CURSO DE ESPECIALIZAO

ENGENHARIA DE SEGURANA DO TRABALHO

HIGIENE DO TRABALHO (ILUMINAO)Prof. Dr. Jos Antonio Lambert

Cuiab/MT, Abril/2011

NDICE 1. Introduo .............................................................................................................................. 1 2. A Viso Humana .................................................................................................................... 2 3. Fatores Fisiolgicos da Viso com a Iluminao Industrial .............................................. 2 4. Definio de Luz..................................................................................................................... 2 5. Propriedades Fundamentais da Luz .................................................................................... 2 6. Caractersticas Fsicas da Luz .............................................................................................. 2 7. Fenmenos que Ocorrem com a Luz.................................................................................... 4 7.1 7.2 7.3 7.4 Reflexo ...................................................................................................................... 4 Refrao. ..................................................................................................................... 5 Absoro. .................................................................................................................... 6 Transmisso................................................................................................................ 6

8. Definies e Unidades Utilizadas em Luminotcnica ......................................................... 6 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 Intensidade luminosa (I) expressa em Candela (Cd). ............................................. 6 Luminncia ................................................................................................................ 7 Fluxo luminoso () expresso em lmens. ............................................................. 8 Iluminncia expresso em lux................................................................................... 8 ndice de Reproduo de Cor IRC. ....................................................................... 9 Eficincia luminosa .................................................................................................. 10 Vida til de uma lmpada ....................................................................................... 11

9. Tipos de Iluminao............................................................................................................. 12 10. Mtodos de Iluminamento ................................................................................................ 14 11. Importncia da Boa Iluminao ...................................................................................... 14 11.1 Fatores que influenciam numa boa iluminao .................................................... 15 12. Aparelhos de Medio....................................................................................................... 15 13. Avaliao dos Nveis de Iluminamento............................................................................ 17 13.1 Portaria n. 3.214, NR-15 Anexo 4 e NR-17, item 17.5.3 ................................... 17 13.2 Tabela dos nveis mnimos de iluminamento......................................................... 17 13.3 Avaliao................................................................................................................... 17

14. Fontes de Luz ..................................................................................................................... 17 14.1 O sol........................................................................................................................... 18 15. Tipos de Lmpadas ........................................................................................................... 18 15.1 Lmpada incandescente .......................................................................................... 18 15.2 Lmpada fluorescente. ............................................................................................ 19 15.3 Lmpadas de vapor de mercrio............................................................................ 21 15.4 Lmpadas mistas...................................................................................................... 22 15.5 Lmpadas de vapor de sdio................................................................................... 22 15.6 Lmpadas multi-vapor metlico............................................................................. 23 15.7 Outros tipos . .......................................................................................................... 24 15.8 Resumo dos tipos de fontes de luz . ........................................................................ 24 16. Dimensionamento de Um Sistema de Iluminao Artificial.......................................... 26 17. Referncias Bibliogrficas ................................................................................................ 28 Anexos ........................................................................................................................... 29 43

ILUMINAO

1. Introduo A partir da teoria da relatividade Albert Einstein podemos estabelecer as seguintes definies relacionadas luz: 1) A luz constituda de variados comprimentos de ondas ou de partculas que so os ftons, ou seja, tem comportamento ondulatrio ou corpuscular, manifestando-se conforme o caso. 2) A luz uma forma de energia radiante que se manifesta pela capacidade de produzir a sensao da viso. No caso da Higiene Industrial, basta-nos o estudo da luz em seu comportamento ondulatrio, uma vez que trataremos principalmente da forma como vamos iluminar os ambientes de trabalho.

2. A Viso Humana Em princpio, toda radiao eletromagntica emitida ou refletida por qualquer corpo, desde que compreendida entre 380 e 780 nm factvel de ser percebida como luz, desde que os valores mnimos emitidos sejam superiores aos limiares de percepo visual, conforme mostra a Fig. 1.

