Soluções para Melhorar a Eficiência Energética na Iluminação Pública
Por
Margarida João Aguiar Marinho
Orientador: Sérgio Augusto Pires Leitão
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 – I série – A, Decreto-Lei n.º 74/2006 de 24 de Março e no
Regulamento de Estudos Pós-Graduados da UTAD DR, 2.ª série – Deliberação n.º 2391/2007
________________________________________________________________________________ iii
Soluções para Melhorar a Eficiência Energética na Iluminação Pública
Por
Margarida João Aguiar Marinho
Orientador: Sérgio Augusto Pires Leitão
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 – I série – A, Decreto-Lei n.º 74/2006 de 24 de Março e no
Regulamento de Estudos Pós-Graduados da UTAD DR, 2.ª série – Deliberação n.º 2391/2007
________________________________________________________________________________ v Orientação Científica:
Sérgio Augusto Pires Leitão
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias
________________________________________________________________________________ vii
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Vogal do Júri: Salviano Filipe Silva Pinto Soares
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharias
________________________________________________________________________________ ix
Resumo
A produção / transformação de energia está na origem de 80% das emissões de gases com efeito de estufa na União Europeia (UE), a iluminação pública é uma área importante de consumo energético. Atualmente existem uma variedade de soluções tecnológicas que permitem diminuir esse consumo e o correspondente impacte ambiental.
Este trabalho centra-se na compreensão das principais formas de iluminação e a sua comparação, analisando o que pode ser feito para diminuir o consumo de energia na Iluminação Pública (IP) nas sociedades atuais. A segurança dos cidadãos, os custos dessa energia e a necessidade de aumentar a eficiência energética procurando melhorar as soluções de iluminação existentes e a adoção de novas soluções.
Com o caso de estudo levado a cabo, pretende-se, estudar as vantagens inerentes à substituição de uma solução existente por outra com melhor desempenho energético, aliada à redução de custos e de emissões de CO2.
________________________________________________________________________________ xi
Abstract
The production / processing power is the source of 80% of emissions of greenhouse gases in the European Union (EU), lighting is an important area of energy consumption. Currently there are a variety of technological solutions that will cut their consumption and the associated environmental impact.
This work focuses on the understanding of the main forms of lighting and its comparison, analyzing what can be done to reduce energy consumption in public lighting (IP) in contemporary societies. The safety of citizens, the costs of this energy, and the need to increase energy efficiency seeking to improve existing lighting solutions and the adoption of new solutions.
With the case study conducted, it is intended to study the advantages inherent to replace an existing solution for another with better energy performance, coupled with lower costs and CO2 emissions.
________________________________________________________________________________ xiii
Agradecimentos
Aos meus pais e irmãs, a quem dedico este trabalho, pela ajuda, pelo ânimo, por tudo o que já fizeram por mim e pelo que ainda hão-de fazer ao longo da minha vida, por todo o vosso amor e compreensão, a vós dedico com particular reconhecimento e gratidão esta dissertação. Ao meu namorado, que me incentivou a avançar com o meu percurso académico, e que me acompanhou ao longo deste caminho com compreensão e paciência, sem me deixar desistir. A minha avó Maria, que apesar de todas as “maldades” que lhe fiz, tem sido o meu anjo da guarda.
Ao Professor Doutor Sérgio Leitão, por aceitar orientar este trabalho, pelas sugestões, correções e, principalmente, pelo seu apoio e motivação.
E a todos aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste trabalho. A todos, muito obrigada.
________________________________________________________________________________ xv
Índice
Resumo... ix
Abstract ... xi
Agradecimentos ... xiii
Índice de Figuras ... xix
Índice de Gráficos ... xxi
Índice de Tabelas ... xxiii
Abreviaturas e Símbolos... xxv
Lista de Símbolos ... xxvii
Capítulo I – Introdução ... 1
1.1 Enquadramento ... 1
1.2 Objetivos ... 1
1.3 Trabalho Desenvolvido ... 2
1.4 Organização da Dissertação ... 2
Capítulo II – Iluminação Pública Exterior ... 3
2.1 Introdução ... 3
2.2 Aparência de Cor / Restituição Cromática ... 5
2.2.1 Fonte de Luz ... 5
2.3 Definições e Grandezas Luminotécnicas ... 7
2.4 Lâmpadas utilizadas em IP e suas características ... 12
2.5 Luminárias utilizadas em IP e suas características ... 16
2.6 Tecnologia Led ... 18
2.6.1 O funcionamento do LED ... 19
2.6.1.1 Temperatura da Cor ... 20
2.6.1.2 O tempo de vida útil ... 21
2.6.1.3 Vantagens e Desvantagens da Iluminação a Leds ... 21
________________________________________________________________________________ xvi
2.6.3 Regulamentação aplicável ... 24
Capítulo III – Caracterização de Estudo de Caso ... 27
3.1 Distribuição de lâmpadas por tecnologia e potência no concelho de Lamego em 2010 ... 27
3.2 Soluções existentes ... 27
3.2.1 Reguladores de fluxo Luminoso ... 29
3.3 Caso Prático ... 30
3.3.1 Regulamentos Normativos Aplicáveis ... 31
3.3.2 Considerações Gerais... 31
3.3.3 Nível de Luminância ... 32
3.3.4 Parâmetros de Uniformidade ... 33
3.3.5 Graus de Limitação do Encadeamento ... 33
3.3.6 Orientação Visual ... 34
3.3.7 Características das Fontes de Luz ... 34
3.3.8 Luminárias ... 35
3.3.9 Descrição da Instalação de Iluminação Pública ... 35
3.3.10 Rede de Distribuição de Baixa Tensão ... 36
3.3.11Caracterização da solução existente ... 37
3.4 Caso Prático – Soluções Propostas ... 40
3.4.1 Solução existente – Lâmpadas VSAP de 250W ... 42
3.4.1.1Cálculos ... 43
3.4.2 Solução proposta 1 – Lâmpadas VSAP de 250W com dimming ... 45
3.4.2.1 Cálculos ... 45
3.4.3 Solução proposta 2 – Luminária a Led com dimming ... 46
3.4.3.1 Cálculos ... 48
3.4.4 Comparação das soluções propostas ... 49
Capítulo IV – Conclusões e Trabalho Futuro ... 63
________________________________________________________________________________ xvii 4.2 Trabalho Futuro... 63 Bibliografia ... 65 Anexos ... 69
________________________________________________________________________________ xix
Índice de Figuras
Figura 2.1 – Iluminação Pública em Lisboa……….…..…………3
Figura 2.2 – Fluxo Luminoso de uma lâmpada (lm) ………7
Figura 2.3 – Intensidade Luminosa (cd)………8
Figura 2.4 – Iluminância (lx)……….8
Figura 2.5 – Curva de Distribuição Luminosa (cd) no plano transversal e longitudinal para uma lâmpada fluorescente isolada (A) ou associada a um refletor (B) ………9
Figura 2.6 – Luminância (cd/m2)………..9
Figura 2.7 – Contraste (C)………...10
Figura 2.8 – Temperatura de Cor (K)……….……….10
Figura 2.9 – Lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão………....13
Figura 2.10 – Lâmpada de vapor de sódio de alta pressão………...……14
