FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS EXATAS
CURSOS:
ENGENHARIA CIVIL, MECÂNICA E PRODUÇÃO
LABORATÓRIO
DE
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
Título da Experiência:
Luminotécnica.
Prof. Oswaldo Tadami Arimura
OBJETIVOS:
- Identificar os principais tipos de lâmpadas;
- Desenvolver o projeto luminotécnico basedo no método dos Luméns; - Identificar os métodos práticos da instalação das lâmpadas e acessórios. 1. INTRODUÇÃO TEÓRICA:
A escolha da melhor lâmpada depende de vários fatores e não apenas do seu valor
monetário e sua eficiência luminosa. Levando em consideração que a iluminação comercial
e industrial é direcionada às pessoas envolvidas, podemos então afirmar que dentre os
fatores que envolve um projeto de iluminação estão: as dimensões do local, o tipo de tarefa
que será realizada, a idade média das pessoas, as cores das parede e teto.
Desta forma, verifica-se a necessidade dos engenheiros o conhecimento básicos que
envolve este estudo denominado de Luminotécnica.
2. LUZ
2.1 Fluxo luminoso (Ф)
É a grandeza característica de um fluxo energético, exprimindo sua aptidão de produzir uma sensação luminosa no ser humano através do estimulo da retina ocular, avaliada segundo os valores da eficácia luminosa admitida pela ABNT.
Unidade: Ф = lumens (lm)
Lâmpada incandescente de 100 W → 1460 lm Lâmpada flourescente de 40 W → 3000lm
2.2 Iluminância (E)
É o fluxo luminoso incidente por unidade de área iluminada, ou densidade de superficial de fluxo luminoso recebido.
E = Ф/A
Onde: A = área em m2, assim, a unidade de iluminancia é lm/m2 = lux Dia ensolarado – 10.000 lux
Áreas de trabalho com requisitos visuais limitados – 200lux Cirurgias – 10.000 lux
Os benefícios de uma iluminação adequada esta relacionada com a idade das pessoas e a quantidade de luz necessária ao desempenho de uma tarefa.
Idade Referência de quantidade de luz
10 anos 1
20 anos 1,5
30 anos 2
40 anos 3
50 anos 6
O nível de iluminação também afeta a produtividade das pessoas no trabalho conforme mostra gráfico abaixo:
A iluminação correta na área de trabalho conduz a redução da fadiga e a ocorrência de acidentes.
3. Lâmpadas
3.1 Eficiência energética ou luminosa (η)
Eficiência luminosa é a relação entre o fluxo luminoso total emitido pela fonte luminosa e a potência por ela consumida.
Quanto maior a eficiência luminosa, mais econômica será a instalação em termos de consumo de energia elétrica. Entretanto, a escolha da lâmpada deverá satisfazer as características e aplicações do recinto a ser iluminado, conforme veremos no calculo pelo método dos Lumens.
3.2 Características gerais
Vida média: media aritmética do tempo de duração de cada lâmpada.
Vida útil: numero de horas decorridas quando atinge 70% da quantidade de luz inicial devido a
depreciação do fluxo luminoso de cada lâmpada, somado ao efeito das queimas no período, ou seja, 30m % de redução na quantidade de luz inicial.
Depreciação: diminuição do fluxo luminoso em função do tempo de uso.
Efeito estroboscópio: efeito produzido por lâmpada a vapor, que no instante em que a corrente
alternada passa por zero, se apagam. 3.3 Temperatura de Cor
No instante que um ferreiro coloca uma peça de ferro no fogo, esta peça passa a comportar-se comportar-segundo a lei de Planck e vai adquirindo diferentes colorações na medida que sua temperatura aumenta. Na temperatura ambiente sua cor é escura, tal qual o ferro, mas será vermelha a 800 K, amarelada em 3.000 K, branca azulada em 5.000K. Sua cor será cada vez mais clara até atingir seu ponto de fusão. Pode-se então, estabelecer uma correlação entre a temperatura de uma fonte luminosa e sua cor, cuja energia do espectro varia segundo a temperatura de seu ponto de fusão. Por exemplo, uma lâmpada incandescente opera com temperaturas entre 2.700 K e 3.100 K, dependendo do tipo de lâmpada a ser escolhido. A temperatura da cor da lâmpada deve ser preferencialmente indicada no catálogo do fabricante.