Fonte: LabCell e UFRGS -

Figura 1 Espectro Eletromagntico 3. Fatores Fisiolgicos da Viso com a Iluminao Industrial a) Acomodao visual: a capacidade que tm os olhos para focar os objetos a diferentes distncias, variando a espessura, portanto, a distncia focal do cristalino.1

O tempo necessrio para realizar a acomodao visual varia sensivelmente com a idade das pessoas e afeces do sistema visual. b) Adaptao visual: processo pelo qual os olhos se adaptam a diferentes nveis de iluminao. A durao da adaptao est relacionada iluminao inicial do ambiente e posterior iluminao assumida por este ambiente, ou seja, quando estamos em um tnel observamos bruscamente a queda de iluminao e nossos olhos levam um determinado tempo para se acomodar baixa luminosidade. c) Acuidade visual: capacidade de perceber e discriminar visualmente pequenos detalhes de objetos e ambientes. Tambm est relacionada com a idade e doenas do sistema visual.

4. Definio de Luz Segundo a norma P-TB-32 da Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT, a luz definida como a potncia radiante que, estimulando o olho humano, produz sensao visual. Luz a radiao eletromagntica capaz de produzir sensao visual. A fonte de luz produz uma radiao eletromagntica com diferentes comprimentos de onda, sendo que a sensibilidade do olho espectro visvel (380 a 780 nm).

5. Propriedades Fundamentais da Luz A luz apresenta as seguintes propriedades: a) propaga-se no vcuo atravs de ondas; b) propaga-se em todas as direes do espao; c) transmite-se distncia. Essas propriedades, conforme os princpios da fsica, caracterizam uma radiao.

6. Caractersticas Fsicas da Luz Entende-se por radiao a transmisso de energia atravs do espao, sem necessidade de um suporte material. Existem diferentes formas de energia resultantes da radiao (calor, luz, ondas de rdio). Os elementos que diferenciam e caracterizam cada uma delas so os seguintes: a) Comprimento de onda () a distncia entre dois pontos que se encontram na mesma posio relativa na curva senide que representa uma onda. b) Perodo (T) o tempo que leva a onda para ocupar duas posies idnticas. c) Freqncia (F) o nmero de perodos por segundo. d) Velocidade de propagao (V) a velocidade com que a onda de propaga no espao.2

Segundo Cotrim (2003), o espectro visvel pode ser dividido em um certo nmero de faixas de comprimento de onda, cada uma causando no olho humano uma sensao de cor, conforme mostra o Quadro 1, e Fig. 2. Quadro 1 Comprimentos de onda. Comprimento de Onda [m] 380 a 436 nm 436 a 495 nm 495 a 566 nm 566 a 589 nm 589 a 627 nm 627 a 780 nm Fonte: COTRIM, 2003.

Cores violeta azul verde amarelo laranja vermelho

100 x 10 m -3 10 m 1 m 103

-3

Ondas Radioeltricas Ondas hertzianas Radiao infravermelha Radiao visvel Radiao Ultravioleta Raios X Raios csmicos

760 mm

Inframermelho Vermelho

m

630 mm 590 mm 570 mm 450 mm 380 mm

Laranja Amarelo Verde/Azul Violeta Ultravioleta

100 10 0,1

mm mm mm

Figura 2 Espectro eletromagntico. Nanmetro (1 nm = 10-9 m) outra unidade para definir comprimento de onda visvel o ngstron (1 A = 10-10), vide a Fig. 3.d

t

Velocidade constante da luz (300.000 km/s)

Figura 3 Comprimento de onda.

3

A velocidade da luz dada por: V=.F 1 F= V= T T Exemplo: para = 450 nm (azul) Velocidade da luz = 300.000 km/s Qual a freqncia? 1 x 10-9 m F=

3000000000 m/s 450 10 - 93 10 8 450 10 - 9 m/s m

F=

m 1 s m 1 F = 666,7 1012 s

F = 6,667 1014

F = 666,7 1012 Hz As caractersticas fsicas fundamentais da radiao luminosa so: 1. A luz visvel uma parte do espectro das ondas eletromagnticas compreendidas entre 380 e 780 nm. 2. A luz se propaga no vazio com uma velocidade de 300000 km/s em todas as direes do espao. 3. A luz se propaga segundo uma linha reta do espectro visvel. 4. A radiao luminosa invisvel, a menos que seja interceptada por algum meio material que a disperse em direo ao olho humano. Segundo Cotrim (2003), o espectro visvel pode ser dividi 7. Fenmenos que Ocorrem com a Luz A luz, como uma modalidade de energia, se reflete, absorvida e se transmite. 7.1. Reflexo o fenmeno que consiste na mudana de direo de um raio luminoso ao incidir em determinada superfcie de separao de dois meios homogneos, sendo devolvido ao meio originrio. A reflexo da luz depende das condies da superfcie refletora e do ngulo de incidncia dos raios luminosos.