Figura 2.11 – Lâmpada de vapor de sódio de baixa pressão………15
Figura 2.12 – Lâmpada de iodetos metálicos……….…..15
Figura 2.13 – Constituição de um Led………16
Figura 2.14 – Exemplos de luminárias de iluminação pública……….……17
Figura 2.15 - Lâmpada de Leds………...19
Figura 2.16 – Exemplo de uma luminária com Leds………....24
Figura 3.1 – Av. Afonso Henriques, Lamego……….30
Figura 3.2 – Colunas com braço simples na Av. Afonso Henriques – Lamego………….…...37
Figura 3.3 – Colunas com braço duplo na Av. Afonso Henriques – Lamego…...……….…...38
________________________________________________________________________________ xx
Figura 3.5 – Solução existente na Av. Afonso Henriques - Lamego…...……….….42 Figura 3.6 – Solução proposta a Leds…..………47 Figura 3.7 – Comparação da restituição da cor entre as luminárias de Leds e VSAP, respetivamente………...………….48
________________________________________________________________________________ xxi
Índice de Gráficos
Gráfico 3.1 – Comparação da energia consumida, custo de energia e consumo de CO2 entre a
solução existente e a solução de VSAP com dimming.………51 Gráfico 3.2 – Comparação da solução de VSAP com a solução de VSAP com dimming, com 0% de taxa de inflação e sem custos de CO2……….…………..53
Gráfico 3.3 – Comparação da solução de VSAP com a solução de VSAP com dimming, com 3% de taxa de inflação e sem custos de CO2.………....……….….…….54
Gráfico 3.4 – Comparação da solução de VSAP com a solução de VSAP com dimming, com 0% de taxa de inflação e com custos de CO2………...55
Gráfico 3.5 – Comparação da solução de VSAP com a solução de VSAP com dimming, com 3% de taxa de inflação e com custos de CO2………...56
Gráfico 3.6 – Comparação da energia consumida, custo de energia e consumo de CO2 entre a
solução existente e a solução a Leds……….……...56 Gráfico 3.7 – Comparação da solução de VSAP com a solução de Led com dimming, com 0% de taxa de inflação e sem custos de CO2……….58 Gráfico 3.8 – Comparação da solução de VSAP com a solução de Led com dimming, com 3% de taxa de inflação e sem custos de CO2……….59 Gráfico 3.9 – Comparação da solução de VSAP com a solução de Led com dimming, com 0% de taxa de inflação e com custos de CO2……….60
Gráfico 3.10 – Comparação da solução de VSAP com a solução de Led com dimming, com 3% de taxa de inflação e com custos de CO2………...61
________________________________________________________________________________ xxiii
Índice de Tabelas
Tabela 2.1 – Aparência de cor……….……….5 Tabela 2.2 – Eficácia medida em lm/w………6 Tabela 2.3 – Índice de restituição de cores e exemplos de aplicação………..………..11 Tabela 2.4 – Temperatura de cor, escada de cor……….….20 Tabela 3.1 – Tipo e número de lâmpadas existentes no concelho de Lamego em 2010………...…27 Tabela 3.2 – Diagrama operacional do regulador de fluxo Stabilux……….30 Tabela 3.3 – Características das lâmpadas a utilizar………35 Tabela 3.4 – Resumo da Luminância e Iluminância…..………...……43 Tabela 3.5 – Características da solução existente...………..44 Tabela 3.6 – Características da primeira solução proposta com lâmpadas VSAP com dimming………...……….…..46 Tabela 3.7 – Características da segunda solução proposta a Led………...…….………..49 Tabela 3.8 – Comparação das soluções propostas.………..50
________________________________________________________________________________ xxv
Abreviaturas e Símbolos
A Ampere AD Armário de Distribuição Artº artigo BT Baixa Tensão C Contraste ºC grau Celsius cd candelaCDL Curva de Distribuição Luminosa CIE Commission International d’Eclairage cm centímetros
CO2 Dióxido de Carbono
cos cosseno
Dec. Lei Decreto-lei DGE Direção Geral de Energia E Iluminância
EDP Empresa de Distribuição de Energia, SA EN European Norm
EU União Europeia
h horas
________________________________________________________________________________ xxvi
IP Iluminação Pública
IRC Índice de Restituição de Cor K Temperatura da Cor = grau kelvin L Luminância
Led Light Emiting Diode
lm lúmen lx lux LV luminância de Véu m metros mm milímetro MT Média Tensão NP Norma Portuguesa PT Posto de Transformação
Q0 Coeficiente médio de luminância
QREN Quadro de Referência Estratégica Nacional
r Coeficiente reduzido de luminância da superfície da estrada Ra Índice de Restituição de Cores
RSRDEEBT Regulamento de Segurança das Redes de Distribuição de Energia Elétrica em Baixa Tensão
S1 Grau de especularidade da superfície
T Temperatura da cor
________________________________________________________________________________ xxvii
U0 Coeficiente de Uniformidade Geral
U1 Coeficiente de Uniformidade Longitudinal
V Volt
VM Vapor de Mercúrio
VMAP Vapor de Mercúrio de Alta Pressão VSAP Vapor de Sódio de Alta Pressão VSBP Vapor de Sódio de Baixa Pressão
W Watt
Lista de Símbolos
F Fluxo Luminoso % Percentagem ± mais ou menos ≤ menor ou igual Ø Diâmetro Ω Ohm______________________________________________________________________________________________ 1
Capítulo I – Introdução
1.1 Enquadramento
A Iluminação Pública (IP) abrange diversas áreas, nomeadamente a iluminação rodoviária e de espaços públicos em geral, é um dos fatores que contribui para o bem-estar e segurança dos cidadãos, como tal é imprescindível que haja uma atenção permanente à eficiência na IP. No caso da IP a eficiência é avaliada segundo três aspetos: eficiência luminotécnica, eficiência energética e eficiência estética. Em termos gerais, a IP deve corresponder às características mínimas recomendadas pelas normas emanadas pela Commission International d’Éclairage (CIE) as quais pretendem garantir um mínimo de eficiência luminotécnica (Voltimum, 2012).
1.2 Objetivos
A IP assim como os seus respetivos custos de exploração, que são do encargo dos municípios e representam, em geral, entre 60 e 70% da fatura de energia elétrica das autarquias. Os municípios têm como principal objetivo a redução de consumos e, como consequência, a diminuição de custos municipais com a energia elétrica para a IP assim como a preocupação com o meio ambiente, a diminuição de emissões de gases de efeito de estufa, mais concretamente de CO2.
Assim, e tendo em consideração os consumos que a IP apresenta no quadro atual, o objetivo passa por reduzir os mesmos. Presentemente existem várias soluções possíveis, algumas delas passam pela substituição das lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (VSAP) por Led, a regulação de fluxo luminoso de maneira a garantir uma iluminação melhor nas horas de maior tráfego pedonal / rodoviário e redução nas restantes horas.
O trabalho que se irá desenvolver visa, entre outras, avaliar a introdução da tecnologia Led, no município de Lamego, com vista à redução do consumo elétrico e, consequentemente, a redução das emissões de CO2 para a atmosfera, um fator decisivo para se alcançar a necessária sustentabilidade energética, em concordância com o programa 20-20-20 até 2020 da União Europeia (EU), aprovada pela Resolução do Conselho de Ministros n.º 29/2010, de 15 de Abril.
______________________________________________________________________________________________ 2
A eficiência energética no sector da IP centra-se na redução das emissões de CO2 e consequentemente redução da fatura energética.
