5. Grandezas e conceitos
5.4. Factor de Utilização
O factor de utilização (FU) de uma instalação é o rácio do fluxo luminoso recebido pela superfície que se pretende iluminar (fluxo útil - ), com a soma dos fluxos individuais de cada lâmpada da instalação.
O factor de utilização depende de vários parâmetros associados às luminárias e ao meio envolvente, nomeadamente:
ISR – UC | EDP Distribuição 47 LOR da luminária.
Distribuição do fluxo luminoso da luminária.
Reflexão dos objectos vizinhos (e.g. muros, casas, etc.). SHR (Space Height Ratio):
o Rácio entre a altura e o espaçamento dos postes de iluminação.
Figura 5.5 – Factor de utilização de uma instalação
5.5. Intensidade Luminosa
A intensidade luminosa (I) de uma fonte, numa dada direcção, é o quociente entre o fluxo luminoso ( ) emitido pela fonte e propagado num determinado ângulo sólido ( ):
Se a fonte luminosa irradiasse a luz uniformemente em todas as direcções, o fluxo luminoso era distribuído em forma de esfera. Tal facto, porém, é quase impossível de acontecer, assim, é necessário medir o valor dos lumens emitidos em cada direcção, representando a distribuição espacial por vectores, cujo comprimento indica a Intensidade Luminosa (Figura 5.6).
A esta representação esquemática no espaço envolvente da fonte luminosa, dá- se o nome de diagrama fotométrico.
ISR – UC | EDP Distribuição 48 Figura 5.6 – Vectores da intensidade luminosa [Fonte: OSRAM]
A unidade de medida da intensidade luminosa é a candela (cd). É definida como sendo a intensidade numa dada direcção de uma fonte que emite radiação monocromática, de frequência de 540 x 1012 Hz, e que tem uma intensidade
radiante, nesta direcção, de 1/683 Watt por esterorradiano.
5.6. Eficiência Luminosa
A eficiência luminosa (η) de uma fonte é a relação entre o fluxo luminoso total emitido pela fonte (φ) e a potência por ela absorvida (P). A unidade SI é o lm/W (lumen por Watt).
Os equipamentos fotométricos e os medidores de luz são geralmente calibrados conforme a sensibilidade espectral dos cones, ou seja, na visão fotópica. Assim, o fluxo luminoso das lâmpadas é avaliado somente em termos da sua resposta fotópica.
Para calcularmos os lumens eficientes, de uma fonte de luz qualquer, a níveis escotópicos, basta substituirmos os valores de V(λ) pelos valores da sensibilidade escotópica do olho V'(λ).
ISR – UC | EDP Distribuição 49 Figura 5.7 – Curva V(λ) para visão fotópica e V’(λ) escotópica
No caso da região mesópica (condições da iluminação pública), continua a ser muito difícil estabelecer uma curva espectral de eficiência luminosa (Figura 5.8), uma vez que, os níveis da sensibilidade visual variam com o nível da iluminação e consequentemente com a proporção de cones e bastonetes activos. Assim, perto dos 3 cd/m2 a sensibilidade espectral é muito parecida
com a da visão fotópica, V(λ), com grande proporção de cones activos, e à medida que a luminância decresce até aos 0,001 cd/m2, a curva de
sensibilidade espectral irá deslocar-se para comprimentos de onda mais pequenos, até se assemelhar à curva da visão escotópica, V’(λ), onde a maioria das células fotossensíveis activas são os bastonetes.
ISR – UC | EDP Distribuição 50 Recentes pesquisas indicam que a distribuição espectral da fonte de luz tem, de facto, efeito na visibilidade que ela produz. Em termos de visão mesópica, estas pesquisas têm apontado no sentido das fontes de luz brancas serem mais eficientes que as amareladas.
Tabela 5.2 – Valores de eficiência luminosa para visão fotópica e escotópica
5.7. Iluminância
A iluminância tem como unidade o lux (lx) e segundo a norma EN 12665 é o quociente entre o fluxo luminoso ( ) incidente num elemento da superfície, e a área ( ) desse elemento. Ou seja, é a quantidade de fluxo luminoso recebido pela unidade de área iluminada. Matematicamente, a iluminância pode ser definida como:
Legenda:
E – Iluminância.
L – Luminância num dado ponto nas várias direcções dos raios elementares incidentes do ângulo sólido.
- Ângulo sólido.
– Ângulo entre qualquer um dos raios incidentes e a normal à superfície num dado ponto.
ISR – UC | EDP Distribuição 51 Figura 5.9 – Iluminância sobre uma superfície
Existem quatro medidas de iluminância possíveis: Horizontal.
Vertical.
Semi-cilíndrica. Hemisférica.
