Eficiência energética em iluminação pública

Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Eficiência Energética em Iluminação Pública

Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Luís Filipe Pinto Marques

Orientador: Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão

Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Eficiência Energética em Iluminação Pública

Dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Luís Filipe Pinto Marques

Orientador: Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão

Composição do Júri: Presidente:

- Doutor João Agostinho Batista de Lacerda Pavão, Professor Auxiliar da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro.

Vogais:

- Doutor Orlando Manuel de Castro Ferreira Soares, Professor Adjunto do Instituto Politécnico de Bragança.

- Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão, Professor Auxiliar da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro

Dissertação submetida à

UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO para obtenção do grau de MESTRE

em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, de acordo com o disposto no DR - 1 série - A, Decreto-Lei nº 74/2006 de 24 de Março e no

Regulamento de Estudos Pós-graduados da UTAD DR, 2ª série - Deliberação nº 2391/2007

v

Resumo

A gestão eficiente de recursos energéticos é nos dias de hoje um dos principais desafios que as sociedades modernas enfrentam, interessa fazer mais com menos.

A intensa necessidade de energia à custa dos recursos de origem fóssil finitos levaram a que as sociedades tenham de realizar uma alteração no seu comportamento quanto à utilização de energia.

As metas impostas aos edifícios públicos e autarquias quanto à redução do consumo de energia e à promoção de comportamentos que levem a um menor consumo de energia e ao combate de desperdícios garantindo a prestação de um conjunto de serviços aos cidadãos, obriga a que estas façam escolhas e promovam ações de eficiência energética. Para além disto, as autarquias devem servir de “exemplo modelo” na gestão da energia.

Numa altura em que se assiste a contingências financeiras impõe-se às autarquias novos desafios por forma a continuarem a garantir os serviços fundamentais aos seus cidadãos. Os gastos das autarquias com energia elétrica, devido à Iluminação Pública, rondam valores entre os 50% e os 67% dos gastos totais com energia elétrica. Percebe-se então a grande importância que hoje em dia as autarquias dão à Iluminação Pública tomando, por vezes, ações para diminuição desses custos que não são medidas de eficiência energética mas antes de extinção do “serviço”.

A grande maioria das autarquias não sabe a rede elétrica que tem, o número de luminárias, a potência e tecnologia das lâmpadas, etc. Assim não conhecendo o que tem não sabe realizar um plano estratégico de gestão com medidas de ação eficientes. Simultaneamente, não lhe permite colocar em concurso o fornecimento de energia e optar pelo fornecedor que apresente mais vantagens em vários aspetos a ter em conta (recursos humanos e materiais, manutenção, tempos de reparação, custos de energia).

Assim com este trabalho pretende-se realizar simulações com as medidas possíveis para melhorar a eficiência energética aplicáveis à Iluminação Pública (Reguladores de Fluxo Luminoso, luminárias com tecnologia LED, Retrofitting) evidenciando os aspetos relativos à poupança de energia, custos de investimento, custos de operação, custos de manutenção e analisando a viabilidade técnico-económica das soluções propostas.

vii

Abstract

The efficient management of energy resources is today one of the main challenges that modern societies face, interests do more with less.

The intense energy needs at the expense of finite fossil resources have meant that companies have to make a change in their behavior in the use of energy.

The targets imposed on public buildings and municipalities in reducing energy consumption and promotion of behaviors that lead to a lower energy consumption and waste combat ensuring the provision of a set of services to citizens , requires that these make choices and promote energy efficiency actions . In addition, local authorities should serve as a " model example " in energy management.

At a time when we witness the financial constraints imposed to the local authorities new challenges in order to continue to guarantee the fundamental services to its citizens. Expenditures of municipalities with electricity due to IP, round values between 50 % and 67% of total expenditure on electricity. It can be seen then the great importance that nowadays the authorities give the IP taking sometimes actions to reduce these costs that are not energy efficiency measures but rather supply the "service".

The vast majority of local authorities do not know the network that has the number of fixtures, the power and technology of lamps, etc. So not knowing does not know make a strategic management plan with effective action measures . At the same time, does not allow you to put out to tender the supply of energy and opt for the supplier to submit further advantages in various aspects to be taken into account ( human and material resources , maintenance , repair times , energy costs).

So with this work we intend to conduct simulations with possible measures to improve energy efficiency applicable to IP (Luminous Flow Regulators, lamps with LED technology, retrofitting) showing the aspects related to energy savings, investment costs, operating costs, maintenance costs and analyzing the technical and economic feasibility of the proposed solutions.

ix

Agradecimentos

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos meus pais, Rosalina e José, e ao meu irmão, Alexandre, pelo apoio, carinho e dedicação que sempre demonstraram ao longo de todo o meu percurso académico, principalmente durante a realização desta dissertação.

Queria agradecer a minha namorada, Daniela Borges, por todo o apoio, compreensão e paciência que tanto me ajudaram a percorrer este longo caminho.

Por fim gostaria de expressar um especial agradecimento ao Professor Doutor Sérgio Augusto Pires Leitão por aceitar o desafio de orientar esta dissertação, pela disponibilidade e atenção, bem como por todas as ideias e sugestões, correções, apoio e motivação.

A todos, muito OBRIGADO.