1.3 Trabalho Desenvolvido
O trabalho desenvolvido engloba várias fases, nomeadamente:
- Estudo da evolução histórica da iluminação em Portugal, particularmente no que respeita à IP. Análise das soluções utilizadas na IP, analisando as diferentes tecnologias de lâmpadas aplicadas;
- Análise das novas soluções utilizadas para a implementação da IP. É feita referência a algumas medidas de utilização racional de energia e de eficiência energética na IP, com exposição de alguns dos sistemas de iluminação atuais, bem como as novas tecnologias de iluminação energeticamente eficientes, já existentes no mercado.
- Estudo de Caso – apresentação e caracterização da zona viária a estudar, com análise de situações concretas de implementação de novas soluções;
- No capítulo 4, expõem-se as conclusões retiradas deste trabalho. 1.4 Organização da Dissertação
Além deste capítulo introdutório, que propõe enquadrar o trabalho desenvolvido, bem como apresentar os objetivos traçados, esta dissertação é composta por mais três capítulos.
No capítulo 2, apresenta-se uma fundamentação teórica acerca da iluminação pública exterior pública, algumas definições e grandezas luminotécnicas, bem como a descrição de lâmpadas e luminárias, usualmente aplicáveis na iluminação pública, bem como algumas das suas características.
No capítulo 3, faz-se a apresentação e caracterização do estudo de caso, apresentando a metodologia adotada.
No capítulo 4, são referidas as principais conclusões e contribuições desta dissertação, e apontam-se algumas diretivas e recomendações de trabalho futuro.
______________________________________________________________________________________________ 3
Capítulo II – Iluminação Pública Exterior
2.1 Introdução
No imaginário popular a noite esteve sempre associada a todos os perigos - insegurança, criminalidade, desconforto. Até à vulgarização da iluminação, assim que o Sol desaparecia, as pessoas refugiavam-se em casa. Os espaços públicos só eram desfrutados depois do pôr-do-sol quando a luz artificial, como uma fogueira, ou a luz natural, o luar, o permitiam (Alves, 2006).
A primeira cidade do mundo a ter IP com base na eletricidade foi Birgminghan no Reino Unido, nos anos 30 do século XVIII. As primeiras experiências de iluminação com eletricidade em Paris foram em 1844 com a iluminação do obelisco de Luxor na Praça da Concórdia (Alves, 2006).
Em Portugal a IP surge em 1780, em Lisboa, conforme ilustrado na Figura 2.1, com o governo de Pina Manique, e utilizava o azeite como combustível (Serrão, 1979).
Figura 2.1 – Iluminação Pública em Lisboa
Em 1840, para iluminar Lisboa existiam 2.328 candeeiros que consumiam entre 12.000 a 13.000 almudes1 de azeite por ano. Os custos elevadíssimos da queima de azeite levaram à
procura de soluções alternativas. Queimavam-se velas de sebo, azeite de oliveira e de
______________________________________________________________________________________________ 4
purgueira, resinas, petróleo e gás, até a energia pura da eletricidade erradicar o processo da queima para a obtenção de luz. Mas o benefício da eletricidade só se divulga na capital a partir da primeira guerra. A difusão da luz elétrica pelo território nacional encalhou nas barreiras de um país rural de povoamento disperso. A cobertura elétrica só chegou na década de 90 (Maduro, 2007).
A IP é um dos fatores que contribui para o bem-estar e segurança dos cidadãos, como tal é necessário encontrar formas de maximizar a eficiência dos sistemas de iluminação pública, sob pena de se pagar uma elevada fatura energética cada vez mais difícil de comportar (Lourenço, 2010).
Um bom projeto de IP deve assegurar que os peões tenham uma boa visibilidade dos limites do espaço onde circulam e também a inexistência de zonas de pouca luminosidade. No caso dos veículos deve ser assegurado que estes detetem com facilidade eventuais obstáculos na via (Teixeira, 2003).
Na IP a eficiência é avaliada segundo três aspetos: eficiência luminotécnica, eficiência energética e eficiência estética. Em termos gerais, a IP deve corresponder às características mínimas recomendadas pelas normas emanadas pela CIE as quais pretendem garantir um mínimo de eficiência luminotécnica.
A IP, assim como os seus respetivos custos, é em Portugal, da responsabilidade dos municípios e representa, em geral, entre 60 e 70% da fatura de energia elétrica das autarquias. Os municípios têm como principal objetivo, a redução de consumos energéticos mantendo um serviço satisfatório e, como consequência, a redução de custos municipais com energia elétrica para a IP. Para além disso, têm preocupações com o meio ambiente, com a redução de emissões de gases de efeito de estufa, mais concretamente de CO2. A eficiência energética no
sector da IP centra-se na redução das emissões de CO2 e redução da fatura energética.
Hoje em dia existem no mercado diversas soluções e tecnologias que permitem melhorar a eficiência energética da IP, reduzindo os consumos de CO2 associados à produção de energia
elétrica, assim como permitir a redução dos consumos com a energia, mantendo os níveis efetivos de iluminação adequados.
______________________________________________________________________________________________ 5
O aumento da eficiência energética pode passar pela simples troca de lâmpadas e equipamentos obsoletos por tecnologia mais eficiente, até sistemas de controlo de iluminação mais eficazes (Vaz, 2010).
Em IP são utilizados vários tipos de lâmpadas, sendo que a sua maioria trata-se de lâmpadas de descarga em gases por serem mais eficientes que lâmpadas de halogéneo e mesmo que os Leds. No entanto os Leds são uma tecnologia relativamente recente e em desenvolvimento, o rendimento luminoso tem vindo a ser melhorado e segundo alguns autores é apresentado como o futuro da iluminação (Schréder, 2008).
2.2 Aparência de Cor / Restituição Cromática
A constituição espectral da luz irradiada por uma lâmpada, determina a cor aparente da fonte de luz, assim como a constância na forma de reproduzir as cores das matérias iluminadas. Esta característica, muito importante em iluminação interior e monumental, não é relevante em IP rodoviária.
2.2.1 Fonte de Luz
A Temperatura e Restituição Cromática, Eficácia, Tamanho, Vida Média e Manutenção do Fluxo são alguns dos critérios que em fase de projeto nos auxiliam na escolha das fontes de luz.
O aspeto de cor das lâmpadas, classifica-se em três categorias, como se indica na Tabela 2.1:
Tabela 2.1 – Aparência da Cor
Temperatura de cor (K) Aparência de Cor > 5000 Fria - Branco azulado 3300 - 5000 Neutra - Branca
______________________________________________________________________________________________ 6
Dependendo da zona a iluminar e do nível de iluminação necessário é que poderá ser efetuada a escolha do tipo de aparência de cor, habitualmente, utilizam-se fontes de luz com maior temperatura de cor sempre que pretendemos obter um maior nível de iluminância.
A restituição cromática, mede-se através do parâmetro IRC ou Ra, e mostra como uma fonte de luz reproduz as cores de um objeto iluminado, comparando-o com uma fonte de luz artificial. Um objeto encontra-se mais próximo da sua cor real, quanto maior for o IRC, considera-se um IRC de 100 como sendo o ideal.
Os valores da restituição cromática podem ser distribuídos em três categorias: § Ra <80 - reprodução normal;
§ Ra 80 – 90 - reprodução de luxo; § Ra> 90 - reprodução especial de luxo.