5.7.1. Iluminância Horizontal
Os pontos de cálculo devem estar localizados num plano ao nível do chão na área de interesse. Para cada ponto, a iluminância horizontal é calculada pela seguinte fórmula:
Legenda:
– Iluminância horizontal num ponto, em lux.
– Intensidade luminosa na direcção do ponto, em candelas (cd), normalizada por kilolumen (klm).
– Ângulo de incidência da luz no ponto, em graus.
– Altura a que se encontra a luminária, em metros.- Fluxo luminoso inicial da(s) lâmpada(s) da luminária, em klm.
– Produto do factor de manutenção do fluxo da lâmpada (LLMF) com o factor de manutenção da luminária (LMF).
ISR – UC | EDP Distribuição 52
5.7.2. Iluminância Hemisférica
Os pontos de cálculo são novamente localizados num plano ao nível do chão, na área de interesse. Para o cálculo da iluminância hemisférica num determinado ponto, recorre-se à seguinte equação:
Legenda:
– Iluminância horizontal num ponto, em lux.
– Intensidade luminosa na direcção do ponto, em cd, normalizada por klm.
– Ângulo de incidência da luz no ponto, em graus.
– Altura a que se encontra a luminária, em metros.
- Fluxo luminoso inicial da(s) lâmpada(s) da luminária, em klm.
– Produto do factor de manutenção do fluxo da lâmpada com o factor de manutenção da luminária.
5.7.3. Iluminância Semicilíndrica
Os pontos de cálculo devem estar localizados num plano a 1,5 metros acima da superfície da área de interesse. Para cada ponto, a iluminância semicilíndrica é calculada pela seguinte fórmula:
Legenda:
– Iluminância semicilíndrica num ponto, em lux.
I – intensidade luminosa na direcção do ponto, em cd, normalizada por klm.
– Ângulo entre o plano vertical que contém o caminho do raio incidente, com
o plano vertical em ângulos rectos à superfície rebatida do semicilindro (Figura 5.10).ISR – UC | EDP Distribuição 53
– Ângulo de incidência da luz no ponto, em graus.
– Altura a que se encontra a luminária, em metros.
- Fluxo luminoso inicial da(s) lâmpada(s) da luminária, em klm.
– Produto do factor de manutenção do fluxo da lâmpada com o factor de manutenção da luminária.
Figura 5.10 – Ângulos usados no cálculo da iluminância semicilíndrica
5.7.3.1. Iluminância Vertical
Os pontos de cálculo devem igualmente estar localizados num plano a 1,5 metros acima da superfície da área de interesse. Para cada ponto, a iluminância vertical é calculada pela seguinte fórmula:
ISR – UC | EDP Distribuição 54 Legenda:
– Iluminância semicilíndrica num ponto, em lux.
I – intensidade luminosa na direcção do ponto, em cd, normalizada por klm.
–
Ângulo entre o plano vertical que contém o caminho do raio de luz incidente, com o plano vertical em ângulos rectos ao plano vertical de cálculo (Figura 5.11).– Ângulo de incidência da luz no ponto, em graus.
– Altura a que se encontra a luminária, em metros.- Fluxo luminoso inicial da(s) lâmpada(s) da luminária, em klm.
– Produto do factor de manutenção do fluxo da lâmpada com o factor de manutenção da luminária.
ISR – UC | EDP Distribuição 55 5.7.3.2. Iluminância Total num ponto
A iluminância total num ponto (Ep) é a soma das contribuições (E1, E2, …, En) de
todas as luminárias que iluminam esse ponto. Ou seja:
Nota: Apenas se poderá somar iluminâncias do mesmo tipo, ou seja, horizontais com horizontais, hemisféricas com hemisféricas, etc.
5.8. Luminância
A luminância é uma medida da densidade da intensidade da luz reflectida numa dada direcção, que descreve a quantidade de luz que atravessa ou é emitida de uma superfície, segundo um ângulo sólido (∂Ω). Tem como unidade SI a candela por metro quadrado (cd/m2), igualmente conhecida por nit (nt).
Figura 5.12 – Esquematização da Luminância
Matematicamente, a luminância (L) pode ser entendida como o quociente entre a intensidade luminosa (I) e a área (A) que a reflecte segundo uma determinada direcção ( ), ou seja:
ISR – UC | EDP Distribuição 56 Ao denominador desta equação, dá-se o nome de área aparente, que não é mais do que a área projectada na direcção do observador, correspondente à área da superfície iluminada.
Figura 5.13 – Área aparente de uma superfície
O cálculo da luminância ( ) num ponto da estrada pode ser efectuado através da expressão:
Legenda:
– Intensidade luminosa (cd) normalizada por klm.
– Coeficiente de luminância reduzida para um vector de luz incidente, com coordenadas angulares ( , ) obtido através da tabela de reflexão do pavimento, em .
– Fluxo luminoso inicial de cada luminária (klm). – Produto do LLMF com o LMF.
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