xi

Índice Geral

Índice de Tabelas ... xvii

Símbolos e Abreviaturas ... xix

1. Introdução... 1

1.1 Enquadramento ... 2

1.2 Motivação e objetivos ... 3

1.3 Organização da dissertação ... 5

2. Iluminação Pública ... 7

2.1 História da Iluminação pública em Portugal ... 8

2.2 Panorama atual ... 10

2.3 Consumo de Eletricidade em Portugal ... 11

2.4 Consumo da Iluminação Pública em Portugal ... 13

2.5 Visão ... 13

2.5.1 Acuidade Visual ... 14

2.5.2 Visão Fotópica... 15

2.5.3 Visão Escotópica ... 15

2.5.4 Visão Mesópica ... 15

2.5.6 Curva de sensibilidade do olho ... 16

2.6 Parâmetros luminotécnicos ... 17

2.6.1 Coeficiente de utilização (η) ... 17

2.6.2 Absorção (α) ... 17

2.6.3 Encandeamento Incomodativo (G)... 17

2.6.4 Encandeamento Perturbador (TI – Threshold Increment)... 17

2.6.5 Rácio de Saída de Fluxo Luminoso (LOR – Light Output Ratio) ... 18

xii

2.6.7 Fator de Manutenção da Luminosidade da Lâmpada (LLMF) ... 20

2.6.8 Fator de Sobrevivência da Lâmpada (LSF) ... 20

2.6.9 Fator de Manutenção da Luminária (LMF) ... 21

2.6.10 Rácio Envolvente (SR – Surround Ratio) ... 21

2.6.11 Fluxo Luminoso (φ) ... 23

2.6.12 Iluminância (E) ... 23

2.6.13 Iluminância Média (Emed) ... 25

2.6.14 Luminância (L) ... 25

2.6.15 Luminância Média (Lmed) ... 26

2.6.16 Diferença entre Luminância e Iluminância ... 26

2.6.17 Temperatura de Cor (K) ... 27

2.6.18 Índice de Restituição Cromática (IRC) ... 27

2.6.19 Poluição Luminosa ... 28

2.6.20 Rendimento luminoso (ε)... 29

2.7 Classificação das vias ... 29

2.7.1 Classes ME ... 29

2.7.2 Determinação da classe ME ... 30

2.7.3 Zonas de Conflito ... 33

3. Tecnologias de Lâmpadas Utilizadas em Iluminação Pública (IP) ... 35

3.1 Enquadramento ... 36

3.2 Luminárias ... 36

3.2.1 Constituição de uma Luminária ... 36

3.3 Tipos de Lâmpadas Utilizadas em IP ... 39

3.3.1 Tecnologias obsoletas ... 40

3.3.2 Tecnologias do presente ... 42

3.3.3 Tecnologias do Emergentes ... 45

3.3.4 Tecnologias de Futuro ... 48

3.4 Índice de Proteção da Luminária ... 49

3.5 Índice de Proteção Contra Impactos Mecânicos (IK) ... 52

3.6 Manutenção de Sistemas de Iluminação Pública (IP) ... 52

4. Eficiência Energética em Iluminação Pública (IP) ... 55

xiii

4.2 Eficiência Energética de uma Instalação ... 57

4.3 Medidas para economizar energia ... 58

4.3.1 Substituição de Lâmpadas ... 59

4.3.2 Balastros Eletrónicos/Regulação de fluxo... 59

4.3.3 Tecnologia LED ... 60

4.4 Cadastro da Iluminação Pública... 61

4.5 Auditoria Energética a Redes de Iluminação Pública ... 62

4.6 Sistemas de Telegestão ... 63

6.6.1 Exemplos de Sistemas de Telegestão ... 64

4.7 Sistemas de comando ... 66

5. Caso de Estudo ... 69

5.1 Enquadramento ... 70

5.2 Casos de estudo ... 70

5.3 Solução Existente ... 71

5.3.1 Cálculos Solução Existente ... 74

5.4 HPS 250W com Reguladores de Fluxo ... 76

5.4.1 Cálculos Solução com Reguladores de Fluxo ... 76

5.5 Solução Luminária LED com Dimming ... 78

5.5.1 Cálculos Solução Luminária LED com Dimming ... 80

5.6 Comparação das Soluções Analisadas ... 82

5.6.1 Energia Consumida por Ano (kWh) ... 83

5.6.2 Valor de CO2 (kg) ... 84

5.6.3 Custo associado à emissão de CO2 (€) ... 85

5.6.4 Custo da Energia Consumida Anualmente (€) ... 85

5.6.5 Resumo da Comparação das Soluções Apresentadas ... 86

5.7 Análise Económica ... 87

5.7.1 Análise Solução HPS com Reguladores de Fluxo (dimming) ... 87

5.7.2 Análise Solução Luminárias LED com Dimming ... 89

5.7.3 Análise Económica do Investimento ... 90

5.8 Software para Gestão do Cadastro de IP ... 92

xiv

5.8.2 Relatórios ... 95

6. Conclusões e Perspetivas de Trabalhos Futuros ... 97

6.1 Conclusões... 98 6.2 Trabalhos Futuros ... 99 Referências ... 101 Anexo A ... 103 Anexo B ... 105 Anexo C ... 107

xv

Índice de Figuras

Figura 1.1- Repartição de custos, após 25 anos de vida útil de uma rede de IP [2] ... 3

Figura 2.1- Primórdios da iluminação pública em Lisboa [4] ... 8

Figura 2.2 - Candeeiro de Lisboa, modelo de 1929 [4] ... 10

Figura 2.3 - Foto da Península Ibéria em 2014 [6] ... 11

Figura 2.4 - Consumo de energia, per capita, em 2014 [7] ... 11

Figura 2.5 - Consumo de energia por região em 2010 em kWh [8] ... 12

Figura 2.6 - Consumo de energia por região em 2013 em kWh [8] ... 12

Figura 2.7 – Distribuição do consumo de energia elétrica em 2013 [8] ... 13

Figura 2.8 - Representação do conceito de visão ... 14

Figura 2.9 - Acuidade visual [9] ... 14

Figura 2.10 - Gamas de luminância por tipo de visão [10] ... 16

Figura 2.11 - Curva de sensibilidade do olho humano [9] ... 16

Figura 2.12 - Esquema explicativo dos parâmetros de cálculo do Threshold Increment [11] . 18 Figura 2.13 - Imagem ilustrativa do ULOR e DLOR [10] ... 19

Figura 2.14 - Fator de manutenção de uma instalação [11]... 19

Figura 2.15 - Fator de manutenção da luminosidade da lâmpada [11]... 20

Figura 2.16 - Fator de sobrevivência da lâmpada [11] ... 21

Figura 2.17 - Fator de manutenção da luminária [10] ... 21

Figura 2.18 - Esquematização dos parâmetros para cálculo do SR [11] ... 22

Figura 2.19 - Largura máxima da estrada para cálculo do SR [11] ... 22

Figura 2.20 - Cálculo do SR para metade da largura da faixa [11] ... 23

Figura 2.21 - Largura da faixa interior ao limite que não seja obstruída [11] ... 23

Figura 2.22 - Conceito de Iluminância [11] ... 24

Figura 2.23 - Conceito de luminância (Conceito) [10] ... 25

Figura 2.24 - Ilustração da diferença entre Luminância e Iluminância [13] ... 26

Figura 2.25 - Diagrama de Planck [13] ... 27

Figura 2.26 - Poluição luminosa [10] ... 28

Figura 3.1 - Exemplo de duas topologias de iluminação diferentes utilizando apenas o dispositivo de regulação [2] ... 38

Figura 3.2 - Exemplo de compartimento de acessórios externo ao corpo da luminária ... 38

Figura 3.3 - Constituintes de uma Luminária, modelo TECEO da Schréder, com tecnologia LED [18] ... 39

xvi

Figura 3.4 - Lâmpada de Vapor de Mercúrio de Alta Pressão ... 41

Figura 3.5 - Lâmpada de Vapor de Sódio de Baixa Pressão ... 42

Figura 3.6 - Lâmpada de Vapor de Sódio de Alta Pressão ... 44

Figura 3.7 - Lâmpada de Iodetos Metálicos [2] ... 45

Figura 3.8 - Luminária LED [18] ... 46

Figura 3.9 - Via Pública iluminada com HPS à esquerda e LED a direita [22] ... 47

Figura 3.10 - Luminária de Plasma [23] ... 48

Figura 4.1 - Eficiência Energética [27] ... 58

Figura 4.2 - Balastro Eletrónico ... 60

Figura 4.3 - Exemplo do cadastro de uma rede de IP [29] ... 62

Figura 4.4 - Ilustração de um sistema interativo [18] ... 66

Figura 4.5 - Exemplo da aplicação de uma fotocélula [18] ... 67

Figura 4.6 - Ilustração do funcionamento dos sensores de deteção de movimento [18] ... 67

Figura 4.7 - Níveis de dimming mediante a hora do dia [18] ... 68

Figura 5.1 - Solução existente na Avenida da Noruega – Vila Pouca de Aguiar ... 71

Figura 5.2 - Resultados do cálculo luminotécnico da via em estudo [34] ... 73

Figura 5.3 - Solução proposta TECEO 1 [36] ... 79

Figura 5.4 - Gráfico comparativo da energia consumida por ano [27] ... 83

Figura 5.5 - Gráfico comparativo do valor de CO2 [27] ... 84

Figura 5.6 - Gráfico comparativo do custo associado à emissão de CO2 [27] ... 85

Figura 5.7 - Gráfico comparativo do custo da energia consumida anualmente [27] ... 85

Figura 5.8 - Comparação das soluções apresentadas [27] ... 86

Figura 5.9 - Gráfico relativo ao cash-flow da solução LED c/ dimming ... 92

Figura 5.10 - Ambiente de desenvolvimento do Software ... 93

Figura 5.11 - Formulário de Gestão do Cadastro [27] ... 94

xvii

Índice de Tabelas

Tabela 2.1 - Índices de IRC para diferentes aplicações [10] ... 28

Tabela 2.2 - Classes ME [14] ... 29

Tabela 2.3 - Tabela de pesos atribuídos por parâmetro especificado [14] ... 30

Tabela 2.4 - Classificação da via mediante a sua velocidade [14] ... 31

Tabela 2.5 - Classificação do volume de tráfego [14] ... 31

Tabela 2.6 - Classificação da luminância ambiente [14] ... 32

Tabela 2.7 - Valores de referência para as diferentes zonas (P1, P2, P3) [14] ... 32

Tabela 2.8 - Classificação das zonas de conflito [11] ... 33

Tabela 3.1 - Significado do primeiro dígito do índice IP [11] ... 50

Tabela 3.2 - Significado do segundo dígito do índice IP [11] ... 51

Tabela 3.3 - Proteção conta impactos mecânicos (IK) ... 52

Tabela 4.1 - Classificação das instalações mediante a sua eficiência energética [11] ... 58