A eficácia luminosa, medida em lm/W, é outro dos critérios a ter em atenção na escolha da fonte de luz. Quanto maior for a eficácia luminosa da lâmpada, menor será o número de lâmpadas necessário, logo menor será a potência instalada.
Para as lâmpadas de descarga, usualmente utilizadas na IP, consideram-se os valores de eficácia luminosa, apresentados na Tabela 2.2:
Tabela 2.2 – Eficácia medida em lm/W Eficácia luminosa
50 - 80 lm/W Média Sódio branco
80 - 100 lm/W Normal Iodetos metálicos
______________________________________________________________________________________________ 7
A vida média das lâmpadas, é sem dúvida, um parâmetro importante, pois quanto maior for o seu tempo de vida média, menor serão os custos com a manutenção.
2.3 Definições e Grandezas Luminotécnicas
Para um melhor entendimento das grandezas luminotécnicas, segue-se uma breve descrição de alguns conceitos luminotécnicos (Osram, 2010).
Fluxo Luminoso (Φ) – é a quantidade total de luz emitida por uma fonte luminosa, por
unidade de tempo, como mostra a Figura 2.2.
Unidade - lúmen (lm)
Figura 2.2 – Fluxo Luminoso de uma lâmpada (lm)
Intensidade Luminosa (I) – é uma medida do fluxo luminoso emitido, por unidade de
ângulo sólido, numa determinada direção, como mostra a Figura 2.3.
______________________________________________________________________________________________ 8
Figura 2.3 – Intensidade Luminosa (cd)
Iluminância (E) – é uma medida do fluxo luminoso incidente por unidade de superfície,
como se verifica a Figura 2.4.
Unidade - lux (lx)
(1 lux = 1 lm/m2)
Figura 2.4 – Iluminância (lx)
Curva de Distribuição Luminosa (CDL) – é a representação da Intensidade Luminosa em
todos os ângulos em que ela é direcionada num plano, como mostra a Figura 2.5.
______________________________________________________________________________________________ 9
Figura 2.5 – Curva de Distribuição Luminosa (cd) no plano transversal e longitudinal para uma lâmpada fluorescente isolada (A) ou associada a um refletor (B)
Luminância (L) – é a intensidade luminosa emitida, transmitida por unidade de superfície,
como se pode ver na Figura 2.6.
Unidade – candela por metro quadrado (cd/m2)
Figura 2.6 – Luminância (cd/m2)
Contraste (C) – é a diferença de luminância entre o objeto e o fundo em relação à luminância
______________________________________________________________________________________________ 10
Figura 2.7 – Contraste (C)
Rendimento Luminoso – indica o fluxo que uma fonte de luz emite por cada unidade de
potência elétrica consumida na sua obtenção.
Unidade – Lumen/Watt (lm/W)
Temperatura da Cor (T) – é a temperatura correspondente de um corpo escuro que expõe a
mesma cor da fonte.
Quanto maior for a temperatura do corpo escuro, mais branca será a cor da luz, como mostra a Figura 2.8.
Unidade – grau Kelvin (K)
______________________________________________________________________________________________ 11
Figura 2.8 – Temperatura de Cor (K)
Índice de Restituição de Cores (IRC ou Ra) – é a aparência cromático que mostram os
corpos iluminados quando comparados com o que exibem debaixo de uma luz de referência, conforme Tabela 2.3.
Unidade – Percentagem (%)
Tabela 2.3 – Índice de Restituição de Cores e exemplos de Aplicação Classificação Nível - Índice de IRC Exemplos de Aplicação 100
Muito Bom Nível 1
1a Ra 90-100 Testes de cor, Floricultura, Escritórios, Residências, Lojas 1b Ra 80-100
80
Bom Nível 2
2a Ra 70-79 Áreas de Circulação, Escadas, Oficinas, Ginásios
2a Ra 60-69 60
Razoável Nível 3 Ra 40-59 Depósitos, Postos de Gasolina
40
______________________________________________________________________________________________ 12
§ Vida útil – está relacionada com a durabilidade em horas das lâmpadas e reatores. § Vida Média é a medida aritmética do tempo de duração de cada lâmpada ensaiada. § Vida Mediana é o número de horas resultantes, onde 50% das lâmpadas ensaiadas
ainda permanecem acesas.
2.4 Lâmpadas utilizadas em IP e suas características
Os tipos de lâmpadas mais utilizadas em IP são as lâmpadas de descarga, que têm como princípio de funcionamento a descarga elétrica entre dois elétrodos na presença de um gás que ao entrar em condução emite radiação eletromagnética.
Os diferentes tipos de lâmpadas mais utilizados em IP são:
- Vapor de mercúrio de alta pressão (VMAP): é constituído por dois elétrodos principais e
dois secundários que estão dentro do tubo de descarga onde existe uma combinação de mercúrio sob alta pressão e árgon que facilita o arranque. Existe um gás inerte, entre o tubo de descarga e a ampola exterior da lâmpada, que permite a estabilidade térmica no interior da lâmpada, conforme a Figura 2.9. Pela norma europeia - EN 13201, norma que regula a conceção de instalações de iluminação pública, este tipo de lâmpadas já não é permitido. Este tipo de lâmpada faz uso da luminescência produzida pela descarga elétrica numa atmosfera gasosa. Nas lâmpadas de VMAP a produção de luz é feita na zona de descarga de arco.
O tempo total de arranque deste tipo de lâmpadas, varia consoante o seu modelo, potência e características, podendo demorar entre 4 a 6 minutos. No decorrer do período de arranque a corrente atinge valores demasiado elevados, por forma a limitá-los utilizam-se balastros. Uma vez a lâmpada desligada, é necessário deixar passar algum tempo para que o gás no interior do tubo volte à pressão normal, podendo assim arrancar de novo.
______________________________________________________________________________________________ 13
As lâmpadas de VMAP, propagam uma luz branca-azulada e têm um índice de restituição de cor de cerca de 50%. O rendimento luminoso deste tipo de lâmpadas, varia sensivelmente entre os 30 e os 60 lm/W e conseguem ter uma duração de vida média de sensivelmente 12.000 horas.
Figura 2.9 – Lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão
- Vapor de sódio de alta pressão (VSAP): é constituído essencialmente por dois elétrodos
inseridos num tubo de descarga de óxido de alumínio. Dentro desse tubo existe sódio, mercúrio e também xénon, para facilitar o arranque, esse tubo é geralmente introduzido no interior de uma ampola de vidro em vácuo, que compõe o invólucro exterior da lâmpada, conforme se ilustra na Figura 2.10. Este tipo de lâmpadas são de cátodo quente. A produção de luz é efetuada maioritariamente na zona de descarga de arco do gás. Para produzir uma maior proporção de radiação visível e conseguir maiores rendimentos luminosos, utiliza-se o sódio.
O tempo de arranque neste tipo de lâmpadas é de sensivelmente 5 minutos.
As lâmpadas de VSAP emitem uma luz de cor branca dourada, com índice de restituição de cor 25% a 60%, que causa uma melhor sensação visual face às VMAP.
______________________________________________________________________________________________ 14
Este tipo de lâmpadas, atinge rendimentos luminosos entre os 60 e os 130 lm/W e a temperatura de cor varia entre os 2.000 e 2.500 K, podendo ter uma duração de vida média entre as 20.000 e 30.000 horas, aproximadamente.
