Luminotécnica: Estudo da Iluminação Artificial

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Luminotécnica
1- O QUE É?
Dentro todos os benefícios da eletricidade um dos mais impactantes e que traz mais benefícios a toda a população é a possibilidade de converter energia elétrica em energia luminosa. Apesar desta tão importante contribuição da eletricidade muitas vezes a maioria da população não percebe e não dá a devida importância que o assunto merece.
O estudo da implementação e utilização da iluminação artificial, seja em ambientes externos ou internos é chamado de luminotécnica.
2- HISTÓRICO
Sempre foi preocupação do homem dotar suas moradias de meios adequados para suprir a falta da luz natural. O primeiro recurso foi, naturalmente, o fogo, que produz calor e luz, obtida pela queima de madeira, carvão e outros. As antigas lâmpadas eram fabricadas em cerâmica ou metal, possuíam uma alça para se segurar e um pavio na outra extremidade e utilizavam algum óleo como combustível.
Com o advento do petróleo, o gás passou a ser utilizado na iluminação. No Brasil, em 1851, Irineu Evangelista de Souza, o Barão de Mauá, iniciou a iluminação de ruas por meio do famoso lampião a gás.
Ao contrário do que normalmente se divulga, a lâmpada de Edison (Figura 1) não foi a primeira a utilizar a eletricidade, pois no final do século XIX, já havia um sistema para iluminação pública, composto por dois eletrodos de carvão muito próximos, por onde passava uma descarga elétrica. Essa lâmpada era conhecida como lâmpada de arco (Figura 2), pois ela produzia uma luz intensa, muito branca e era utilizada, também, em faróis de navegação e outras aplicações específicas. O maior problema dessa lâmpada estava justamente na grande quantidade de luz produzida, o que impedia sua utilização em ambientes comerciais ou residenciais.
A primeira lâmpada disponível para uso residencial foi a de Edison, por isto considerada como a primeira lâmpada comercial que, por se revelarem mais práticas para produzir luz, passaram a ser utilizadas em larga escala.
 (
Figura 
2
:
 Lâmpada de arco
) (
Figura 
1
: 
Primeiro modelo de sucesso da lâmpada de Thomas
 Edison
)
3- CONCEITOS E GRANDEZAS FUNDAMENTAIS
· Eficiência luminosa:Eficiência luminosa é um parâmetro que indica o quão eficiente uma fonte luminosa converte a energia que recebe. É a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma lâmpada e a potência elétrica desta lâmpada.
Figura 3: Eficiência luminosa de diversas lâmpadas
· Intensidade luminosa ( I ):É a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em uma determinada direção. A intensidade luminosa é a grandeza de base do sistema internacional para iluminação, e a unidade é a candela (cd).
· Fluxo luminoso (Φ ): É a quantidade de luz emitida por uma lâmpada em todas as direções. Sua unidade é o lúmen (lm).
· Iluminância: É uma grandeza de luminosidade, representada pela letra E. A iluminância é um termo que descreve a medição da quantidade de luz que cai (iluminando e espalhando) sobre uma determinada área de superfície. A iluminância também se correlaciona com a forma como os seres humanos percebem o brilho de uma área iluminada.
Figura 4: Diferenças entre Intensidade luminosa, Fluxo luminoso e Iluminância.
· Luminância: É a medição da quantidade de emissão de luz, que passa através ou é refletida em uma determinada superfície em certo ângulo. É ela também que indica o quanto de energia luminosa pode ser percebida pelo olho humano, auxiliando assim no conforto ambiental.
Quando observamos alguma superfície que está sendo iluminada essa superfície reflete em várias áreas que são visíveis aos olhos.
Ou seja, luminância é o fluxo luminoso que incide em uma área, ou seja, a quantidade de luz que chega a um ponto.
Medida em candelas por metro quadrado (cd/m²).
