equivalentes da cavidade do teto (ρcc) e da cavidade do piso (ρfc) • Também conhecido como correção das refletâncias do teto e do piso • O fator de local do ambiente (RCRR) serve para entrar diretamente na tabela de coeficientes de utilização da luminária • Mas primeiro é preciso: – RCRC = 0 converter em ρcc – RCRF = 1,09 converter em ρfc • Como RCRC = 0, resulta que ρcc = ρc = 70% ou 0,7 • Para a cavidade do piso: – Percent Base Reflectance = ρf = 10% – Percent Wall Reflectance = ρw = 30% – Cavity Ratio = RCRF = 1,09 © W ils on T ei xe ira 6026/09/2018 Refletâncias percentuais efetivas da cavidade do teto ou do piso para várias combinações de refletâncias • Como o gráfico não tem refletância da base = 10%, vamos usar as tabelas 31 © W ils on T ei xe ira 6126/09/2018 Refletâncias percentuais efetivas da cavidade do teto ou do piso para várias combinações de refletâncias © W ils on T ei xe ira 6226/09/2018 Refletâncias percentuais efetivas da cavidade do teto ou do piso para várias combinações de refletâncias 32 © W ils on T ei xe ira 6326/09/2018 Vai daí... • Da tabela anterior temos: ρfc = 10% ou 0,1 • Na hipótese da cavidade do teto ser diferente de zero, ou seja, no caso de utilização de luminárias suspensas, este mesmo processo deve ser empregado para determinar a refletância da cavidade do teto (ou fazer a correção da refletância do teto, como também é comumente chamado) © W ils on T ei xe ira 6426/09/2018 Determinação do coeficiente de utilização (Coefficient of Utilization) – CU • De posse destes valores já estamos preparados para entrar na tabela de fatores de utilização para o método das cavidades zonais (RCR) da luminária BNI 512 2x32W e determinar o respectivo coeficiente de utilização – ρfc = 10% ou 0,1 – ρcc = ρc = 70% ou 0,7 – ρw = 30% ou 0,3 – RCRR = 2,92 Mas como a tabela é para ρfc = 0,20 o resultado encontrado precisa ser corrigido 33 © W ils on T ei xe ira 6526/09/2018 Fazendo a correção de valor para ρfc = 10% ou 0,1 • Para tanto, entramos na tabela do slide seguinte, com os valores abaixo: – ρfc = 10% ou 0,1 – ρcc = ρc = 70% ou 0,7 – ρw = 30% ou 0,3 – RCRR = 2,92 © W ils on T ei xe ira 6626/09/2018 Fatores de multiplicação para refletâncias efetivas da cavidade do piso, diferentes de 20% 34 © W ils on T ei xe ira 6726/09/2018 Ampliando a tabela... Interpolando para RCRR = 2,92 resulta= 0,965 © W ils on T ei xe ira 6826/09/2018 Corrigindo o CU da tabela para o CUfinal • Encontramos na tabela o fator de conversão 0,965 • Procedendo à correção do coeficiente de utilização encontrado na tabela (CU = 58,7%), através da sua multiplicação pelo fator de correção acima (0,965), encontramos o coeficiente de utilização final – CUfinal = 58,7 x 0,965 = 56,65 ≈ 57% 35 © W ils on T ei xe ira 6926/09/2018 Quando o método das cavidades zonais foi apresentado, ele também empregava tabelas genéricas © W ils on T ei xe ira 7026/09/2018 Determinação do fator total de depreciação do fluxo luminoso (Light Loss Factor) – LLF • Concomitantemente à apresentação do método das cavidades zonais, em 1964, foi apresentado um método de avaliação da depreciação do fluxo luminoso, englobando vários fatores • Embora sejam duas metodologias independentes, que podem ser utilizadas separadamente, é comum encontrá-las juntas, na literatura, como se a metodologia de avaliação da depreciação do fluxo luminoso fosse parte integrante do método das cavidades zonais. 36 © W ils on T ei xe ira 7126/09/2018 A depreciação do fluxo luminoso pode se dar por causas não recuperáveis e causas recuperáveis • As causas não recuperáveis são aquelas atribuídas ao equipamento e às condições do local e não podem ser mudadas com a manutenção normal: – Temperatura ambiente da luminária – Tensão na luminária – Fator de fluxo luminoso do reator – Fator de posição (inclinação) da lâmpada – Depreciação das superfícies óticas da luminária • As causas recuperáveis são aquelas que podem ser revertidas por uma manutenção regular, e decorrem da deposição de sujeira e do envelhecimento da lâmpada: – Depreciação das superfícies do ambiente pela poeira (Room Surface Dirt