Figura 2.10 – Lâmpada de vapor de sódio de alta pressão
- Vapor de sódio de baixa pressão (VSBP): é constituído por um tubo de descarga em
vidro, em forma de “U” com um elétrodo em cada uma das extremidades, desenhado para refletir a radiação infravermelha com a finalidade de assegurar uma temperatura bastante elevada para que a vaporização do sódio seja possível. No interior do tubo de descarga existe sódio e um gás inerte que proporciona o arranque da lâmpada, este tubo encontra-se no interior de uma ampola de vidro que constitui o invólucro exterior da lâmpada, conforme se apresenta na Figura 2.11.
O tempo de arranque neste tipo de lâmpadas é de sensivelmente 10 minutos.
Este tipo de lâmpadas, atinge rendimentos luminosos entre os 150 e os 200 lm/W, mas tem uma temperatura de cor baixa, aproximadamente 1.700 K.
______________________________________________________________________________________________ 15
Figura 2.11 – Lâmpada de vapor de sódio de baixa pressão
- Iodetos metálicos: nestas lâmpadas são adicionadas ao mercúrio misturas com emissores
iónicos, obtendo-se uma emissão de luz com um espetro de riscas ou contínuo, conforme mostra a Figura 2.12. Neste tipo de lâmpadas é necessário aparelhagem auxiliar para o arranque, o ignitor.
As lâmpadas de iodetos metálicos, atingem rendimentos luminosos entre os 80 e os 100 lm/W, uma temperatura de cor elevada, entre os 3.000 e 6.000 K e conseguem ter uma duração de vida média entre as 8.000 e 10.000 horas, aproximadamente.
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- Leds: A constituição básica de um Led - Light Emitting Diode (Díodo Emissor de Luz), é a
de um conjunto de regiões realizadas em material semicondutor, como acontece nos díodos normais. Na Figura 2.13 apresenta-se a constituição de uma lâmpada Led.
Figura 2.13 - Constituição de um Led
2.5 Luminárias utilizadas em IP e suas características
As luminárias de IP, asseguram a distribuição de fluxo luminoso com o melhor rendimento possível, este será uma das preocupações no momento de conceção do projeto luminotécnico. Este equipamento, além de servir para suportar as lâmpadas, também tem outros elementos, pois são constituídas por um conjunto de elementos elétricos, óticos e mecânicos, que protegem as lâmpadas e modificam a luz emitida por estas, conforme se ilustra na Figura 2.14. O Rendimento de uma Luminária, define-se como a relação entre o fluxo total proporcionado pelas lâmpadas e o fluxo emitido pela luminária.
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LOR = Soma das relações entre o fluxo emitido para o hemisfério inferior e o proporcionado pelas lâmpadas anteriores e o fluxo emitido para o hemisfério superior e o proporcionado pelas lâmpadas
O tipo de distribuição do fluxo luminoso, que pode verificar-se na fotometria da luminária e que se faculta com a documentação técnica da mesma, condiciona tanto a interdistância a que se podem colocar as luminárias, sem diminuir os coeficientes de uniformidade dados pelas normas, como em ausência ou não de reflexos ou de encandeamento direto e no nível conseguido.
Figura 2.14 – Exemplos de luminárias de iluminação pública
Alguns desses elementos são:
- 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 espelhos.
- 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
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- Ignitor - é um dispositivo que promove o arranque em lâmpadas de descarga, gera impulsos
de tensão superiores aos 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 os apetrechos auxiliares e a
conservação da posição das lâmpadas mesmo quando a luminária é sujeita a vibrações.
- Corpo da luminária – é o suporte mecânico de 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 - este componente é o 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 possibilita o ajuste da posição da lâmpada
em relativamente ao sistema ótico ou vice-versa, assegurando uma maior versatilidade de utilização.
2.6 Tecnologia Led
O futuro da iluminação, passa pela tecnologia de iluminação Led, pois estes estão cada vez mais presentes no dia-a-dia, são utilizados na sinalização rodoviária, residências, praças e iluminação pública, ao destacar as fachadas e iluminar os monumentos, os Leds criam animações urbanas. Apesar de ser uma tecnologia recente em IP, estes componentes estão cada vez mais presentes no nosso meio ambiente e, devido às suas vantagens, entre elas a eficiência energética, é uma tecnologia que tem vindo a pôr em causa as lâmpadas tradicionais usualmente utilizadas na IP, conforme a Figura 2.15.
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Figura 2.15 – Lâmpada de Leds
O Led é um componente semicondutor bipolar, normalmente chamado de díodo, que converte corrente elétrica em luz, por isso é chamado de Díodo Emissor de Luz ou Light
Emitting Diode – Led. Foi inventado em 1963 por Nick Holonyac somente na cor vermelha e
com baixa intensidade luminosa, 1milicandela - mcd.
O Led não possui filamentos, elétrodos, gás ou tubo de descarga tendo elevada resistência a impactos, pois não possui componentes mecânicos que possam ser danificados durante o manuseio para instalação e manutenção. Não necessita de aquecimento especial ou tensão elevada para iniciar o funcionamento e, o processo elétrico de ligar e desligar a corrente elétrica não tem qualquer efeito na vida útil ou na produção do fluxo luminoso. Não representam risco à saúde e ao meio ambiente, pois não utilizam mercúrio na sua composição (Sales, 2011).
2.6.1 O funcionamento do LED
O Led, tal como qualquer outro díodo, provém da junção de semicondutores do tipo-p e do tipo-n. O material do tipo-n tem eletrões extra e o material do tipo-p tem lacunas.
Quando é aplicada uma corrente no Led, os átomos dos materiais semicondutores são empurrados para as junções e os eletrões semicondutores do tipo-n são “oferecidos” aos eletrões semicondutores do tipo-p.
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Os eletrões extra do material do tipo-n quando chegam às lacunas do material do tipo-p libertam energia em forma de fotões.
Apesar de todos os díodos libertarem fotões, nem todos emitem luz, pelo que os Leds têm materiais selecionados de modo a que o comprimento da onda dos fotões libertados estejam dentro do espetro visível ao olho humano. Com materiais diferentes conseguem-se produzir fotões com diferentes comprimentos de onda e assim obter diferentes cores (Oliveira, 2012). Os Leds de alta potência, de 1 W ou superiores, têm uma área do semicondutor maior que nos Leds comuns, chegando a ser de 1mm² e até maiores com 25 mm². Um semicondutor com maior área possibilita a transformação da energia elétrica em luz de maneira mais intensa.
2.6.1.1 Temperatura da Cor
Como já foi referido, a cor da luz está relacionada com o comprimento de onda do fluxo luminoso do Led, para a formação da cor branca é utilizado o Led azul ou ultravioleta com fósforo, de acordo com o tipo e a quantidade de fósforo adicionado ao Led a luz branca pode ser quente, neutra ou fria, variando de 2.600 a 8.300 K, sendo que quanto menos fósforo incorporar no Led mais fria será a luz branca sendo maior o seu rendimento e menor o IRC, conforme ilustra a Tabela 2.4. O Led que emite luz branca fria é o que tem maior rendimento e menor IRC (Alfalum, 2010).
Tabela 2.4 – Temperatura de cor, escala de cor [Fonte: (LED news, 2011)]. Obs: Os dados são aproximados; valores são de referência.