Tabela 5.1 - Atribuição de fatores de peso ... 72

Tabela 5.2 - Características da solução HPS 250W ... 75

Tabela 5.3 - Características da solução HPS 250W com dimming ... 78

Tabela 5.4 - Características da solução LED com dimming ... 82

Tabela 5.5 - Comparação das Soluções Analisadas ... 82

Tabela 5.6 – Características da Solução LED c/ Dimming ... 91

Tabela 5.7 - Características do Investimento... 91

xix

Símbolos e Abreviaturas

ADENE Agência Para a Energia CE Certificado Energético

CIE Commission Internationale de L’Eclairage CO2 Dióxido de Carbono

CPI Centro Português de Iluminação DLOR Downward Light Output Ratio

DREEIP Documento de Referência para a Eficiência Energética na Iluminação Pública EDP Energias de Portugal

FM Fator de Manutenção

FML Fator de Manutenção da Luminária

FMLL Fator de Manutenção da Luminosidade da Lâmpada FSL Fator de Sobrevivência da Lâmpada

Fu Fator de Utilização GWh Gigawatt hora

HID High Intensity Discharge HPM High Pressure Mercury HPS High Pressure Sodium IMD Intensidade Média Diária IP Iluminação Pública

IRC Índice de Restituição de Cor

IV Infravermelhos

kWh Quilowatt hora LED Light Emitting Diode

lm Lumen

LOR Light Output Ratio LPS Low Pressure Sodium

nm Nanómetro

ns Nano segundos

OLED Organic Light Emitting Diode

PNAEE Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética PT Posto de Transformação

xx TI Threshold Increment

Ti Aumento limiar

ton Tonelada

UE União Europeia

ULOR Upward Light Output Ratio UV Ultravioleta

VBA Visual Basic for Applications

1

CAPÍTULO

1.

Introdução

Neste capítulo será feito o enquadramento do tema em discussão nesta dissertação. Serão também apresentados os objetivos da mesma, a motivação que levou o autor a desenvolver a presente investigação, bem como a sua estrutura.

2 1.1 Enquadramento

O principal propósito da iluminação da pública é o de proporcionar boa visibilidade, precisa e confortável durante a noite. Essas qualidades de visibilidade podem proteger e facilitar o tráfego de veículos e peões. Assim sendo a Iluminação Pública deve: [1]

 Funcionar como elemento de interação social;

 Promover ambiências simbólicas e psicológicas;

 Funcionar como linguagem visual;

 Respeitar e interagir com a paisagem noturna;

 Ter um impacto direto no comércio e no setor do turismo.

Além de reduzir a criminalidade e aumentar a perceção de segurança, a iluminação pode ajudar as autoridades no exercício da sua atividade e cumprimento da lei.

A iluminação, segundo vários estudos publicados, reduz o número e gravidade dos acidentes rodoviários no período noturno, até 30%.

Uma iluminação suficiente ajuda os serviços de emergência a desempenhar as suas funções, após o anoitecer, com segurança e eficácia. Portanto, a iluminação pública é essencial para permitir que a vida continue depois de escurecer.

No caso concreto do trafego de veículos, a iluminação deverá proporcionar ao condutor uma circulação em segurança, na velocidade estipulada e com razoável confiança, garantindo que este possa visualmente determinar o seguinte: [1]

 Possíveis obstáculos, ou defeitos, a uma razoável distância de modo a induzi-lo numa condução defensiva;

 Os limites da via de modo a que este possa manter o veículo na posição correta dentro da faixa;

 A localização e o significado de sistemas ou sinais de trânsito, afetos ao código de estrada;

 A deteção de objetos/veículos móveis dentro ou próximos da via e futura rota de deslocação dos mesmos.

3 1.2 Motivação e objetivos

Esta dissertação foi pensada no âmbito de um tema muito atual que é a eficiência energética, e a necessidade de se utilizarem sistemas que ajudem a diminuir os custos com a energia elétrica. Para além disso com esta dissertação pretende-se aprofundar os conhecimentos nesta área e apresentar algumas soluções que apresentarão viabilidade tanto do ponto de vista energético como de investimento/exploração para a implementação das mesmas.

A crise económica que se fez sentir a partir de 2008 originou a necessidade de novas preocupações por parte dos responsáveis em relação à minimização dos custos relativos à Iluminação Pública.

Figura 1.1- Repartição de custos, após 25 anos de vida útil de uma rede de IP [2]

Como se pode comprovar através da análise da figura 1.1, os custos associados a um sistema de iluminação podem ser divididos em dois grupos, os custos de investimento inicial e os custos operacionais, onde neste segundo grupo estão incluídos os custos com a manutenção e o consumo de energia. Assim sendo, fica claro onde se deve atuar de maneira a reduzir os custos associados à iluminação, ou seja, é imperativo encontrar sistemas que possibilitem reduzir o consumo de energia elétrica, utilizando sistemas mais eficientes, garantindo no mínimo a mesma segurança e conforto. Da mesma maneira, é possível reduzir, com sistemas inteligentes de telegestão, os custos associados à manutenção e operação das redes de IP.

45%

15% 40%

4 Os principais objetivos desta dissertação encontram-se resumidos nos 5 pontos-chave apresentados imediatamente a seguir:

 Perceber quão importante é a Iluminação Pública nas suas mais diversas vertentes: segurança, bem-estar das populações, promoção de ambientes, iluminação de edifícios, etc.

 Identificar os principais parâmetros luminotécnicos e como a luz influência a visão humana;

 Conhecer a legislação nacional e internacional aplicável e o Documento de Referência para a Eficiência Energética na Iluminação Pública (DREEIP);

 Realizar simulações com as medidas possíveis para melhorar a eficiência energética aplicáveis à IP (Reguladores de Fluxo Luminoso, luminárias com tecnologia LED, Retrofitting) evidenciando os aspetos relativos à poupança de energia, custos de investimento, custos de operação, custos de manutenção, analisando a viabilidade técnico-económica das soluções propostas;

5 1.3 Organização da dissertação

Esta dissertação está organizada em 6 capítulos, no capítulo 1 é apresentada a introdução ao tema da tese, a motivação da mesma, os objetivos e a sua organização.

No capítulo 2 é feita uma breve referencia a história da iluminação pública, onde irão ser abordados alguns aspetos como o panorama atual e o consumo de eletricidade em Portugal. Serão também abordados os principais parâmetros luminotécnicos, a influência da luz sobre a visão humana e as classes ME.

No capítulo 3, serão apresentadas as tecnologias de iluminação utilizadas em IP, as vantagens e desvantagens das diferentes tecnologias e os principais constituintes de uma luminária. No capítulo 4, será realizado um estudo exaustivo das medidas de eficiência energética possíveis de implementar em IP.

No capítulo 5, recorrendo a um caso real, serão realizadas simulações aplicando medidas para melhorar a eficiência energética da rede de IP, entre as quais os reguladores de fluxo e luminárias com tecnologia LED, evidenciando os aspetos relativos à poupança de energia, emissões de CO2 e analisando a viabilidade técnico-económica das soluções propostas. No capítulo 6, são apresentadas as conclusões dos estudos apresentados na dissertação, e os possíveis trabalhos futuros que se podem realizar de forma a melhorar a eficiência energética.

7

CAPÍTULO

2.

Iluminação Pública

Neste capítulo será feita uma breve referência à história da iluminação pública, fazendo o seu enquadramento no panorama atual, uma abordagem aos principais parâmetros luminotécnicos e à influência da luz sobre a visão humana.

8 2.1 História da Iluminação pública em Portugal

A iluminação pública surgiu pela primeira vez na cidade industrial de Birmingham, no Reino Unido, no final dos anos trinta do seculo XVIII. As primeiras experiências com eletricidade tiveram lugar na Place de la Concorde, em Paris no ano de 1844, iluminando o obelisco de Luxor. A iluminação de um monumento público, de forma a torná-lo visível à noite, destacando-o dos restantes edifícios, consistiu num exercício de embelezamento, que rapidamente se expandiu a outras cidades.

Em Portugal, a iluminação púbica surgiu pela primeira vez na cidade de Lisboa em 1780, o azeite era o combustível [3].

Figura 2.1- Primórdios da iluminação pública em Lisboa [4]

A partir de 1848 aCompanhia Lisbonense de Iluminação a Gás inicia o seu serviço de iluminação pública a gás, através da criação de uma rede de canalizações subterrâneas. Os seus candeeiros iluminavam a zona central da cidade e, pouco a pouco, foram-se estendendo a toda a cidade. Os candeeirosadotados tinham armações de base retangular em que o sistema (de espalhador) era aceso manualmente pelo chamado vaga-lumes.