Depreciation) – RSDD – Depreciação do fluxo luminoso da lâmpada (Lamp Lumen Depreciation) – LLD – Fator de queima de lâmpada (Lamp Burnouts Factor) – LBO – Depreciação da luminária pela sujeira (Luminaire Dirt Depreciation) – LDD • A perda total de fluxo luminoso LLF, é o produto de todos os fatores individuais acima. © W ils on T ei xe ira 7226/09/2018 Causas não recuperáveis • Temperatura ambiente da luminária – A temperatura do ambiente é normal e a luminária projetada para manter as lâmpadas na temperatura ideal de funcionamento – Fator = 1 • Tensão na luminária – Como a tensão de alimentação está dentro dos padrões e os circuitos bem dimensionados, a tensão de alimentação das luminárias é a ideal – Fator = 1 • Fator de fluxo luminoso do reator – Como explicitado no enunciado do exemplo, o fator de fluxo luminoso do reator é 1 • Fator de posição (inclinação) da lâmpada – A lâmpada está instalada na posição horizontal – Fator = 1 • Depreciação das superfícies óticas da luminária – As superfícies óticas são, em sua maioria, de alumínio polido anodizado, de alta refletância e as aletas brancas tem pintura eletrostática epóxi pó. Como o ambiente de instalação não contém contaminantes químicos que degradem as características desses materiais, suas características óticas são mantidas constantes durante toda a vida útil da luminária – Fator = 1. 37 © W ils on T ei xe ira 7326/09/2018 Causas recuperáveis • Depreciação das superfícies do ambiente pela poeira (Room Surface Dirt Depreciation) – RSDD – Mesmo intervalo de manutenção de 7500 h e ambiente limpo, do método dos lumens = 34 meses (10 h diárias e 22 dias mensais) – Pelo gráfico obtemos um fator α = 22%. – Entrando com esse valor na tabela, para iluminação direta e índice da cavidade do recito (RCRR)de 2,92 obtemos um fator RSDD = 0,95. © W ils on T ei xe ira 7426/09/2018 Causas recuperáveis • Depreciação do fluxo luminoso da lâmpada (Lamp Lumen Depreciation) – LLD – Vamos considerar LLD = 0,92 • Fator de queima de lâmpada (Lamp Burnouts Factor) – LBO – Assumindo que cada lâmpada apagada será imediatamente regularizada, consideramos que LBO = 1 • Depreciação da luminária pela sujeira (Luminaire Dirt Depreciation) – LDD – Para luminárias categoria IV, ambientes limpos e manutenção a cada 34 meses, obtém-se LDD = 0,75 38 © W ils on T ei xe ira 7526/09/2018 Fator de depreciação da luminária com a poeira (LDD) Luminaire Dirt Depreciation © W ils on T ei xe ira 7626/09/2018 Ampliando a figura... 39 © W ils on T ei xe ira 7726/09/2018 Cálculo do LLF • LFF = 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 0,95 x 0,92 x 1 x 0,75 = 0,66 © W ils on T ei xe ira 7826/09/2018 Determinação do número de luminárias – N • Agora, com todas essas informações, já é possível efetuar o cálculo para quantificar o número correto de luminárias para o ambiente a ser iluminado • A fórmula é a mesma utilizada anteriormente, no método dos lumens • Distribuições harmoniosas podem ser obtidas, tanto com 2 linhas de 6 luminárias cada, ou 3 linhas de 4 luminárias. 8 × 6 × 500N = = 11,8 12 luminárias 5400 × 0,57 × 0,66 40 © W ils on T ei xe ira 7926/09/2018 Conclusão • O quadro abaixo apresenta, para fins de comparação, os principais resultados obtidos com os três métodos de cálculo utilizados: • Os fatores de utilização do método dos lumens de origem européia e do método das cavidades zonais apresentam uma diferença inferior a 10% • Já o fator de depreciação do fluxo luminoso do método das cavidades zonais é o que apresenta o menor valor, bem inferior aos demais – Entretanto é o apresenta melhor embasamento na sua determinação. © W ils on T ei xe ira 8026/09/2018 Uma análise crítica sobre a determinação do fator total de depreciação do fluxo luminoso • Os gráficos de depreciação do ambiente e das luminárias podem subsidiar o estabelecimento da periodicidade das atividades de limpeza das superfícies do ambiente e das luminárias, de um eficaz plano de manutenção do sistema de iluminação • Os gráficos de depreciação das luminárias podem auxiliar na escolha do tipo de luminária • A depreciação da luminária pendente • direta/indireta é menor que a das luminárias embutidas ou de sobrepor tradicionais. 