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Segundo a lei fundamental da luz, o ngulo de incidncia igual ao ngulo de reflexo. Essa lei se cumpre somente quando a superfcie absolutamente lisa e brilhante como no caso de espelhos. A Fig. 4 ilustra como ocorre o fenmeno da reflexo.

Figura 4 Reflexes especular e difusa. 7.2. Refrao o fenmeno segundo o qual a direo dos raios luminosos sofre modificao ao passar de um meio para outro de densidade diferente. Tal fenmeno se d a densidade do meio que atravessa, como mostra a Fig. 5.

i

Ar (n1)

Vidro (n2) n1 - indice de refrao do meio 1 n2 - indice de refrao do meio 2 n1 - sen i n2 - sen r r

Figura 5 Fenmeno da refrao.

A Quadro 2 mostra alguns ndices de refrao, de acordo com o meio.

5

Quadro 2 ndice de refrao. NDICE DE REFRAO MEIO ar gua vidro comum crista n 1 1,33 1,5 a 1,54 1,56 a 1,78

7.3. Absoro o fenmeno que se d quando uma parte do raio luminoso que incide sobre uma superfcie absorvido, em maior ou menor grau, dependendo das caractersticas do material de que constitudo o corpo. A conseqncia mais importante deste fenmeno a cor dos corpos. 7.4. Transmisso uma caracterstica de deixar passar a luz dos corpos transparentes ou translcidos. Os trs fenmenos-reflexo, absoro e transmisso esto intimamente ligados. Fluxo luminoso total = Fluxo luminoso refletido + Fluxo luminoso absorvido + Fluxo luminoso transmitido

8. Definies e Unidades Utilizadas em Luminotcnica A constatao, a medio e a comparao de valores das fontes de luz so feitas atravs da luminotcnica. Histrico O padro escolhido inicialmente recebeu o nome de vela. Posteriormente os pases industrializados passaram a criar padres prprios. A diversidade dos padres tornou-se incompatvel com o desenvolvimento e a internacionalizao dos estudos e aplicao da fotometria, alm das dificuldades tcnicas e multiplicidade de fatores de correo a introduzir para cada um desses valores adotados. Deste modo, formou-se a unidade Candela Cd. 8.1. Intensidade luminosa (I) expressa em Candela (Cd) a energia radiante emitida por uma fonte de luz. a quantidade de luz que uma fonte emite por unidade de ngulo slido (lmen/esferorradiano) projetado em uma determinada direo. O valor est diretamente ligado direo desta fonte de luz (LUMICENTER, 2006, Apud. ASCURRA, 2002). A intensidade luminosa expressa em candelas (cd) e, em algumas situaes, em candela/1000 lmens. A Fig. 6 apresenta sua simbologia e representao. Como analogia hidrulica, a intensidade luminosa se compara intensidade de um jato de gua dirigido (VITTORIO, 1978).

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Figura 6 Intensidade Luminosa. Fonte: LUMICENTER, 2006 8.2 Luminncia a intensidade luminosa de uma fonte de luz produzida ou refletida por uma superfcie iluminada. Esta relao dada entre candelas e metro quadrado da rea aparente (cd/m2) (LUMICENTER, 2006). A luminncia depende tanto do nvel de iluminao ou iluminncia, quanto das caractersticas de reflexo das superfcies, representado na Fig. 7. Analogicamente hidrulica, a luminncia se comporta como respingos de gua que ricocheteiam contra a superfcie. A quantidade de gua que ricocheteia depende da capacidade de absoro da superfcie (VITTORIO, 1978).

Figura 7 Luminncia. Fonte: LUMICENTER, 2006

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8.3. Fluxo luminoso () expresso em lmens uma das unidades fundamentais em engenharia de iluminao, dada como a quantidade total de luz emitida por uma fonte na unidade de tempo (segundo), em sua tenso nominal de funcionamento (VITTORIO, 1978). A Fig. 8 traz uma representao de uma fonte luminosa.

Figura 8 Fluxo Luminoso. Fonte: LUMICENTER, 2006.