A partir de 1889 é a Companhia Gás de Lisboaa responsável pela iluminação públicada capital. Instala a sua fábrica junto à Torre de Belém e usa um novo sistema de iluminação - o sistema demanga incandescente, com um maior poder iluminante, que foi capaz de concorrer com aeletricidade durante muitos anos.

Mas é esta mesma empresa, devido ao seu contrato com a Câmara, a responsável pela introdução da iluminação elétrica em Lisboa. Com candeeiros de arco voltaico de grandes

9 dimensões (8 a 10 metros), a Av. da Liberdade foi a primeira artéria da capital a receber a nova iluminação. A partir da introdução das lâmpadas elétricas de incandescência na iluminação pública os candeeiros elétricos voltam a diminuir de altura, e a substituição generalizada da iluminação a gás pela eletricidade (a partir de 1919) leva à adaptação dos velhos candeeiros de gás à eletricidade. Nascem assim novas armaduras características deste período: o bico de pato, o aro, etc.

A partir dos finais dos anos vinte, o sistema novaluxtráz consigo outro tipo de armadura – o nabo, com o seu vidro translúcido, que dá uma nova luminosidade à cidade. Mais tarde é a introdução das lâmpadas de vapor de mercúrio, que eleva de novo os candeeiros adaptando a iluminação a um outro fenómeno urbano: o trânsito rodoviário.

Já mais recentemente, a partir da crise do petróleo de 1973, as lâmpadas devapor de sódio, e outras vêm reduzir o consumo de eletricidade, mantendo o nível de luminosidade. [4]

Se as diferenças dentro de Lisboa ainda eram significativas, as diferenças entre esta o resto do país eram ainda mais acentuadas. A chegada da iluminação artificial deu-se muito lentamente com muitas áreas rurais a só serem eletrificadas já depois de 1974. Só vários anos apos a adesão à comunidade europeia, em 1986, é que se atingiu uma taxa de cobertura do território de 95% para a distribuição da energia elétrica. A aplicação de fundos comunitários nos primeiros anos de adesão teve uma parte muito significativa canalizada para projetos de eletrificação do território. [5]

As questões relacionadas com a segurança noturna têm sido cada vez mais estudadas. Não existem dados que associem diretamente a noite à criminalidade, mas há uma forte associação entre noite e insegurança porque a falta de luz natural tem implicações sobre o modo como as pessoas se sentem e se comportam. A escuridão perturba e torna as pessoas mais sensíveis e vulneráveis. É devido a isto que a luz artificial surge como um poderoso instrumento, capaz de redesenhar e organizar os espaços, oferecendo visibilidade e dando proteção. À medida que aumenta a quantidade de luz colocada no espaço público aumenta a perceção de segurança, ou seja, quanto mais iluminado é um determinado espaço ou percurso, maior segurança é transmitida às pessoas que frequentam ou atravessam, pois através da luz artificial, é permitido o conhecimento e o domínio do espaço iluminado. [5]

10

Figura 2.2 - Candeeiro de Lisboa, modelo de 1929 [4]

2.2 Panorama atual

Atualmente a iluminação pública afigura-se como um elemento-chave para o planeamento e o uso dos espaços públicos à noite, desempenhando um papel crucial no projeto urbano. Planear e iluminar significa estabelecer guias para o design, a orientação das luminárias, as intensidades e os tipos de luz, ao mesmo tempo que se assegura a eficiência energética, originando qualidade de vida em termos de segurança e bem-estar e minimizando riscos ambientais. [5]

Cada vez mais os municípios escolhem os equipamentos de iluminação de forma a conferir ao urbanismo um novo mecanismo de decisão: a luz artificial. A iluminação deixou de ser escolhida ao acaso, e passou a ser incluída como elemento de desenho urbano, contribuindo para o processo de desenvolvimento, diferenciando espaços e gerando qualidade de vila para os cidadãos, as cidades e as regiões. [5]

Na figura 2.3 tem-se uma foto tirada da Estação Espacial Internacional a cerca de 400 quilómetros da terra, e onde podemos observar a iluminação pública na Península Ibérica, à data de 2014.

11

Figura 2.3 - Foto da Península Ibéria em 2014[6]

2.3 Consumo de Eletricidade em Portugal

Como podemos ver na figura 2.4, em Portugal cada pessoa consome em média cerca de 4848kWh. É um valor que se mantém um pouco abaixo dos ditos países desenvolvidos, como por exemplo a Alemanha que tem um consumo de cerca de 8000kWh, per capita, e a Islândia com cerca de 52000kWh per capita.

12 Como é de notar nas figuras 2.5 e 2.6, de 2010 até 2013 houve um decréscimo no consumo de energia elétrica em quase todas as regiões de Portugal, tal facto deve-se á crise que se instalou no nosso país desde 2008 e ao constante desenvolvimento de equipamentos com maior eficiência energética.

Esta crise levou, e ainda leva, muitos municípios portugueses a repensar as suas estratégias de poupança. Uma das áreas onde ainda há um longo caminho a percorrer ao nível de poupança é a área energética. Partindo da expressão “interessa fazer mais com menos” que é no fundo o que interessa aos municípios, conseguir garantir cada vez melhores condições e serviços aos seus cidadãos, tendo sempre como meta a atingir a poupança. Para conseguir atingir essa meta são necessárias medidas de eficiência energética, as quais serão discutidas no Capitulo 4. De notar que o suprimento de serviços de forma a poupar energia não é uma medida de eficiência energética.

Figura 2.5 - Consumo de energia por região em 2010 em kWh [8]

Figura 2.6 - Consumo de energia por região em 2013 em kWh [8] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 4225,8 5552,2 4803,8 5755,8 5217,4 3179,7 3285,3 CO N SUM O KW H

Consumo de energia em 2010

Consumo de enrgia em 2013

13 2.4 Consumo da Iluminação Pública em Portugal

Figura 2.7 – Distribuição do consumo de energia elétrica em 2013 [8]

Como podemos observar pela figura 2.7, a iluminação pública representou 3% do consumo de energia elétrica no ano 2013 em Portugal. Para alguns municípios os custos energéticos associados à iluminação pública representam cerca de 70% das despesas com a fatura de energia elétrica [9]. Do gráfico também podemos concluir que em 2013 a indústria representou 37% do total da energia consumida, 26% correspondem ao setor não-doméstico, 27% ao setor doméstico, 2% à agricultura e 5% aos edifícios do estado.

Se adicionar os consumos relativos à iluminação pública e os edifícios do estado, temos 8% de energia consumida nesses dois setores, que é uma parcela muito significativa e onde as autarquias podem efetuar uma intervenção praticamente direta, pois aí estão englobados todos pontos suscetíveis de intervenção. Assim sendo, com a crescente preocupação com a redução das faturas com a energia elétrica e a sustentabilidade energética, os municípios têm uma vasta área de ação onde podem obter consideráveis poupanças económicas de maneira a emagrecer os seus orçamentos, e quiçá poder fazer-se notar na carga fiscal dos contribuintes.

2.5 Visão

Osolhossão os órgãos sensoriais da visão e captam aluzque incide sobre aretina,que é uma superfície parabólica de tecido vivo formado por célulasfotorreceptores. Essas células captam a luz e transformam essa energia luminosa em impulsos nervosos que são levadas pelo nervo ótico para o cérebro, para que lá sejam interpretados. Os olhos são as ferramentas com as quais o cérebro cria o campo visual, enquanto o cérebro é o órgão que processa os estímulos provenientes dos olhos criando a imagem visual. O conceito de visão encontra-se esquematizado na figura 2.8

27% 26% 37%

2% 3% 5%

Consumo de energia em Portugal

Doméstico Não Doméstico Indústria

14

Figura 2.8 - Representação do conceito de visão

2.5.1 Acuidade Visual

A acuidade visual relaciona-se com a capacidade de resolução espacial de dois pontos e depende da densidade dos recetores na retina e do poder de refração do sistema das lentes óticas. Por outras palavras, a acuidade visual é a capacidade que o olho tem de reconhecer separadamente, com nitidez e precisão, objetos muito pequenos e próximos entre si.