A observação da experiência acima indica que, quando aquecido o corpo negro (radiador integral) emite radiação na forma de um espectro contínuo. No caso de uma lâmpada incandescente, grande parte desta radiação é invisível, seja na forma de ultravioletas, seja na forma de calor (infravermelhos), isto é, apenas uma pequena porção está na faixa da radiação visível, motivo pelo qual o rendimento desta fonte luminosa é tão baixo
Símbolo: T Unidade: K (Kelvin)
Para verificamos os efeitos e sensações referente a cada faixa de temperatura ou cada tipo de lâmpada foi montada a tabela a seguir.
3.4 Índice Reprodução de Cores (IRC)
Corresponde a um numero abstrato que varia de 0 a 100 e indica aproximadamente como a iluminação artificial permite ao olho humano perceber as cores com maior ou menor fidelidade, ou seja , o mais próximo da luz natural do dia. As lâmpadas com IRC próximas de 100 reproduzem as cores com fidelidade e precisão.
4. Tipos de lâmpadas
4.1 Lâmpada incandescente
Na lâmpada incandescente tradicional o filamento sofre evaporações de tungstênio, que condensa-se no interior do bulbo formando marcas escuras que diminuem a eficiência da lâmpada.
Eficiência luminosa: 10 a 20 lm/W Vida média: 1000h
Na lâmpada incandescente tradicional o filamento sofre evaporações de tungstênio, que condensa-se no interior do bulbo formando marcas escuras que diminuem a eficiência da lâmpada. Nas lâmpadas halógenas, juntamente com o gás inerte, existem halogênios como iodo [I], fluor [F] ebromo [Br] que geram um ciclo de halogênio regenerativo para evitar o escurecimento.
Existem vários tipos como as pequenas lâmpadas halógenas integradas a um refletor multifacetado, recoberto por uma películaque atua como filtro, enviando a luz visível para a frente e a radiação infra-vermelha para traz da lâmpada, produzindo um facho de luz bastante potente para seu tamanho e relativamente frio. Os modelos comerciais funcionam com tensão reduzida de 12 V.
4.2 Lâmpadas fluorescente e fluorescente compacta
As lâmpadas de descarga produzem luz a partir das emissões provocadas por uma contínua descarga eletrônica em um gás ou vapor ionizado, às vezes combinados com a luminescência de fósforos excitados pela radiação da descarga. São lâmpadas tubulares de descarga, contendo vapor de mercúrio em baixa pressão e uma pequena quantidade de gás inerte para facilitar a partida. A superfície interna é coberta com pó fluorescente cuja composição determina a cor da luz emitida.
As lâmpadas fluorescentes tubulares são produzidas na faixa de 15 até 110W, nas cores: branca morna, branca fria, e luz do dia, sendo a última de menor eficiência luminosa e de maior proximidade ao espectro da luz solar.
Características
Eficiência luminosa: 20 a 70 lm/W Vida média: 8.000h
4.3 Lâmpada mista
Consiste de um bulbo externo, revestido com fósforo e preenchido com gás inerte, contendo em seu interior um tubo de descarga em série com um filamento incandescente. A luz é formada pela emissão luminosa do tubo de descarga, pela emissão da camada de fósforo atingida pela radiação ultravioleta e pela luz incandescente do filamento, formando um espectro branco difuso bastante agradável.
Eficiência luminosa: 25 a 35 lm/W Vida média: 6.000h
Reprodução de cores: boa Custo da instalação: baixo Potências: 160 e 250 ( 220V) 4.4 Lâmpada vapor de mercúrio de alta pressão
Eficiência luminosa: 74 a 96 lm/W Vida média: 8.000h
4.5 Lâmpada vapor de sódio
São lâmpadas cujo tubo de descarga contém vapor de sódio saturado, a alta pressão, conjuntamente com vapor de mercúrio.Irradiam luz sobre um amplo espectro da luz visível.