8.4. Iluminncia expresso em lux Define-se como iluminncia o fluxo luminoso que incide sobre uma superfcie situada a uma certa distncia da fonte, ou seja, a quantidade de luz que est chegando em um ponto. Esta relao dada entre a intensidade luminosa e o quadrado da distncia (I/d2). A Iluminncia pode ser medida atravs de um luxmetro, porm no pode ser vista. O que visvel so as diferenas na reflexo da luz. A iluminncia tambm conhecida como nveis de iluminao. Seu smbolo (E) e sua unidade dada em lux (lx) (LUMICENTER, 2006). A Fig. 9 demonstra uma analogia a este comportamento da luz.

Figura 9 Iluminncia Fonte: LUMICENTER, 2006.

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8.5 ndice de Reproduo de Cor IRC O IRC a intensidade luminosa de uma fonte de luz produzida ou refletida por uma superfcie iluminada. Esta relao dada entre candelas e metro quadrado da rea aparente (cd/m). Tambm conhecido como a medida de correspondncia entre a cor real de um objeto ou superfcie e sua aparncia diante de uma fonte de luz. A luz artificial deve permitir ao olho humano perceber as cores corretamente, ou o mais prximo possvel da luz natural do dia. Quanto mais alto o ndice, melhor a reproduo das cores. Lmpadas com IRC de 100% apresentam as cores com total fidelidade e preciso. A Fig. 10a apresenta ndice de reproduo de cor 100%, enquanto, na Fig. 10b apresenta um ndice de reproduo de cor de 40%. A luminncia depende tanto do nvel de iluminao ou iluminncia, quanto das caractersticas de reflexo das superfcies (LUMICENTER, 2006).

Figura 10 ndice de Reproduo de Cor - IRC. Fonte: LUMICENTER, 2006. A Fig. 11 mostra como algumas lmpadas no possuem uma boa reproduo de cores. Em determinados ambientes esta fidelidade deve ser levada em considerao.

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Figura 11 Comparativo entre o ndice de reproduo de cores para cada tipo de lmpada.

8.6. Eficincia luminosa a relao entre o fluxo luminoso emitido e a energia eltrica consumida (potncia). Bastante til para averiguar, se um determinado tipo de lmpada mais ou menos eficiente do que outro. Como pode ser analisado com a Fig. 12 (LUMICENTER, 2006).

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Figura 12 Eficincia Luminosa. Fonte: LUMICENTER, 2006. 8.7. Vida til de uma lmpada dado em horas e definido pela mdia aritmtica do tempo de durao de cada lmpada ensaiada. Conforme se apresenta na Fig. 13.

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Figura 13 Vida til de uma lmpada. Fonte: LUMICENTER, 2006 9. Tipos de Iluminao a) Natural Luz solar Vias de penetrao: portas, janelas, telhas, etc. Podem provocar: reflexos indesejados, contrastes entre luz e sombra que geram ofuscamento, dificuldade de apreciao correta das cores. b) Artificial Lmpadas eltricas, lampies a gs, etc. Podem se classificar como:

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F1) Iluminao direta: o fluxo luminoso dirigido diretamente para a superfcie, Fig. 14. Desvantagens: - Produo de sombras e contrastes; - Ofuscamento campo visual; - Reflexo especular superfcie polida. Figura 14 Iluminao direta

2) Iluminao semidireta: o fluxo luminoso obtido parte diretamente e parte por reflexos do teto e paredes, Fig. 15. Vantagens: - Poucas sombras; - Menos ofuscamentos.

Figura 15 Iluminao semi-direta 3) Iluminao difusa: uso de luminrias difusoras, a luz se espalha em todas as direes, como mostra a Fig. 16.

Vantagens: - Quase nenhuma sobra; - Quanto maior a superfcie especfica da luminria em relao potncia da fonte, menor o ofuscamento.

Figura 16 Iluminao difusa. 4) Iluminao semi-indireta: a maior parte do fluxo oriunda do reflexo do teto e parede e menor parte diretamente, como ilustra a Fig. 17.

Desvantagens: - Perda de potncia luminosa por reflexo. Vantagens: - Sem ofuscamento. 13 Figura 17 Iluminao semi-direta

5) Iluminao indireta: fonte luminosa oculta e iluminao obtida por reflexos de paredes e tetos, como ilustra a Fig. 18. Vantagens: - Sem ofuscamento. Desvantagem: - Rendimento luminoso baixo. Figura 18 Iluminao indireta.