· Índice de reprodução de cor: É a relação entre a cor real de um objeto ou superfície e a aparência percebida diante de uma fonte luminosa. Esse índice varia de 0 a 100%, sendo que, quanto mais próximo de 100%, maior a fidelidade e precisão das cores dos objetos.
Figura 5: Índice de reprodução de cor.
· Temperatura de cor: É a aparência cromática da luz emitida por determinada fonte luminosa. Quanto mais alta a temperatura de cor, mais branca é a tonalidade da luz emitida. 
Unidade: Kelvin | Símbolo: K
Figura 6: Temperatura das cores.
· Vida útil: é a expectativa de durabilidade de uma fonte luminosa. A maior parte das normas internacionais atualmente considera que o término da vida útil de uma fonte luminosa ocorre quando a mesma atinge 70% do fluxo luminoso.
Figura 7: Gráfico de vida útil de diversos tipos de lâmpadas.
4- TIPOS DE LÂMPADAS
· Lâmpadas incandescentes:
As lâmpadasincandescentes são lâmpadas que produzem luz pela incandescência por meio de um filamento, normalmente tungsténio, que é o material que mais se adaptou às elevadas temperaturas que se verificam no interior das lâmpadas, onde existe vácuo ou um gás raro, e que de acordo com a sua constituição interna podem ser classificadas em lâmpadas incandescentes convencionais e lâmpadas incandescentes halogénas.
· Lâmpada incandescente tradicional ou convencional
A lâmpada incandescente convencional converte a energia elétrica em energia luminosa (luz) e térmica (calor), através da passagem de corrente elétrica pelo filamento de tungstenio. São constituídas pela ampola, filamento, gás e base.
Características:
· Temperatura do filamento, normalmente é superior a 2 000°C.
· Vida útil: Em média 1 000 horas de funcionamento.
· Índice de restituição de cor: Possui geralmente um IRC de100.
· Rendimento luminoso (lm/w): Têm o menor rendimento luminoso de todas as lâmpadas (cerca de 17lm/W)
· Temperatura de cor: 2.700 K
· Lâmpadas halógenas
As lâmpadas halogénas funcionam da mesma forma que as incandescentes convencionais. A diferença entre elas é que nas halogénas introduz-se gases halogénos (iodo ou bromo) que, no interior da ampola (bulbo) combinam-se com as partículas de tungstenio desprendidas do filamento.
Em relação às lâmpadas convencionais, as halogénas apresentam as seguintes características:
· Elevadas potências;
· Vida útil de 1500 a 2000 horas;
· Melhor rendimento luminoso;
· São mais caras;
· Luz branca e brilhante;
· Maior eficiência energética;
· Dimensões menores, da ordem de 10 a 100 vezes.
Figura 8: Comparação entre lâmpadas incandescentes tradicionais e halógenas.
· Lâmpadas de descarga:
Baseiam-se na condução de corrente elétrica em um meio gasoso, o fluxo luminoso é gerado diretamente ou indiretamente pela passagem da corrente elétrica através de um gás, mistura de gases ou vapores.
As lâmpadas de descarga podem ser:
· Lâmpadas Fluorescentes
As lâmpadas fluorescentes são compostas por um vidro coberto por um material à base de fósforo e dentro dela há gases inertes a baixa pressão que se ionizam quando é aplicada uma corrente elétrica, gerando luz.
Elas possuem alta eficiência, boa aparência e baixo consumo de energia (menor do que as incandescentes):
- Eficiência: alta eficiência (de 2 a 4 vezes mais eficientes que as incandescentes);
- IRC (índice de reprodução de cores): 85%;
- Vida útil: de 6.000 a 8.000 horas;
- Tensão de rede: 127/220V;
- Temperatura de Cor: de 2.700 (amarelo alaranjada) a 6.000K (branco azulado);
- Sustentabilidade: são ecologicamente corretas por consumir menos energia e terem um tempo de vida maior do que as incandescentes, no entanto, o mercúrio e o chumbo, presentes em sua composição, são metais perigosos para a nossa saúde e para o meio ambiente. Atualmente a indústria tem investido em modelos com partes totalmente recicláveis e teor de mercúrio bastante reduzido;
- Uso: residencial, comercial e industrial;
- Características Adicionais: algumas podem ser dimerizadas com reatores específicos (não produz calor, ou seja, não aquece o ambiente) de acordo com a temperatura de cor pode emitir luz branca, azulada ou amarelada.