As distâncias na retina são referidas em termos de ângulo visual (θ). Assim, a capacidade do olho em distinguir dois pontos está associada a um certo valor de ângulo visual. Quantitativamente pode afirmar-se que a acuidade visual é o inverso do ângulo mínimo sob o qual os olhos conseguem distinguir um pormenor [9].

Figura 2.9 - Acuidade visual [9]

Existem vários fatores que influenciam a acuidade visual, tais como: [9]

 Adaptação – capacidade que o olho humano possui para se ajustar a diferentes níveis de intensidade luminosa, mediante os quais a pupila irá dilatar ou contrair;

 Acomodação – é o ajustamento das lentes do cristalino do olho de modo a que a imagem esteja permanentemente focada na retina;

 Contraste – é a diferença de luminância entre um objeto que se observa e o seu espaço envolvente;

15

 Idade – a capacidade visual de uma pessoa diminui com a idade, uma vez que, com o passar dos anos, o cristalino endurece, perdendo a sua elasticidade, tornando mais complicada a tarefa de focalização das imagens dos objetos.

2.5.2 Visão Fotópica

É a designação dada à sensibilidade do olho em condições de intensidade luminosa que permitam a distinção das cores. Na generalidade corresponde à visão diurna. No olho humano a visão fotópica faz-se principalmente pela ativação dos cones que se encontram na retina [9].

2.5.3 Visão Escotópica

É a visão produzida pelo olho em condições de baixa luminosidade. No olho humano os cones não funcionam em condições de baixa luminosidade (noturna), o que determina que a visão escotópica seja produzida exclusivamente pelos bastonetes, o que impossibilita a perceção das cores [9].

2.5.4 Visão Mesópica

É a designação dada à combinação da visão fotópica e da visão escotópica, que ocorre em situações de luminosidade baixa, mas não tão baixa que elimine de todo a componente fotópica da visão [9].

Na CIE191:2010 [9], que tem como objetivo definir e recomendar um sistema de fotometria mesópica de fácil implementação na prática, já são apresentados valores da intensidade luminosa na visão mesópica, nomeadamente onde a visão periférica prevalecer.

Este sistema de fotometria considera a diferença entre a visão mesópica e fotópica para um intervalo de luminância entre 5 cd/m2e 0,005 cd/m2e tem em consideração as diferentes fontes de luz através dos seus rácios S/P*. No entanto, a utilização do rácio S/P permanece ainda algo subjetiva, carecendo de normalização.

Existindo ainda algumas indefinições sobre as classes onde poderá ser aplicada a visão mesópica, recomenda-se a utilização de luz branca em zonas pedonais (classe P), pelas comprovadas mais-valias que introduz ao espaço e maior sensibilidade à luz (brilho) na visão periférica [9].

*Rácio do output luminoso da fonte de luz, avaliado de acordo com a função de eficiência luminosa do espectro escotópico da CIE [V’(λ)], e o output luminoso da fonte de luz, avaliado de acordo com a função de eficiência luminosa do espectro fotópico da CIE [V’(λ)] [9].

16

Figura 2.10 - Gamas de luminância por tipo de visão [10]

2.5.6 Curva de sensibilidade do olho

Define a sensibilidade do olho ao longo do dia. A curva define desde as condições de boa iluminação (> 3cd/m²) que ocorrem durante o período diurno, onde a visão é mais nítida, detalhada e as cores se distinguem perfeitamente, (denominada de visão fotópica, atingindo um valor máximo aos 555nm – amarelo-esverdeado).

Quando os níveis de luminância são inferiores a 0,25 cd/m², a sensação de cor não existe e a visão é mais sensível aos tons azuis e à luz (denominada de visão escotópica, com um valor máximo aos 493nm – azul-esverdeado).

Nas situações existentes entre estes valores, a capacidade para distinguir as cores diminui em conformidade com a diminuição da quantidade da luz, variando a sensibilidade aos tons amarelados para os tons azuis (denominada de visão mesópica) [9].

17 2.6 Parâmetros luminotécnicos

2.6.1 Coeficiente de utilização (η)

Relação entre o fluxo luminoso recebido por um corpo (φ) e o fluxo total emitido por uma fonte de luz (φе). [11]

𝜂 =

Φ_𝑒 [%] (e.q. 2.1)

2.6.2 Absorção (α)

Relação entre o fluxo luminoso absorvido por um corpo (φa) e o fluxo recebido por um corpo

(φ). [11]

𝛼 =

Φ [%]

2.6.3 Encandeamento Incomodativo (G)

Corresponde à perda de faculdades de visualizar os objetos, agudeza visual, provocando simultaneamente fadiga ocular, em condições dinâmicas. O índice de deslumbramento incomodativo é determinado pelo somatório do índice específico da luminária (IEL) e do valor real da instalação (VRI). [11]

𝐺 = 𝐼𝐸𝐿 + 𝑉𝑅𝐼

2.6.4 Encandeamento Perturbador (TI – Threshold Increment)

Também chamado incremento limite (TI), é uma medida que permite quantificar a perda de visibilidade causada pelo encandeamento das luminárias de iluminação pública.

Neste caso, um objeto que está no limite da visibilidade deixa de ser visível devido ao encandeamento. Caso se pretenda que o objeto seja visível nestas condições, há que aumentar o nível de contraste – este incremento corresponde ao TI. [11]

𝑇𝐼 =

× 𝐿

𝐿

= 10 ∑

=

+

+ ⋯ +

+ ⋯ +

18

Legenda:

 𝐿̅ - Luminância média da estrada (cd/m2₎

 𝐿𝑣 - Luminância escandeante (veiling luminanca) equivalente (cd/m2)

 𝐸𝑘 – Iluminância (em lux, baseada no fluxo inicial da lâmpada em lumens) produzida pela luminária k,

num plano normal à linha de visão e À altura do olho do observador

 𝜃 – Ângulo, em graus, do arco entre a linha de visão e a linha desde o observador ao centro da luminária k.

Figura 2.12 - Esquema explicativo dos parâmetros de cálculo do Threshold Increment [11]

2.6.5 Rácio de Saída de Fluxo Luminoso (LOR – Light Output Ratio)

O rácio de saída do fluxo luminoso (LOR) pode ser entendido como o quociente entre o fluxo luminoso (ϕ) total de uma luminária (medido em condições práticas específicas com a sua fonte de luz e equipamento auxiliar) e a soma dos fluxos luminosos individuais (ϕ) dessas mesmas fontes de luz, quando operadas fora da luminária com o mesmo equipamento auxiliar e condições práticas. [11]

𝐿𝑂𝑅 =

∑ 𝜙_{𝑓𝑜𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑧 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙}

Para a realização de um projeto de IP eficiente convém conhecerem-se dois conceitos derivados do LOR, ou seja: [11]

 Rácio de Saída do Fluxo Luminoso Ascendente – Upward Light Output Ratio (ULOR)

 Rácio de Saída do Fluxo Luminoso Descendente – Downward Light Output Ratio (DLOR)

19

O ULOR de uma luminária é o rácio entre o fluxo emitido para cima, pela luminária, com a

soma dos fluxos luminosos individuais dessas mesmas fontes de luz quando operadas fora da luminária.

O DLOR de uma luminária é o rácio entre o fluxo emitido para baixo, pela luminária, com a

soma dos fluxos luminosos individuais dessas mesmas fontes de luz quando operadas fora da luminária.

Figura 2.13 - Imagem ilustrativa do ULOR e DLOR [10]

2.6.6 Fator de Manutenção (FM)

O fator de manutenção (FM) de uma instalação é o rácio da iluminância num determinado momento [E(t)], com a iluminância inicial (E0). [11]

20 O valor do fator de manutenção poderá afetar significativamente a potência da fonte de luz a instalar, bem como o número de luminárias necessárias para alcançar os valores de iluminância/luminância especificados. [11]

𝐹𝑀 = 𝐿𝐿𝑀𝐹 × 𝐿𝑆𝐹 × 𝐿𝑀𝐹

2.6.7 Fator de Manutenção da Luminosidade da Lâmpada (LLMF)

O fator de manutenção da luminosidade da lâmpada (fonte de luz) é dado pelo rácio entre o fluxo luminoso da lâmpada num dado momento da sua vida (

ø

ø

Figura 2.15 - Fator de manutenção da luminosidade da lâmpada [11]

2.6.8 Fator de Sobrevivência da Lâmpada (LSF)

O fator de sobrevivência da lâmpada é definido pela fração do número total de lâmpadas que continuam a funcionar num dado momento e sob determinadas condições. [EN 12665:2002] [12]

21

Figura 2.16 - Fator de sobrevivência da lâmpada [11]

O fator de sobrevivência de uma lâmpada depende da quantidade de horas de funcionamento.