O Quadro 3 mostra como fica a porcentagem do fluxo para cada tipo de iluminao. Quadro 3 Distribuio do fluxo luminoso por cada tipo de iluminao. DISTRIBUIO DO FLUXO LUMINOSO Sistema de Iluminao Fluxo Luminoso Fluxo Luminoso para baixo (%) para cima (%) Direta 100 a 90 0 a 10 Semidireta 90 a 60 10 a 40 Difusa 60 a 40 40 a 60 Semi-indireta 40 a 10 60 a 90 Indireta 10 a 0 90 a 100

10. Mtodos de Iluminamento 1) Iluminao geral Idnticas claridades em toda a superfcie, no objetivando uma determinada operao. 2) Iluminao suplementar Visa iluminar adequadamente uma determinada operao.

11. Importncia da Boa Iluminao - Layout da fbrica localizao das mquinas adaptao da iluminao s mquinas - qualidade de observar detalhes - trabalhos de preciso - menor percentual de refugos - maior rapidez de percepo

- Acuidade visual

- Aumento da produo

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11.1. Fatores que influenciam numa boa iluminao a) Quantidade de luminrias Deve ser instalado o nmero adequado de luminrias a fim de atingir o nvel de iluminamento necessrio. A quantidade de luminrias necessrias determinada atravs da elaborao de iluminao que leva em considerao todas as variveis do ambiente que influem na iluminao. b) Distribuio e localizao das luminrias As luminrias devem ser dispostas no ambiente de forma a proporcionar uma iluminao homognea, devendo ser adequada ao arranjo fsico do local. As luminrias devem, ainda, ser localizadas de forma a no criar sombras ou contrastes nos locais onde objetivar a iluminao. c) Manuteno Periodicamente deve ser feita limpeza das luminrias, para evitar acmulo de poeiras nas mesmas, reduzindo desta forma o fluxo luminoso. A reforma das luminrias ou substituio de lmpadas queimadas ou com defeito indispensvel para manuteno da boa iluminao. d) Cores adequadas As cores das superfcies existentes nos locais de trabalho, tais como tetos, paredes, mquinas, mesas de trabalho, devem ser escolhidas de forma a possurem refletncia adequada. e) Variao brusca do nvel de iluminamento A diferena acentuada entre os nveis de iluminamento de dois locais de trabalho adjacentes pode ocasionar riscos de acidentes. f) Idade do trabalhador Com o avano da idade, o trabalhador vai perdendo a acuidade visual e a percepo de pequenos detalhes. Assim quanto mais avanada a idade do trabalhador maior ser o nvel de iluminamento exigido em seu posto de trabalho. g) Incidncia direta de luz As janelas, clarabias ou coberturas iluminantes, horizontais ou dentes de serras, devero ser dispostas de maneira que o sol no venha a incidir diretamente sobre o local de trabalho, utilizando-se, quando necessrio, recursos para evitar a insolao excessiva, tais como toldos, venezianas, cortinas.

12. Aparelhos de Medio O iluminamento medido por aparelhos comparadores, por fotmetros portteis e, de modo mais prtico, pelos luxmetros que, embora no muito precisos, do resultados satisfatrios. Esses aparelhos recorrem em geral ao efeito fotoeltrico caracterstico de certos metais ou xidos metlicos. Os tipos variam segundo o material sensvel empregado. Os fotmetros fotoeltricos constam de uma clula fotoeltrica. As clulas fotoeltricas so dispositivos que podem transformar as variaes de fluxo luminoso em variaes de grandezas eltricas. Os princpios bsicos de funcionamento so trs: fotoemisso, efeito fotovoltaico e fotoconduo (MOREIRA, 1976).

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A fotoemisso consiste na remoo, a frio, de eltrons da superfcie de um slido. A Fig. 19 mostra como a remoo causada pela incidncia de energia luminosa ou outro tipo de energia eletromagntica.

Figura 19 Clula Fotoemissiva. Fonte: MOREIRA, 1976. A clula fotoemissiva consta de um ctodo frio e de um nodo. O ctodo recoberto de material fotoemissivo, que pela incidncia de luz, emite eltrons. Os eltrons so atrados pelo nodo, quando ele estiver polarizado por uma fonte CC. A circulao de corrente pode ser monitorada para dar informao sobre a intensidade luminosa incidente. O Modelo: MLM-1011, Fig. 20, um instrumento digital porttil, com LCD de 3 dgitos, preciso bsica 4% da leitura, com mudana de faixa manual, resposta espectral fotpica CIE, sensor tipo foto diodo de silcio e valor corrigido pela regra do co-seno. Realiza medidas de iluminao ambiente em lux nas faixas de 2000/20000/100000 lux, muito utilizado em segurana no trabalho (MINIPA, 2008).