· Lâmpadas a Vapor de Sódio
São lâmpadas ideais para iluminação pública (possuem grande durabilidade) e demais áreas externas que necessitam de uma iluminação funcional - avenidas, viadutos, estacionamentos, portos, ferrovias. Emitemluz branco-dourada brilhante. São projetadas para funcionar nos mesmos reatores utilizados pelas lâmpadas de mercúrio e por isso são uma opção para quem quer substituir o sistema antigo. Ela consome menos energia do que a de mercúrio (cerca de 10% a menos) e possui maior fluxo luminoso (cerca de 65% a mais). Como seu IRC é baixo, são indicadas para lugares que não necessitam de uma boa reprodução de cores. São divididas em dois grupos: tubulares e elipsoidais.
· Lâmpadas a Vapor de Mercúrio
Possuem aparência branca azulada, baixa eficiência energética e são usadas em vias públicas e indústrias.
· Lâmpadas de Luz Mista
Surgem da combinação de uma lâmpada de vapor de mercúrio com uma lâmpada incandescente, resultando em uma luz branca agradável. É uma solução para a substituição de lâmpadas incandescentes por ter maior eficiência e vida média cerca de oito vezes maior.
· Outros tipos de lâmpadas de descarga.
Conforme o fim específico existem outros tipos de lâmpadas de descarga, como, por exemplo, a de multivapores metálicos, lucalox, catodo frio e outros. Na iluminação de longo alcance, como, por exemplo, para campos de futebol, usa-se a lâmpada de vapor de sódio em alta pressão. Em resumo, a tecnologia constantemente amplia o campo aberto para a iluminação a descarga com aplicações cada vez mais específicas e de maior rendimento.
5- LUMINÁRIAS:
· O que são luminária?
As Luminárias são os aparelhos que servem para fixar e proteger as lâmpadas, e quando necessário são circuitos auxiliares e os meios de ligação das lâmpadas aos circuitos.
Têm como principal objetivo de filtrar e modificar a luz emitida por uma ou mais lâmpadas. Atualmente estádisponível no mercado uma variedade de luminárias sendo o importante, encontrar o modelo mais se adequado as nossas necessidades e gosto.
· Tipos de luminárias:
a) Luminárias Embutidas:As luminárias embutidas são aquelas que ficam embutidas no forro. Eles deixam o teto com um acabamento bastante minimalista e limpo. Existem diversos tipos de luminárias embutidas. Elas podem ser direcionais ou fixas, ajudando a valorizar objetos de decoração, ressaltar detalhes da arquitetura ou criar algum foco de luz. As luminárias embutidas são bastante recomendadas para ambientes com pé direito baixo.
Figura 9: Luminária embutida.
b) Pendentes: As luminárias pendentes dão um toque decorativo muito especial ao ambiente. Geralmente, elas são utilizadas para criar um foco de luz sobre mesas, aparados, bancadas, etc. Como elas ficam penduradas no ambiente e chamam atenção, devem possuir um design agradável e que combine com a decoração do local. As luminárias pendentes precisam ser combinadas com outros tipos de iluminação para que os ambientes fiquem com a iluminação adequada, lembrando que os pendentes são bem recomendados para cômodos com o pé direito alto.