2.6.9 Fator de Manutenção da Luminária (LMF)

O fator de manutenção da luminária é o rácio do LOR de uma luminária num dado momento (LOR(t)), com o LOR dessa mesma luminária no seu início de vida (LOR0). [11]

Figura 2.17 - Fator de manutenção da luminária [10]

2.6.10 Rácio Envolvente (SR – Surround Ratio)

Um dos principais objetivos na IP é providenciar uma boa iluminação na superfície das ruas e estradas de modo a que os obstáculos sejam facilmente identificáveis.

No entanto, a parte superior de objetos mais altos na estrada, e os objetos que se encontram nas laterais das vias (particularmente em secções curvas), são vistos apenas se existir uma boa iluminação na envolvência, ou seja, na sua vizinhança.

22 Com efeito, uma iluminação adequada da zona envolvente à via possibilita ao utilizador uma melhor perceção da sua situação, fazendo ajustamentos devidos de velocidade e trajetória a tempo.

A função do rácio envolvente (SR) é assegurar que o fluxo luminoso direcionado para a periferia das vias seja suficiente para tornar perfeitamente visíveis os corpos aí existentes. Assim, incrementa-se, por exemplo, a segurança dos peões nos passeios.

O SR é definido como sendo a iluminância média horizontal nas duas faixas longitudinais exteriores aos limites laterais de uma faixa de rodagem de viaturas, dividida pela iluminância média horizontal de duas faixas longitudinais dessa estrada, adjacentes aos seus limites. [11]

Figura 2.18 - Esquematização dos parâmetros para cálculo do SR [11]

A largura de cada uma dessas faixas longitudinais definidas, para o cálculo do rácio envolvente, terá de ser a mesma. [11]

O seu valor será o mínimo dos valores das seguintes três hipóteses:

 5 Metros

23

 Metade da largura da estrada

Figura 2.20 - Cálculo do SR para metade da largura da faixa [11]

 Largura da faixa exterior ao limite da estrada que não esteja obstruída

Figura 2.21 - Largura da faixa interior ao limite que não seja obstruída [11]

Em qualquer um dos casos o rácio envolvente (SR) poderá ser calculado através da iluminância média (Ē) das várias faixas, pela seguinte expressão: [11]

𝑆𝑅 =

Ē2+ Ē3 (e.q. 2.8)

2.6.11 Fluxo Luminoso (φ)

Entende-se por fluxo luminoso a quantidade de luz emitida em todas as direções por uma fonte de luz. A unidade é o lúmen (lm). [11]

2.6.12 Iluminância (E)

A iluminância tem como unidade o lux (lx) e, segundo a norma EN 12665 [12], é o quociente entre o fluxo luminoso incidente num elemento da superfície (∂ϕ) e a área desse elemento (∂A). Ou seja, é a quantidade de fluxo luminoso recebido pela unidade de área iluminada.

24

𝐸 =

𝜕𝐴

= ∫

𝐿. cos(𝜃) . 𝜕Ω

Onde:

 E – Iluminância.

 L - Luminância num dado ponto nas várias direções dos raios elementares incidentes do ângulo sólido.

 ∂ϕ - Ângulo sólido.

 Θ - Ângulo entre qualquer um dos raios incidentes e a normal à superfície num dado ponto.

Figura 2.22 - Conceito de Iluminância [11]

Existem quatro medidas de iluminância possíveis: [11]

 Horizontal (Eh), vulgarmente designada apenas por Iluminância (E).

 Vertical (Ev).

 Semi-cilíndrica (Esc).

 Hemisférica (Ehem).

Tendo em conta o que foi apresentado podemos deduzir que quanto maior for o fluxo luminoso incidente sobre uma superfície, maior será a iluminância. Do mesmo modo, mantendo-se o fluxo luminoso, a iluminância será tanto maior quanto menor for a área a iluminar. [11]

25 Apresentam-se de seguida alguns exemplos práticos de níveis de iluminância comuns: [13]

 Verão, ao meio-dia, sob um céu limpo 100 000 lux

 Iluminação pública 5 - 30 lux

 Lua cheia, numa noite clara 0,25 lux

2.6.13 Iluminância Média (Emed)

Média aritmética de todos os pontos de iluminância calculados sobre a superfície da via. A unidade é lux. [11]

2.6.14 Luminância (L)

A luminância (L) é uma medida da densidade da intensidade da luz refletida numa dada direção, 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). [11]

Figura 2.23 - Conceito de luminância (Conceito) [10]

A luminância (L) pode ser entendida como o quociente entre a intensidade luminosa (I) e a área (A) que a reflete segundo uma determinada direção (θ), ou seja:

𝐿 =

𝐴.cos (𝜃)

(𝑐𝑑/𝑚

₎

26 Apresentam-se de seguida alguns exemplos práticos de níveis de luminância comuns: [13]

 Superfície da Lua 0.5 cd/m2

 Calçada bem iluminada 2 cd/m2

2.6.15 Luminância Média (Lmed)

Média aritmética de todos os pontos de luminância calculados sobre a superfície da via. A unidade é cd/m².

2.6.16 Diferença entre Luminância e Iluminância

Como mostra a figura 2.24, a iluminância é a quantidade de fluxo luminoso incidente numa unidade de área. A luminância corresponde ao fluxo luminoso emitido por uma unidade de área de uma superfície numa determinada direção (mede a luz tal como é percebida pelo olho humano).

Assim sendo superfícies com diferentes propriedades de reflexão terão a mesma iluminância, mas luminâncias diferentes.

O bom conhecimento das características da reflexão da luz em pavimentos rodoviários é, portanto, de grande importância para alcançar um design de iluminação preciso [13].

27 2.6.17 Temperatura de Cor (K)

Definir a temperatura de cor de determinada fonte de luz, implica relacionar a cor da fonte de referência (corpo negro - Planck) aquecida a determinada temperatura e medida em graus Kelvin.

O diagrama cromático CIE mostra a evolução deste diagrama de Planck (também conhecido como diagrama de corpo negro) através das diferentes cores.

Como exemplo, uma fonte de luz que tem uma temperatura de cor de 6000K emite uma luz branca fria, isto pode ser confirmado no diagrama de corpo negro para uma temperatura de 6000K.

Figura 2.25 - Diagrama de Planck [13]

De notar que quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz. O conceito de luz quente ou fria relaciona-se com a tonalidade de cor que a fonte de luz apresenta ao ambiente.

As fontes luminosas podem variar entre 2000 K até mais de 10 000 K. Do ponto de vista técnico a tonalidade da luz que irradia uma fonte de luz conhece-se pela sua temperatura de cor.