Eficiência luminosa: 200 lm/W Vida média: 18.000h
Reprodução de cores: ruim, IRC = 20 Custo da instalação: médio/alto Potências: 70, 147, 250, 400 ( 220V) Equipamento auxiliar: reator 4.6 Lâmpada vapor metálico
Eficiência luminosa: 80 lm/W Vida média: 8.000h Reprodução de cores: boa, IRC = 65 a 69, 3800 a 4500 K Custo da instalação: alto
5. Projeto de Iluninação
Um projeto de iluminação satisfatório deve basear-se em um nível constante de iluminamento médio para o plano de trabalho desejado, que evite o cansaço e fadiga visual; assim como, o ofuscamento por excesso de luz. Desta maneira, o fluxo luminoso total para um ambiente de trabalho deve levar em consideração as dimensões do local, as cores das paredes e tetos, idade dos trabalhadores, a eficiência da luminária e a respectiva curva de distribuição de luz.
A sequencia dos cálculos será baseado no Método dos Luméns, assim, alguns parâmetros iniciais serão destacados:
Iluminamentos padronizados: os índices de iluminamentos utilizados nos cálculos são os
recomendados para diversas as áreas de trabalho, pelas normas da ABNT e IES (IES Lighting Handbook). Esses índices são baseados em pesquisas realizadas em escolas, hospitais, industrias, etc, evidenciando níveis máximos médios e mínimos necessários para o trabalho específicos. Os níveis do IES são maiores que os da ABNT, em razão do avanço da evolução tecnológica da iluminação.
Luminaria: as tabelas das luminárias utilizadas mostram os principais tipos e modelos com
as opções de iluminação diretas, semidireta, indireto. Essas opções são baseadas na porcentagem de luz emitida para cima e para baixo, indicada no desenho de cada luminária. Também são apresentados na tabela o fator de depreciação e a distancia máxima entre luminárias.
Para a escolha da luminária deve-se levar em consideração as características construtiva da edificação, aparência, rendimento, facilidade de conservação e manutenção.
Dimensões do local : as dimensões largura, comprimento e altura da edificação a ser
iluminada estão diretamente relacionados com o nível de iluminação médio que o ambiente devera receber. Assim, é atribuído um fator para compensar essas variação e proporções, denominado de Índice do Local. Ele será obtido a partir de uma tabela, com todas as possibilidades de variações da altura, largura e comprimento do local.
Coeficiente de Utilização (µ): este coeficiente relaciona o fluxo que está incidindo no
plano de trabalho com o fluxo total produzido por todas as lâmpadas ligadas no local. O valor deste coeficiente dependerá das cores das paredes e tetos do ambiente e, principalmente, do tipo de luminária a ser utilizada. Assim como o Índice do Local, o Coeficiente de Utilização será obtido a partir de uma tabela, levando em consideração a porcentagem de refletância do teto (50% e 75%) e das paredes (10%, 30% e 50%) e o modelo da luminária escolhida.
Fator de Depreciação (d): este fator considera uma futura perda de iluminamento em
razão do desgaste dos equipamentos e sujeiras acumuladas devido aos resíduos sólidos e líquidos. Ele relaciona o fluxo luminoso produzido pela luminária no fim do período de manutenção (tempo medido após duas limpezas consecutivas) e o fluxo emitido da luminária no inicio de operação. Este fator é encontrado na mesma tabela do Coeficiente de Utilização.
Espaçamento entre as Luminárias: para se obter um bom fator de uniformidade num
espaçamentos máximos entre as luminárias. Muitas vezes são necessárias diminuições nos espaçamentos em razão de vigas ou algum detalhe na construção da edificação.
5.1 Método dos Luméns
Um dos métodos utilizados para o calculo do numero de ponto de luz num ambiente fechado é o Método dos Lumens. Este método inicia-se determinando o fluxo total para iluminar um compartimento baseado no nível de iluminamento médio necessário para uma determinada operação de trabalho. Assim temos:
Fm
.