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Ao utilizar a luz branca, conseguimos: § Melhor restituição cromática § Perceção de contrastes § Reconhecimento facial § Conforto visual
§ Melhor perceção dos brilhos e reflexão dos materiais
2.6.1.2 O tempo de vida útil
A vida útil do Led difere da vida útil das fontes de luz convencionais. Analisar o tempo de vida útil dos Led torna-se complexo, na medida em que lidamos com uma tecnologia recente e em grande desenvolvimento.
Os Leds têm a característica de não deixarem de funcionar de um momento para outro, como costuma acontecer nas lâmpadas incandescentes, vão sofrendo uma diminuição do fluxo luminoso projetado, logo alcança-se um decréscimo com os custos da manutenção, em virtude de a necessidade de troca de lâmpadas será reduzida, sendo o tempo de vida útil esperado por vezes superior inclusivamente ao da instalação onde vão funcionar.
Os Leds de luz branca têm possíveis durações de vida média superiores a 50.000 horas o que constitui uma grande vantagem. Os estudos de determinação da duração média de vida dos Led atualmente originam resultados entre as 35.000 e 60.000 horas (Ribeiro, 2010), e pode ultrapassar 60.000 horas dependendo da sua temperatura da junção.
2.6.1.3 Vantagens e Desvantagens da Iluminação a Leds
Apesar dos Leds possuírem um grande desenvolvimento no mercado em diversas aplicações, ainda têm um longo caminho a percorrer, para se tornarem na preferência para todas as aplicações.
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§ Os Leds têm uma iluminação direcionada, o que faz com que a poluição luminosa seja minimizada e permite uma iluminação mais correta e sem desperdícios.
§ Como os Leds operam em baixa tensão, diminui os riscos de acidentes e fatalidades, proporcionando segurança na sua instalação e utilização.
§ Têm uma maior vida útil, cerca de 50.000 horas, reduzindo consequentemente o custo de manutenção.
§ Os Leds têm um baixo consumo de energia, como tal oferecem um grau de eficiência elevado, podendo atingir um fluxo luminoso considerável.
§ Não emitem radiações infravermelhas nem raios ultravioletas, sendo muito útil em zonas mais sensíveis, como áreas onde circulam pessoas e onde há a necessidade de conservar materiais, como nos museus e galerias de arte (Oliveira, 2012).
§ São resistentes a impactos e vibrações.
Algumas desvantagens do uso de Leds:
§ Com o passar dos anos, a luminosidade de um Led, não se mantém constante, podendo-se deteriorar acentuadamente, em função da temperatura a que estão submetidos.
§ Uma forma de dissipar o calor em luminárias a Leds é através da utilização de alhetas metálicas, uma vez que estas provocam um resfriamento natural por convecção. § É uma tecnologia nova e os seus custos de investimento ainda são elevados.
§ A rede elétrica está sujeita a distúrbios no sistema elétrico, ocorrendo, por vezes, picos de tensão. Como forma de proteção da luminária a Led, é necessário investir em dispositivos de segurança para evitar danos, que podem inclusive, queimar a luminária a Leds (Novicki & Martinez, 2008).
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§ No caso de ser necessário uma maior potência, torna-se imprescindível aumentar o número de Leds, o que nas lâmpadas convencionais não se verificava, pois bastava substituir a lâmpada existente por uma de maior potência.
2.6.2 Luminárias com Leds na IP
É fundamental a evolução da tecnologia de iluminação eficiente a Led devido à quantidade de energia consumida na IP.
Alguns estudos mostram que as condições de iluminação ambiente criadas por algumas lâmpadas Led contribuem para o bem-estar e a otimização das condições de trabalho e de estudo (por exemplo, nas escolas e nos escritórios), influenciando positivamente a vitalidade, a concentração e o grau de atenção das pessoas (Livro Verde, 2011).
Apesar das luminárias a Led, terem uma elevada qualidade, um tempo de vida longo, e os custos de manutenção serem menores, a decisão de compra é quase sempre baseada no cálculo do custo total da sua posse, o que dá origem a um investimento inicial demasiado elevado, o que não é conciliável com os orçamentos anuais dos municípios.
Alguns dos principais aspetos a ter em consideração num projeto de iluminação são a quantidade e a qualidade da luz adaptadas às necessidades do espaço a iluminar, uma distribuição fotométrica adequada, a cor da luz e a temperatura de cor adequadas ao local ou tipo de objeto (Bicho, 2011).
Como um Led produz uma iluminação fraca, para aumentar o fluxo, aumenta-se o número de Leds em série e em combinações paralelas e assim se obtém um produto final adequado à iluminação pretendida.
O número de Leds necessários para uma determinada rua é calculado com base na multiplicação do fluxo luminoso produzido por um Led (Oliveira, 2012).
A utilização de luminárias Leds tem como consequência imediata a diminuição do consumo de energia elétrica, o que provoca uma redução nas faturas de IP.
As luminárias tradicionais criam maiores variações de níveis de iluminação, criando zonas “quentes” com bastante luz, por baixo da luminária, e zonas “frias” com pouca luz na periferia da área iluminada, o que mostra que a distribuição horizontal de luz destas luminárias tem uma
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uniformidade fraca, já as luminárias a Led oferecem uma melhor distribuição horizontal de luz, reduzindo as variações entre os pontos com maior e menor iluminação, proporcionando maior uniformidade da iluminação.
A melhor reprodução de cor torna a luz mais agradável, aumenta a perceção de detalhes e aumenta a sensação de conforto e segurança (Sales, 2011).
Na figura 2.16 apresenta-se um exemplo de uma luminária com Leds.
Figura 2.16 – Exemplo de uma luminária com Leds
2.6.3 Regulamentação aplicável
Uma outra análise que obrigatoriamente se terá de passar a fazer é definida no novo documento de referência para a eficiência energética na iluminação pública, publicado em Janeiro de 2011 cujo objetivo é o de determinar, como referência, uma série de parâmetros técnicos a que deve seguir um projeto de IP por forma a obter uma maior eficiência energética e, consequentemente, um decréscimo das emissões de CO2 durante o período de utilização das
mesmas.
O documento aponta para a classificação energética de uma instalação de IP com recurso a um código de letras (como acontece já em alguns eletrodomésticos e também nos edifícios, por exemplo) e referenciará o modo e o conteúdo de apresentação de um projeto de IP eficiente do ponto de vista energético e luminotécnico (SEEI/MEID, 2011).
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O referido documento induz a que os municípios, os concessionários das redes ou outras entidades que tenham responsabilidade em implementar, operar e manter redes de IP, utilizem materiais normalizados.
Aplica-se a novos projetos de IP ou a remodelações completas (conjuntos de luminárias e/ou apoios com rede de alimentação) de instalações existentes (Bicho, 2011).
Na execução de novos projetos deve-se ter em consideração as recomendações da EDP – Distribuição de Energia SA local, assim como as normas e regulamentos aplicáveis, nomeadamente:
§ Regulamento de Segurança das Redes de Distribuição de Energia Elétrica de Baixa Tensão;
§ Portaria 949/A de 11 de setembro de 2006; § Decreto-Lei 446/76;
§ Portaria 401/76; § Portaria 454/2001;
§ Decreto-Lei 101/2007 de 2 de abril; § Norma Europeia EN 13201.
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Capítulo III – Caracterização de Estudo de Caso
3.1 Distribuição de lâmpadas por tecnologia e potência no concelho de Lamego em 2010
No concelho de Lamego, de acordo com levantamento efetuado à IP, no ano de 2010, pela EDP, Área Operacional de Viseu, existem 12.993 lâmpadas, distribuídas por tecnologia e potência, conforme mostra a Tabela 3.1.