Figura 20 Luxmetro Digital Modelo: MLM-1011. Fonte: MINIPA, 2008.

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13. Avaliao dos Nveis de Iluminamento 13.1. Portaria n. 3.214, NR-15 Anexo 4 e NR-17, item 17.5.3 A avaliao deve ser realizada usando o luxmetro com fotoclula corrigida para a sensibilidade do olho humano e em funo do ngulo de incidncia. A medio deve ser feita no campo de trabalho e, durante a medio, o trabalhador deve permanecer no local de trabalho. Campo de trabalho toda regio do espao onde, para qualquer superfcie nela situada, exigem-se condies de iluminamento apropriadas ao trabalho visual a ser realizado. Quando no puder ser definido um campo de trabalho, este ser um plano horizontal a 0,75 m do piso. 13.2. Tabela dos nveis mnimos de iluminamento O quadro do anexo 4, NR-15, Portaria n. 3.214 foi revogada pela Portaria n. 3.751, de 23/11/90, que passou a considerar esse agente como conforto ergonomia, sendo os nveis mnimos de iluminamento exigidos os constantes da NBR 5413, conforme NR-17, item 17.5.3.3. 13.3. Avaliao Selecionar os pontos de medio onde houver atividade dos trabalhadores no campo de trabalho defino e no definido (0,75 m do piso). Marcar os pontos selecionados num layout do local. Efetuar medies nos pontos selecionados, de preferncia com dia nublado (piores condies). Efetuar medies no perodo noturno se houver atividade. Analisar os dados levantados. Verificar se os nveis esto compatveis com os mnimos exigidos pela legislao. Concluso e parecer tcnico. Medidas de correo. 14. Fontes de Luz So fontes de radiao eletromagntica que produzem uma potncia compreendida entre 380 a 780 nm, que a faixa identificada pela viso humana. Fonte primria aquela capaz de emitir luz em virtude de transformao interna de uma forma de energia em energia radiante. Podem ser naturais ou artificiais. O sol a principal fonte de energia natural. As lmpadas eltricas so fontes artificiais de luz. Fonte secundria O corpo ou objeto que transmite ou reflete a luz proveniente de outra fonte.

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14.1. O sol O sol o manancial luminoso mais perfeito de que se tem conhecimento, emitindo luz em toda regio visvel no espectro com uma eficincia luminosa de 218,5 lm/W. Da radiao solar temos: 44% da radiao visvel; 52% raios infravermelhos; 4% raios ultravioletas. Portanto, da energia solar percebemos 44% de luz visvel (em todo o seu espectro) e o restante no percebido.

15. Tipos de Lmpadas 15.1. Lmpada incandescente a) Princpio de funcionamento A luz obtida com a lmpada incandescente a resultante do aquecimento de um filamento at a incandescncia, pelo efeito da passagem da corrente eltrica atravs dele (efeito Joule). Quanto maior for a temperatura do filamento, mais intensa ser a luz emitida (Thomas Edson 1879). Os filamentos das antigas lmpadas eram de carvo. Atualmente usa-se tungstnio, cujo ponto de fuso em torno de 3400C. b) Eficincia luminosa A elevao da temperatura do filamento aumenta a eficincia luminosa das lmpadas incandescentes, porm a sua vida til reduzida. Por outro lado, as lmpadas com vida til mais prolongada apresentam um rendimento luminoso mais fraco. c) Depreciao Com o transcorrer do tempo de funcionamento, o fluxo luminoso da lmpada incandescente vai diminuindo. Tal fato se d em virtude da lenta, porm contnua, evaporao das molculas de metal do filamento, fazendo com que a seo fique cada vez menor. A reduo da seo implica o aumento da resistncia eltrica e em conseqncia a intensidade luminosa que passa no filamento diminui e tambm a temperatura, provocando a reduo do fluxo luminoso. Alm disso, o enegrecimento, provocado pelas partculas que se evaporam do filamento e se depositam na parte interna do bulbo, dificulta a passagem de luz, diminuindo ainda o fluxo luminoso em relao ao que a lmpada emitia no incio de seu funcionamento. As Figs. 21 e 22 mostram os tipos de lmpadas incandescentes mais comuns.