Figura 10: Pendentes.
c) Lustres: Os lustres têm o mesmo princípio das luminárias pendentes, mas são maiorese geralmente possuem muito mais detalhes. Eles são usados para complementar a decoração dos ambientes e ficam muito bons em cima das mesas de jantar. Os lustres costumam ter lindos detalhes em vidro ou cristal, criando um visual único, cheio de beleza e classe.
Figura 11: Lustre.
d) Plafons:Os plafons são luminárias instaladas junto ao teto, produzindo um efeito de luz indireta (iluminação indireta). Elas podem ser usadas em diferentes ambientes, de salas a banheiros, criando um ambiente cheio de charme.
Figura 12: Luminária Plafon.
e) Arandelas:As arandelas são luminárias próprias para pendurar na parede. Elas projetam uma luz difusa, iluminando indiretamente, e criando um clima aconchegante. Ela pode projetar a luz para cima, para baixo, ou para os dois lados.
Figura 13: Arandela.
f) Luminárias de mesa e de pé: As luminárias de mesa e de luminárias de pé são, geralmente, usadas para ajudar na leitura. Algumas são bem simples, as outras possuem um design muito bonito e servem também como objeto decorativo, mantendouma iluminação direta aonde desejar.Muitas pessoas as confundem com os abajures, mas não são a mesma coisa. Ao contrário deles, essas luminárias têm iluminação direcionada, ideal para atividades em que o foco precisa ser intenso.
Figura 14: Luminária de mesa e pé.
6- CÁLCULO LUMINOTÉCNICO
Uma boa iluminação é muito mais que apenas fornecer uma fonte luminosa de grande intensidade, é essencial que qualquer tipo de tarefa seja realizada com conforto e facilidade. Seja para criar um conforto visual adequado ou economizar energia elétrica, é fundamental a realização do calculo luminotécnico para que seja possível definir a quantidade de luz ideal para cada ambiente ou situação.
Para ajudar a satisfazer os aspectos quantitativos e qualitativos exigidos por um ambiente, foi desenvolvida a norma brasileira ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013 (Iluminação de ambientes de trabalho internos). Essa norma apresenta e estabelece níveis médios de Iluminância para proporcionar segurança e desempenho visual em diversas áreas de trabalho.
Veja abaixo exemplo de quantos lux médios você precisa para cada tarefa em um escritório:
· Arquivamento, cópia, circulação: 300 lux
· Escrever, teclar, ler, processar dados: 500 lux
· Desenho técnico: 750 lux
· Estação de projeto assistido por computador: 500 lux
· Recepção: 300 lux
Esse cálculo envolve fatores que podem interferir em um grau maior ou menor de luminância. Quem trabalha com luminotécnica pode utilizar algumas ferramentas para definir esse índice com precisão.
Confira abaixo a fórmula simplificada para saber se determinada luminária será ideal para um ambiente:
 (
= lux
)lm (fluxo luminoso total no ambiente) ÷ m² do local = lux total no ambiente
Supondo que temos um galpão com 35,00m de comprimento por 20,00m de largura, com 6,00m de altura. Quantas luminárias serão necessárias para iluminar este ambiente? Vejamos agora um pré-cálculo que se pode fazer para dimensionar este ambiente:
Você deve saber ou ter uma ideia de qual luminária quer utilizar. Supondo que quero utilizar 15 luminárias high Bay de 14.490 lumens. Essa quantidade é suficiente para eu alcançar um nível de iluminância de 300 lux no meu galpão?
Área do Galpão: 700m². 15 luminárias x 14.490 lumens = 217.350 lumens no galpão total. 217.350 lumens ÷ 700m² = 310,5lux
Isto é um pré-cálculo que pode te auxiliar a projetar seu ambiente. Seguindo os níveis médios de iluminação estabelecidos pela NBR 8995, você consegue prever uma iluminação eficiente.
Porém, na internet inclusive encontramos calculadoras luminotécnica que, apenas colocando as informações pedidas já nos dão essa previsão de quantas luminárias serão necessárias para aquele espaço.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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