Tabela 3.1 – Tipo e número de lâmpadas existentes no concelho de Lamego em 2010 Tipo de Lâmpada / Potência Nº de Lâmpadas
VM / 50W 3.899 VM / 80W 389 VM / 125W 259 VM / 250W 0 VSAP / 70W 6.499 VSAP / 100W 259 VSAP / 150W 1.169 VSAP / 250W 519 TOTAL 12.993 VM - Vapor de Mercúrio VSAP - Vapor de Sódio de Alta Pressão
3.2 Soluções existentes
No concelho de Lamego, ao longo dos últimos dois anos, têm vindo a ser tomadas algumas medidas de eficiência energética, tais como:
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§ substituição de lâmpadas de VM para VSAP;
§ instalação de relógios astronómicos, sendo que nos anos de 2010, 2011 foram aplicados 73 equipamentos, nos 168 postos de transformação existentes. Os “relógios astronómicos” são equipamentos designados por “Interruptores Horários” que permitem realizar a automatização do controlo do horário de “ligado” e “desligado” dos circuitos de iluminação associados às redes de IP conforme o horário solar da zona onde estão instalados, uma vez que dispõe de um programa que ajusta automaticamente o referido horário em função das coordenadas geográficas do local de instalação. Desta forma evita-se que a IP possa vir a estar ligada fora desses horários, devido principalmente a alterações das condições atmosféricas, como atualmente ainda ocorre na maioria dos locais.
Uma das medidas que o município de Lamego pretende realizar, é a instalação de reguladores de fluxo luminoso em 35 postos de transformação (PT’s), no âmbito do QREN através do procedimento de candidatura “Energia – Eficiência Energética na Iluminação Pública – Instalação de Reguladores de Fluxo Luminoso”.
A escolha destes circuitos, na zona de intervenção, teve como base os seguintes critérios: § Circuitos com maior potência instalada;
§ Circuitos com quedas de tensão baixas;
§ Circuitos onde predominem as lâmpadas de vapor de sódio.
Outros fatores, embora superáveis, que pesaram na seleção das zonas a intervir: § Circuitos com lâmpadas recentes;
§ Equilíbrio entre fases;
§ Existência de um local adequado para a montagem do equipamento no exterior; § Circuitos, onde é admissível, uma redução de fluxo significativo, nas horas de menor
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3.2.1 Reguladores de fluxo Luminoso
O regulador de fluxo luminoso é um equipamento previsto para controlar o processo de arranque, estabilização e redução do consumo da potência instalada, referente a uma instalação de iluminação, funcionando após a aplicação de uma “ordem” com origem local ou remota (Stabilux by IREM).
O processo pode ser efetuado através da regulação, por tensão, por corrente ou variação da frequência, através de equipamentos eletromecânicos ou eletrónicos (Santos, 2011).
Utiliza o princípio de funcionamento eletromecânico por regulação contínua, independente por fase utilizando 3 autotransformadores. 3 Servomotores comandados pelo microprocessador induzem, por atuação no primário, uma tensão em fase ou oposição de fase, aditiva ou subtrativa, necessária para trazer a tensão de saída para o valor pré estabelecido em cada momento, permitindo assim uma regulação contínua e estabilizada de tensão (Stabilux by IREM).
§ Estabilizador de tensão. Precisão na tensão de saída ±1%; § Regulação contínua da tensão de saída (Volt a Volt); § Rendimento de 98%;
§ Sem introdução de distorções harmónicas. (≤0,2% para qualquer condição de carga); § Rápida compensação das flutuações de tensão da rede 40ms/V;
§ Sem contactos móveis ou escovas em série com a linha de potência, apenas algumas espiras de cobre de grande secção entre as lâmpadas e a alimentação, rigidamente conectadas;
§ A corrente nas lâmpadas tem forma sinusoidal de acordo com a norma IEC-555-2 (Stabilux by IREM), conforme se verifica na Tabela 3.2.
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Tabela 3.2 – Diagrama operacional do regulador de fluxo Stabilux
3.3 Caso Prático
O caso prático refere-se à descrição das infraestruturas elétricas de IP existentes na Av. Afonso Henriques, em Lamego, conforme Figura3.1, cuja requalificação sucedeu no ano de 2009.
Figura 3.1 – Av. Afonso Henriques,Lamego
Foi efetuado o alargamento da via, em virtude de se tratar de uma das duas entradas principais da cidade de Lamego, esta requalificação levou à substituição da iluminação pública existente, colunas, luminárias e rede de cabos.
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O projeto incluiu a IP, composta por colunas metálicas troncocónica, luminárias munidas de lâmpadas VSAP de 250W, dois armários de distribuição. A rede nova de IP é subterrânea, e tem origem nos PT n.º 56 e PT n.º 80, conforme indicado no ANEXO I, e ANEXO III.
3.3.1 Regulamentos Normativos Aplicáveis
O projeto teve em consideração as recomendações da EDP – Distribuição de Energia SA local, assim como as normas e regulamentos aplicáveis, na altura.
Foram ainda tidos em conta os aspetos técnicos e estéticos de toda a instalação, por forma a garantir a solução técnica e economicamente mais equilibrada.
3.3.2 Considerações Gerais
Na escolha do sistema de iluminação mais adequado para cada via de circulação do troço a iluminar, por forma a obter-se os níveis de luminância e iluminância necessários em cada zona, teve-se em conta, o menor custo possível, quer no investimento inicial, quer durante a exploração da instalação, minimizando os custos com a manutenção.
Em virtude de se tratar da IP para uma via pública, tiveram-se em atenção as necessidades /exigências para garantir a segurança na condução, assim como aspetos referentes à segurança dos peões.
A Norma Europeia EN 13201 define como critérios essenciais os relacionados com a luminância, isto é, a quantidade de luz que é refletida nos pontos medidos sobre a faixa de rodagem em direção ao condutor, pois a função principal da IP é a de aumentar, durante a noite, a perceção visual dos condutores, oferecendo desta forma segurança e conforto visual. Pretende-se que os condutores sejam capazes de ver o traçado da via, assim como toda a sinalização e obstáculos que possam surgir.
Na conceção do projeto de uma instalação de IP são considerados os seguintes critérios de qualidade:
§ nível de luminância e/ou iluminância § parâmetros de uniformidade
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§ eficiência energética / custos de exploração § orientação visual
§ aparência de cor e rendimento cromático 3.3.3 Nível de Luminância
A quantidade de luz refletida em direção ao observador (condutor), depende de vários fatores: § A quantidade de luz que conseguimos obter na faixa de rodagem;
§ As luminárias e lâmpadas utilizadas;
§ O espaço, entre os pontos de luz, a forma como estão dispostos e a altura de montagem.