Fu
S
.
E
N
0nde:Φ = fluxo luminoso total (luméns) φ = fluxo luminoso por luminária(luméns) Fµ = coeficiente de utilização FM = fator de manutenção
S = área do local (m2) E = iluminamento (lux) N = numero de luminária utilizada.
Procedimento para o cálculo do fluxo luminosoΦ
1. Area S do local;
Basicamente é o comprimento x a largura (m2)
2. Nível de iluminamento E
Consultar a Tabela 1;
Observe que cada tarefa tem três níveis de iluminamento (baixo, médio e alto). Para definir o nível adequado, temos que descobrir o peso, baseado na Tabela 2
o Analisar cada característica e atribuir um peso(-1, 0, ou +1) o Somar os três valores
o Resultado igual a -3 ou -2, usa-se o nível mais baixo do grupo o Resultado igual a +3 ou +2, usa-se o nível mais alto do grupo o Nos outros casos usa-se o nível médio
3. Fator de Manutenção - (Fm)
Depende do ambiente de trabalho, principalmente de sujeira produzida no ambiente que poderá influenciar no rendimento da luminária. Considera normalmente 0,8 um valor prático para escolha do Fm.
Ambiente limpo médio sujo
4. Fator de Utilização (Fu)
Inicialmente obter o Indice do Local K, a partir da dimensão do local.
A
.
L)
(C
L
.
C
K
C = comprimento do local L = largura do local A = altura da luminária ao plano de trabalho
Considerar os níveis de reflexão abaixo:
Índice Superfície Reflexão (%)
1 Escura 0 – 10
3 Média 30
5 Clara 50
7 Branca 70-80
A partir das considerações acima, determinar o Fator de Utilização das luminárias desejadas nas Tabelas 3, 4, 5 ...
5. Fluxo total
Após a determinação das variáveis, determinar o Fluxo Total.
6. Fluxo luminoso por lâmpada
A Tabela 10, mostra o fluxo emitido por cada tipo de lâmpada de acordo com o modelo e a potência.
A partir do fluxo emitido por cada lâmpada, calcula-se o fluxo emitido por luminária.
7. Distribuição das luminárias
O espaçamento entre luminária e parede deverá levar uma proporção X ou Y, enquanto o espaçamento entre luminárias 2X ou 2Y (entre os centros das luminárias);
Tabela 01 - Iluminâncias (lux) para atividade de trabalho
Faixas Iluminância Atividades
Faixa A
Iluminação geral para áreas usadas interruptamente ou com tarefas visuais simples
20
Áreas publicas, com arredores escuros 30
50 50
Orientação simples para permanência curta 75
100 100
Recintos não usados para trabalho contínuos: depósitos.
150 200
Faixa B
Iluminação geral para área de trabalho
200
Tarefas com requisitos visuais limitados: trabalho bruto de maquinaria, auditórios. 300
500 500
Tarefas com requisitos visuais normais: trabalho médio de maquinaria, escritórios. 750
1.000 1.000
Tarefas visuais especiais: gravação manual, inspeção industrial de roupas. 1.500
2.000
Faixa C
Iluminação adicional para tarefas visuais difícieis
2.000
Tarefas visuais exata e prolongadas: Relógio, eletrônica de tamanho pequeno. 3.000
5.000 5.000
Tarefas visuais muito exatas: montagem de microeletronica
7.500 10.000 10.000
Tarefas visuai muito especiais: cirurgia. 15.000
20.000
Tabela 02 - Nível de iluminamento
Características da tarefa e do observador Peso
-1 0 +1
Idade Inferior a 40
anos
40 a 50 anos Superior a 50 anos
Velocidade de precisão Sem
importância
Importante Critica Refletância do fundo da tarefa Superior a
70%
Tabela 3 – Fator de utilização – TBS 100
Tabela 4 – Fator de utilização – TCS 312
Tabela 5 – Fator de utilização – TCK 341
]Tabela 7 – Fator de utilização – TMS 500
Tabela 8 – Fator de utilização – HDK 472
Tabela 9 – Fator de utilização – SDK 472