41 © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 3.5 – Método ponto a ponto © W ils on T ei xe ira 8226/09/2018 Método ponto a ponto • Método de cálculo preciso, mas muito trabalhoso, também chamado de método das intensidades luminosas, baseado nas leis de Lambert – A iluminância varia na razão direta da intensidade luminosa na direção do ponto considerado – A iluminância varia na razão inversa do quadrado da distância da fonte ao ponto considerado – A iluminância varia proporcionalmente ao cosseno do ângulo formado pela normal à superfície no ponto considerado e pela direção do raio luminoso que incide sobre o mesmo. 42 © W ils on T ei xe ira 8326/09/2018 A iluminância em um ponto é a soma da luz proveniente das fontes de luz direta e indireta © W ils on T ei xe ira 8426/09/2018 Componentes da luminância em um ponto 43 © W ils on T ei xe ira 8526/09/2018 Iluminância direta para fontes de luz lineares infinitas • No caso da lâmpada fluorescente tubular nua, I pode ser calculado a partir do fluxo luminoso por metro, segundo a fórmula: ΦI = 9,25 © W ils on T ei xe ira 8626/09/2018 86 Técnicas avançadas de projeto – DIALux 44 © W ils on T ei xe ira 8726/09/2018 Técnicas avançadas de projeto – RELUX Sala de reunião com videoconferência © W ils on T ei xe ira 8826/09/2018 Cálculo da iluminância horizontal empregando curvas isolux 45 © W ils on T ei xe ira 8926/09/2018 Exemplo de aplicação usando a curva isolux em iluminação pública • Calcular o iluminamento médio numa via, para a luminária com lâmpada a vapor de mercúrio 125W, com a isolux ao lado • Dados: – Largura da caixa de rua (entre meio-fios) = 8 metros – Largura das calçadas = 1,20 metro – Recuo do poste em relação ao meio-fio = 0,80 metro – Espaçamento entre postes = 25 metros – Altura da luminária = 8 metros © W ils on T ei xe ira 9026/09/2018 Procedimento • Desenha-se sobre papel branco a situação da rua com o posicionamento dos postes na mesma escala da curva isolux (compatibilizam-se as escalas) e marcam-se os pontos de cálculo • Por razões práticas, convêm considerar somente um certo número de pontos, relativos a uma área repetitiva • A superfície de cálculo S será: – S = d.L (m2) para posicionamento axial, unilateral e bilateral a pontos alternados – S = d.L / 2 (m2) para posicionamento bilateral a pontos opostos – sendo: d o espaçamento entre pontos luminosos e L a largura da pista 46 © W ils on T ei xe ira 9126/09/2018 Procedimento • Escolher os pontos de cálculo • Imprimir ou desenhar a isolux sobre papel translúcido • Fazer as sobreposições com demonstrado a seguir: – (1) Coincidindo o centro da isolux (ponto 0) com o ponto A, reporte os valores encontrados para a planilha de cálculo – (2) Coincidindo B com o ponto 0 – (3) Rebatendo o papel translúcido e coincidindo C com o ponto 0 © W ils on T ei xe ira 9226/09/2018 Planilha de cálculo 47 © W ils on T ei xe ira 9326/09/2018 • Os valores das colunas são somados na linha S. A linha C representa uma subdivisão de área de abrangência para cada ponto – o peso de cada ponto considerando a área de cálculo dividida em 16 partes iguais. • A linha S multiplicada pela C resulta na linha δ (delta). • Após encontrar o valor de iluminamento médio (10,2 lux) aplica-se um coeficiente de depreciação (0,85) e de manutenção (0,70), para se chegar a: 10,2 x 0,85 x 0,70 = 6,1 lux • Os valores para cada ponto, colocados na linha Er (iluminamento real), foram encontrados aplicando-se a fórmula abaixo: Ereal = Ecurva x Φ / 1000 x h2 • Da linha Er ou da linha S, podemos identificar em quais pontos se encontram os valores iluminamento máximo e mínimo. • No exemplo em questão, Emáx = 18,1 lux, encontrado na coluna 3 e Emín = 5,2 lux, na coluna 7. Da relação entre esses valores se encontra o grau de uniformidade da caixa de rua = 28%. • As colunas 10 a 15 fornecem os valores de iluminamento sobre a calçada © W ils on T ei xe ira 26/09/2018 Wilson Teixeira wteixeira@mail.ru
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