A expressão matemática que nos permite obter os valores de luminância em cada ponto da via é dado pela eq (1): 2 2 3 3 2 3 .cos cos cos . . . h I r h I r h I q E q L = = = × g = × g g (1) onde:
L - luminância num ponto especifico da estrada (cd/m2)
r - coeficiente reduzido de luminância da superfície da estrada , para os ângulos considerados e a relação entre a luz incidente (lux) e a direção relativa ao ponto (cd/m2/lux)
I - intensidade (cd), que radia da luminária na direção do ponto a calcular h - altura de montagem da luminária
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3.3.4 Parâmetros de Uniformidade
De acordo com as normas referidas, foram dois os parâmetros analisados:
§ O Coeficiente de Uniformidade Geral (U0), que influencia o desempenho visual do
condutor e a segurança rodoviária;
§ O Coeficiente mínimo de Uniformidade Longitudinal (Ul), que é medido ao longo do
eixo longitudinal, na via de circulação pior, e que vai afetar a segurança assim como o conforto visual da instalação.
3.3.5 Graus de Limitação do Encadeamento
O Encandeamento de Incapacidade e o Encandeamento Desconfortável, são dois critérios que se aplicam na IP. O primeiro critério, incapacita o condutor da perceção visual dos objetos, e o segundo gera uma sensação de desconforto.
No enquadramento normativo em vigor, não se tem em consideração o encandeamento desconfortável por depender de fatores mensuráveis, originados pela própria instalação, e até de fatores relacionados com os condutores, em virtude de cada pessoa ter as suas características. Só se terá em conta o conceito de encandeamento de incapacidade.
Para calcular a perda de visão, o chamado encandeamento de incapacidade, temos que calcular o Incremento Limiar de Contraste Mínimo, TI, que se obtém pelo quociente entre a luminância média da estrada, Lmed, e a luminância de Véu, LV. Para valores de Lmed
compreendidos entre 0.05 e 5 cd/m2, típicos em iluminação de estradas, este critério pode
substituir-se pelo descrito na relação LV/ Lmed.
Poderemos obter a luminância de véu através da seguinte equação eq (2): (2)
Onde:
E0 - iluminância da fonte de ofuscamento no plano da pupila;
q - ângulo entre a direção da visão e a fonte;
÷÷ ø ö çç è æ + = ) 5 , 1 ( E 2 , 9 0 V q q L
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A informação técnica das luminárias a aplicar deve incluir a fotometria, os valores de rendimento, as dimensões, etc.. Os valores de TI devem ser determinados por forma a serem satisfeitos os valores regulamentares para que os condutores não sejam encandeados pelas luminárias.
3.3.6 Orientação Visual
A instalação de IP deve ser um guia que facilite aos condutores antever o traçado da via, conseguindo desta forma a segurança na condução.
A distribuição das luminárias deverá ser executada para que se consigam identificar as linhas de pontos de luz, paralelas entre si, acompanhando o traçado da via, sem ofuscar o condutor.
3.3.7 Características das Fontes de Luz
Os tipos de lâmpadas mais utilizadas, na IP das vias, são as lâmpadas de descarga. Para a iluminação desta via foram utilizadas lâmpadas com uma luz de tom quente, VSAP, com temperatura de cor 2000K.
No projeto utilizaram-se lâmpadas de VSAP de 250W de alta eficácia (> 100 lm/W) e baixa reprodução cromática (Ra=23).
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Tabela 3.3 – Características das lâmpadas a utilizar
LÂMPADA VSAP 250W
Potência nominal (W) 250
Tensão (V) 230
Intensidade (A) 2
Fluxo nas 100 horas, à tensão nominal, a 25º (lm)
33.330
Casquilho base E40
Comprimento máx (mm) 247
Diâmetro (mm) 48
Temperatura de cor (K) 2000 Eficácia luminosa (lm/W) 130
3.3.8 Luminárias
A escolha da luminária mais indicada foi feita de acordo com o que foi mencionado nas secções anteriores. De entre outros aspetos considerados, os mais relevantes foram: o preço, o rendimento, o tipo de distribuição do fluxo luminoso e a qualidade do material utilizado.
3.3.9 Descrição da Instalação de Iluminação Pública
A Rede de IP instalada na Av. Afonso Henriques, tem origem em dois Postos de Transformação existentes, o PT n.º 56 e PT n.º 80.
Infraestruturas existentes
Características da rede de Média Tensão (MT) e Baixa Tensão (BT)
Rede de MT 30 kV
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Os Postos de Transformação existentes, PT nº 56 - Lage e PT nº 80, do tipo Cabine Mista, com alimentação de energia através de Linhas Aéreas de Média Tensão, a 30 kV e com os seguintes equipamentos:
Um Transformador MT / BT de 630 kVA – 30 kV/0,4 kV e um Transformador MT / BT de 400 kVA – 30 kV/0,4 kV, respetivamente.
3.3.10 Rede de Distribuição de Baixa Tensão
Na rede de distribuição de BT, serão utilizados cabos com elevada resistência mecânica para conseguirem suportar as avarias provocadas pela compressão das terras ou pelo choque de ferramentas metálicas. Serão dotados de bainha resistente à corrosão.
Serão utilizados os seguintes cabos:
Rede de IP:
- LSVAV 4 × 35 mm2
- LSVAV 4 × 16 mm2
As valas para assentamento dos cabos serão abertas ao longo dos passeios, com uma profundidade mínima de 70 cm.
Nas travessias de arruamentos, ou serventias onde se preveja tráfego automóvel, as canalizações serão protegidas por tubo de PVC, resistente a uma pressão de 10 kg/cm2, com
um diâmetro nominal de 125 mm e profundidade mínima, para assentamento dos cabos, de 1 m.
Para evitar a entrada de humidade nos cabos e sua consequente danificação, as suas extremidades deverão ser corretamente isoladas com mangas termoretráteis.
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3.3.11Caracterização da solução existente
Foram instalados, completamente eletrificados, os seguintes aparelhos de iluminação:
§ Coluna metálica troncocónica de secção circular, de uma só peça, galvanizada, com 8,5 m de altura útil, provida de furação a 8 m para montagem do braço simples, fixação pela base, com chumbadouros, luminária classe II, em liga de alumínio injetado, bloco ótico IP66 com refletor em alumínio hidroconformado e difusor em vidro policurvado de geometria lenticular temperado de 4mm, equipada com lâmpada VSAP 250W, e braço suporte orientável na versão simples, formado por acoplamento em alumínio fundido e braço tubular extrudido, conforme se verifica na Figura 3.2;
Figura 3.2 – Colunas com braço simples na Av. Afonso Henriques – Lamego
§ Coluna metálica troncocónica de secção circular, de uma só peça, galvanizada, com 8,5 m de altura útil, provida de furação a 8 m para montagem do braço duplo, fixação pela base, com chumbadouros, 2 luminárias classe II, em liga de alumínio, bloco ótico IP66 com refletor em alumínio hidroconformado e difusor em vidro policurvado de geometria lenticular temperado de 4mm, equipada com lâmpada VSAP 250W e braço suporte orientável na versão duplo, formado por acoplamento em alumínio fundido e braço tubular extrudido, conforme se visualiza na Figura 3.3;
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Figura 3.3 – Colunas com braço duplo na Av. Afonso Henriques - Lamego
§ Coluna metálica troncocónica de secção circular, de uma só peça, galvanizada com 8,5 m de altura útil, provida de furação a 8 m para montagem do braço triplo, fixação pela base, com chumbadouros, 3 luminárias classe II, em liga de alumínio, bloco ótico IP66 com refletor em alumínio hidroconformado e difusor em vidro policurvado de geometria lenticular temperado de 4mm, equipada com lâmpada VSAP 250W e braço suporte orientável na versão triplo, formado por acoplamento em alumínio fundido e braço tubular extrudido, de acordo com a Figura 3.4.