2.6.18 Índice de Restituição Cromática (IRC)

A restituição de cor está relacionada com a forma como os objetos surgem sob o efeito de uma luz branca. Com índice de IRC baixo, os objetos poderão parecer com as cores alteradas em

28 relação à sua aparência natural. Com um IRC elevado, os objetos terão uma aparência mais natural. Quanto maior o IRC, melhor será a restituição de cor. Sendo que o valor máximo de IRC é igual a 100 (luz solar). As fontes de luz com IRC superior a 80 são consideradas excelentes para um reconhecimento de cor. [13]

Tabela 2.1 - Índices de IRC para diferentes aplicações [10]

Qualidade desejada IRC Aplicações

Apreciação o mais exata

possível das cores ≥ 90

 Laboratórios

 Salas de Impressão

Restituição de cor aceitável ≥ 70

 Escritórios

 Escolas

 Lojas Restituição de cor não

suficiente 60 < IRC < 70  Oficinas mecânicas Sem qualquer exigência de

restituição de cor ≤ 60

 Armazéns

 Estradas secundárias

2.6.19 Poluição Luminosa

Pode ser definida como sendo qualquer efeito adverso causado ao meio ambiente pela luz artificial excessiva, ou mal direcionada, nomeadamente quando a luz artificial é emitida horizontalmente e pelo hemisfério superior. [11]

29 2.6.20 Rendimento luminoso (ε)

O rendimento de uma fonte de luz é a relação entre o fluxo luminoso emitido pela mesma e a unidade de potência elétrica consumida para o obter. A unidade é lm/W. [11]

𝜀 =

𝑃

[

lm/W

]

2.7 Classificação das vias 2.7.1 Classes ME

A determinação da classe ME será feita de acordo com a tabela 2.2 [14]

Tabela 2.2 - Classes ME [14]

Classe da Via Luminâncias da superfície da via em condições secas Deslumbramento Perturbador Iluminação Envolvente Luminância média Lm (cd/m2) Uniformidade Global U0 Uniformidade longitudinal U1 Aumento limiar TI (%) Relação Entorno SR ME3 a 1,00 0,40 0,70 15 0,50 b 0,60 ME4 a 0,75 0,40 0,60 15 0,50 b 0,50 ME5 0,50 0,35 0,40 15 0,50 ME6 0,30 0,35 0,40 15 0,50

Para a iluminação pública funcional, os níveis médios calculados não deverão ultrapassar 120% nem serem inferiores a 95% dos níveis de referência da tabela 2.2 [14]

 a – é permitido um aumento de 5% no valor do TI quando forem usadas fontes de iluminação com baixa luminância (lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão e fluorescentes tubulares, ou então fontes de luz com luminância idêntica ou inferior).

 b – significa que este critério apenas poderá ser aplicado em locais onde não existam zonas de tráfego com os seus próprios requisitos adjacentes às faixas de rodagem. É um valor não ótimo (com uma uniformidade longitudinal mais baixa) normalizado.

30 2.7.2 Determinação da classe ME

A determinação da classe ME será feita de acordo com a tabela 2.3: [14]

Tabela 2.3 - Tabela de pesos atribuídos por parâmetro especificado [14]

Parâmetro Opção Fator de Peso

Velocidade Muito Alta 1 Alta 0,5 Moderada ou Reduzida 0 Volume de Tráfego Muito Elevado 1 Alto 0,5 Moderado 0 Baixo -0,5 Muito Baixo -1 Composição do Trânsito Elevada percentagem de não motorizados 2 Misturado 1 Apenas Motorizado 0

Separação de Faixas Não 1

Sim 0

Densidade de Cruzamentos

Alta 1

Moderada 0

Veículos Estacionados Presente 1

Não Presente 0

Luminância Ambiente

Alta 1

Moderada 0

Baixa -1

Controlo do Trânsito Fraco 0,5

31 Para a determinação da classe ME, e de acordo com a metodologia seguida pela CIE115, deve proceder-se do seguinte modo:

1. Atribuir, apropriadamente, um fator de peso a cada trâmite especificado (já atribuído na tabela para efeitos de normalização);

2. Somar todos esses fatores selecionados, obtendo um valor “Total”;

3. Introduzir esse valor na equação: Índice (ME) = 6 – Total, obtendo o índice da classe ME.

De notar que poderá ser necessário arredondar o valor de “Total” para o número inteiro mais baixo, ou mesmo limitar o intervalo de valores possíveis entre [0 - 6].

Para determinar as opções para a velocidade devemos ter, como referência, os valores apresentados na tabela 2.4

Tabela 2.4 - Classificação da via mediante a sua velocidade [14]

Para determinação das opções para o volume de tráfego deverão ser utilizados, como referência, os valores de IMD (diurno e noturno) da tabela 2.5

Tabela 2.5 - Classificação do volume de tráfego [14]

Volume de tráfego Índice de veículos (por dia)

Muito Baixo Inferior a 4000

Baixo 4000 a 15000

Moderado 15000 a 25000

Alto 25000 a 40000

Muito Alto Superior a 40000

Caberá ao projetista, em situações especiais (por exemplo determinação do volume de tráfego), realizar a avaliação em alinhamento com a entidade responsável.

Velocidade Índice de valores (km/h)

Moderada ou Reduzida [0 ; 70[

Alta [70 ; 100]

32 Para determinação das opções para a luminância ambiente, deverá ser utilizado, como referência, o seguinte: [14]

Tabela 2.6 - Classificação da luminância ambiente [14]

Luminância Ambiente Caracterização

Baixa Zonas Rurais, nomeadamente zonas onde a IP seja a única fonte de iluminação

Moderada Zonas com contribuição de iluminação de sinaléticas, spots publicitários e contribuição residencial

Alta

Centros Urbano com grande quantidade de iluminação decorativa, montras e outros sistemas de iluminação de exteriores (ex.: estacionamentos)

Para além das classificações já referidas anteriormente, existem também as zonas pedonais, ciclovias e jardins, que podem ser classificados mediante três tipos de classificação (Classes P):

P1 – zonas de utilização noturna intensa e zonas de insegurança elevada; P2 – zonas de utilização noturna moderada;

P3 – zonas de utilização noturna baixa.

Os níveis indicados na tabela 2.7 são valores de referência que poderão alterados pois haverá zonas pedonais/praças, no interior do perímetro urbano, em que devem entrar outras variáveis ou critérios ligados a um determinado conceito – e para estes casos os níveis podem ser mais elevados (e.g. uma zona pedonal comercial). [14]

Tabela 2.7 - Valores de referência para as diferentes zonas (P1, P2, P3) [14]

Zonas Nível Médio Nível Mínimo

Classe de Intensidade Luminosa Iluminação Envolvente P1 15 lux 6 lux D6 0,50 P2 10 lux 3 lux D6 0,50 P2 7,5 lux 1,5 lux D6 0,50

33 2.7.3 Zonas de Conflito

As zonas de conflito surgem quando as vias de circulação se intersectam ou desembocam em áreas frequentadas por pedestres, ciclistas ou outros utilizadores, como por exemplo:

 Cruzamentos;

 Rotundas;

 Estradas de ligação com largura e número de faixas reduzidas;

 Zonas de centros comerciais, etc..

A existência destas áreas resulta, portanto, num aumento da probabilidade de colisão entre os diversos utilizadores da estrada. Logo a iluminação destas zonas deverá revelar em especial a:

 Posição dos passeios e lancis;

 Marcas e sinalizações da estrada;

 Movimentação dos veículos na vizinhança da área;

 Presença dos pedestres, outros utilizadores (ex. ciclistas) e de eventuais obstáculos.

De acordo com a CIE115 estas zonas deverão ter um índice igual ou superior a qualquer das estradas adjacentes, devendo ser utilizada a tabela 2.8:

Tabela 2.8 - Classificação das zonas de conflito [11]

Classe da Estrada Adjacente Classe da Área de Conflito ME1 ME1 ME2 ME1 ME3a ME2 ME4a ME3a ME5 ME4a ME6 ME5

35

CAPÍTULO

3.

Tecnologias de Lâmpadas Utilizadas

em Iluminação Pública (IP)

36 3.1 Enquadramento

Dos diferentes tipos de tecnologias existentes, os três seguintes pontos identificam os principais elementos que constituem uma rede de iluminação pública:

 Lâmpadas – são a fonte luminosa logo têm como objetivo produzir uma radiação ótima visível.

 Luminárias – contribuem diretamente para uma distribuição eficiente da luz no ambiente e o conforto visual das pessoas. Além dos seus requisitos básicos de manter uma boa conexão mecânica e elétrica entre as lâmpadas e os equipamentos auxiliares, deve proporcionar a segurança necessária para a instalação, bem como a correta emissão do fluxo luminoso da lâmpada no ambiente sem causar ofuscamento. [15]

 Aparelhagem auxiliar – balastro, condensador e arrancador. São utilizados apenas nas lâmpadas de HID (High Intensity Discharge). Nas luminárias com lâmpadas LED utiliza-se o driver.

Lâmpadas de HID ou lâmpadas de descarga de alta intensidade, não possuem filamento e são constituídas por um tubo de descarga onde se encontra um determinado gás. Dentro do tubo de descarga encontram-se dois elétrodos que vão fazer com que o gás presente no tubo emita luz. [16]

3.2 Luminárias

Uma luminária de iluminação pública é um conjunto ótico, elétrico e mecânico, com a função de distribuir e controlar a luz emitida pela lâmpada.

As luminárias devem satisfazer os seguintes requisitos [2]:

 Dirigir o fluxo luminoso para obter a repartição luminosa desejada, com o melhor rendimento possível.

 Evitar o encandeamento e a poluição luminosa.

 Satisfazer as especificações elétricas que garantem a segurança e o bom funcionamento.

 Proteger, o melhor possível, as lâmpadas e os dispositivos elétricos e óticos das influências atmosféricas.

 Promover a dissipação de calor.

3.2.1 Constituição de uma Luminária

37

 Refletor - é uma superfície que existe no interior da luminária e que reflete a luz, fazendo um melhor aproveitamento da luz. Os refletores podem ser de:

 Alumínio (metalizado, anodizado ou polido);  Vidro espelhado;

 Plásticos espelhados;

 Chapa de aço esmaltada ou pintada de branco.

 Refrator – é construído em vidro ou em material plástico, que garante uma resistência adequada a choques mecânicos e às condições climatéricas. Reservam-se à alteração da distribuição do fluxo luminoso.

 Difusor – é um mecanismo que evita que a luz seja enviada diretamente da lâmpada para os objetos ou pessoas.

 Ignitor - é um dispositivo que promove o arranque em lâmpadas de descarga, gera impulsos de tensão de valor superior ao valor de tensão de alimentação da lâmpada.

 Balastro – é um equipamento elétrico cuja função é a de limitar o valor da corrente durante o funcionamento de lâmpadas de descarga, estes mecanismos podem ser magnéticos ou eletrónicos.

 Condensador de compensação – este equipamento é usualmente utilizado para gerar energia reativa com vista a correção do fator potência.

 Suporte das lâmpadas - assegura o contato elétrico com o equipamento auxiliar e a manutenção da posição das lâmpadas mesmo quando a luminária é sujeita a vibrações.

 Corpo da luminária - serve de suporte mecânico para todos os outros elementos, pode ainda desempenhar as funções do sistema ótico. Este componente deve permitir o fácil acesso às lâmpadas e outra aparelhagem.

 Órgão de fixação da luminária - é o elemento responsável pela fixação da luminária à coluna, pode ser fixo ou admitir a regulação da posição da luminária.

 Dispositivo de regulação – é um mecanismo que permite ajustar a posição da lâmpada em relação ao sistema ótico ou vice-versa, assegurando uma maior versatilidade de utilização.

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Figura 3.1 - Exemplo de duas topologias de iluminação diferentes utilizando apenas o dispositivo de regulação [2]

 Compartimento de acessórios – quando falamos de uma luminária, o termo acessórios, contempla toda a aparelhagem auxiliar necessária ao bom funcionamento das lâmpadas, sendo basicamente o balastro, condensador e ignitor (quando necessário). Em determinados tipos de luminárias, esta aparelhagem é colocada, dentro do próprio corpo da luminária, pelo que não se pode, propriamente, falar em compartimento separado. Noutros casos, a aparelhagem é colocada num compartimento exterior ao corpo da luminária. [2] Como podemos observar na Figura 3.2, a luminária possui um compartimento de acessórios, designado de “Compartimento eletrónica IP66”, onde se encontra toda a aparelhagem auxiliar. Neste caso o compartimento de acessórios está localizado dentro da luminária.

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Figura 3.3 - Constituintes de uma Luminária, modelo TECEO da Schréder, com tecnologia LED [18]

3.3 Tipos de Lâmpadas Utilizadas em IP

A lâmpada é o componente cuja funcionalidade visa a produção de uma radiação eletromagnética no espectro visível. São vários os tipos de lâmpadas que podem ser utilizadas como fontes luminosas num sistema de iluminação pública. Estas diferenciam-se mediante as suas características técnicas e económicas, e dos seus parâmetros de desempenho, nomeadamente [2]:

 Índice de restituição de cor (IRC);

 Temperatura de cor (K);

 Fluxo luminoso (ϕ);

 Eficiência luminosa (lm/W);

 Potência (W);

 Tempo de vida (h);

 Fator de sobrevivência da lâmpada (FSL);

40 Pode-se classificar as lâmpadas usadas na iluminação pública por ordem cronológica da sua Tecnologia como [2] [10]:

 Tecnologias obsoletas: o Incandescentes.

o Vapor de mercúrio de alta pressão.

 Tecnologias do presente:

o Lâmpadas compactas fluorescentes o Vapor de sódio de baixa pressão. o Vapor de sódio de alta pressão. o Iodetos metálicos.  Tecnologias emergentes: o Indução. o LED.  Tecnologias do futuro: o Plasma. o OLED. o COLED.

o Incandescentes mais eficientes.

Na tecnologia de HID, entram as lâmpadas de vapor de mercúrio, vapores de sódio e iodetos metálicos.

3.3.1 Tecnologias obsoletas

Dentro das tecnologias obsoletas (ou do passado) é de realçar as lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão (HPM). Este tipo de lâmpada tem como princípio de funcionamento a descarga entre dois elétrodos, localizados no interior de um tubo no qual existe uma mistura de mercúrio, sob alta pressão e árgon.

Durante o processo de aquecimento, o mercúrio vaporiza-se gradualmente, sendo emitida uma luz de fraca intensidade. Alguns modelos têm também uma camada de pó fluorescente, com o intuito de produzir radiação vermelha na parte interior do involucro, cujo objetivo e transformar parte da radiação ultravioleta (UV) emitida em luz visível. Esta prática constitui uma melhoria significativa no aspeto da luz emitida, mas não se traduz numa melhoria expressiva do

41 rendimento luminoso nem do índice de restituição de cor (IRC).

Existem também lâmpadas de luz mista em que o tubo de descarga com o mercúrio se encontra ligado a um filamento de lâmpada incandescente, como forma de melhoramento do espectro luminoso. No entanto, para evitar a redução drástica da vida útil da lâmpada, é necessário reduzir a temperatura de funcionamento do filamento, o que leva, inerentemente a uma redução do rendimento luminoso.

Neste tipo de lâmpadas apenas 15% da energia é convertida em radiação visível, sendo os restantes 85% transformados em perdas por convecção, condução e em radiação IV e UV. Como equipamentos auxiliares são necessários o balastro e o condensador. [19]

Figura 3.4 - Lâmpada de Vapor de Mercúrio de Alta Pressão

As principais características das lâmpadas de HPM são: [2] [19]

 Eficiência luminosa baixa: 36 a 60 lm/W.

 Índice de restituição de cores baixo: 40 a 57.

 Tempo médio de vida baixo: 10 000 a 16 000 horas.

 Temperatura de cor de 3000 a 5000 K.

 Tempo de arranque e de re-arranque: 4 e 6 minutos.

 Necessitam de aparelhagem auxiliar: balastro e condensador.

42 3.3.2 Tecnologias do presente

Vapor de Sódio de Baixa Pressão (LPS)

As lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão (LPS) têm como principio de funcionamento a descarga num tubo de vidro especial em forma de U, contendo uma atmosfera composta de néon e árgon, além do sódio, onde se forma o arco elétrico, com um elétrodo em cada extremidade, desenhado para refletir a radiação infravermelha (IV), cujo objetivo e garantir uma temperatura suficientemente elevada para que seja possível a vaporização do sódio, permitindo assim a emissão de luz visível.

As LPS constituem a fonte de luz mais eficiente entre todas as lâmpadas, no que respeita a consumos energéticos e iluminação produzida, dado o seu elevado rendimento luminoso e longo período de duração de vida.

Este tipo de lâmpadas possuem a capacidade de manter um fluxo luminoso constante ao longo da sua vida útil, aumentando ligeiramente o consumo à medida que se aproxima do fim de vida. Têm um rendimento luminoso muito elevado, no entanto devido a apresentar um espectro monocromático na faixa do amarelo, tem um índice de restituição de cor muito baixo, próximo de zero, e uma temperatura na ordem dos 1800K aos 2000K. Em termos tempo de vida útil o seu desempenho não e brilhante, situando-se em media, nas 16 000 horas.

Para o seu funcionamento é necessário o arrancador, o balastro e condensador como equipamentos auxiliares. [19]