Figura 21 Bulbo claro.Fonte: www.ufrgs (2008)

Figura 22 Bulbo leitoso.

Ainda pertencente s lmpadas incandescentes tem-se as lmpadas halgenas, nos modelos: cpsula, palito, dicrica, PAR e AR, como mostra a Fig. 23, (www.ufrgs, 2008).

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Halgena cpsula

Halgena palito

Dicrica

PAR AR Figura 23 Tipos de lmpadas halgenas. 15.2. Lmpada fluorescente A lmpada fluorescente utiliza o princpio da descarga eltrica atravs de um gs para produzir a luz. A Fig. 24 mostra alguns tipos de lmpadas fluorescentes comumente encontradas no mercado. O nome integrada dado quando o reator est acoplado com a lmpada, e quando o reator vendido separadamente ento diz que no integrada.

Fluorescente tubular

Fluorescentes compactas integradas

Fluorescente compacta no integrada Figura 24 Tipos mais comuns de lmpadas fluorescentes.

a) Componentes Consiste basicamente de um bulbo cilndrico de vidro contendo em seu interior vapor de mercrio ou argnio em baixa presso. O bulbo recoberto internamente por cristais de fsforo, material fluorescente que d lmpada uma aparncia leitosa, quando no est acesa. Nas extremidades do bulbo esto situados os eletrodos de tungstnio, por onde circula a corrente eltrica. Vantagens: Pequeno consumo de energia eltrica em funo da sua eficincia luminosa. Pequeno brilho em relao superfcie, razo pela qual no produz em geral, o ofuscamento.19

No emite grande quantidade de calor sendo indicada para ambientes climatizados. b) Princpios de funcionamento O eltron, que se desloca de um eletrodo a outro, se choca com um tomo de vapor de mercrio, provocando liberao de um eltron em sua rbita. Aps um tempo muito breve, o eltron deslocado se reintegra em sua rbita, cedendo energia acumulada no choque em forma de radiaes ultravioleta. Essa radiao, que se transmite em todas as direes, ao se chocar com os sais fluorescentes do interior do tubo, se transforma em radiao luminosa. c) Equipamentos auxiliares Para o acendimento e funcionamento normal so necessrios: Starter um dispositivo eltrico usado na partida, ao se fechar o interruptor. Sua finalidade gerar uma sobretenso capaz de provocar a passagem de corrente no interior da lmpada, fazendo com que os eltrons (e 0 ) iniciem seu deslocamento. Reator a bobina com ncleo de ferro, ligado em srie com a lmpada. Sua finalidade limitar a amperagem que tende a se elevar em virtude da pequena resistncia oferecida pelo gs ao deslocamento do eltron (e 0 ). Na grande maioria as lmpadas fluorescentes no se utilizam os starters. Nestes casos os reatores so especificados j com partida rpida. d) Tipos de lmpadas fluorescentes Pela maneira como dada a partida e pelo tipo de eletrodo empregado, as lmpadas fluorescentes so classificadas em: Lmpada fluorescente de eletrodo quanto partida por preaquecimento dos eletrodos (mais usada). Lmpada fluorescente de eletrodo quanto partida instantnea sem preaquecimento. Lmpada fluorescente de eletrodo frio, tambm chamada de lmpada fluorescente de alta tenso. Lmpadas PL, tambm conhecidas como lmpadas econmicas. Possui um rendimento bem superior lmpada incandescente, sendo hoje em dia devido crise de energia eltrica, a preferida pelos consumidores. e) Grupo de cor Dependendo da composio dos sais fluorescentes torna-se possvel obter diversas tonalidades de luz. Classificam-se em: Standard Branca fria de uso mais geral. Possui grande eficincia luminosa, sendo recomendada onde se exige alto nvel de iluminamento. Branca morna Apresenta luz parecida com a incandescente. Possui grande potncia luminosa, porm no deve ser usada em locais onde se deseja perfeita reproduo de cores. Luz do dia indicada para locais onde se busca obter uma reproduo tanto quanto possvel da luz natural locais onde h necessidade de controle exato das cores, como indstria txtil, grfica, etc.

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f) Vida til A vida mdia das lmpadas fluorescentes comuns da ordem de 7500 horas. O tempo de durao desse tipo de lmpada varia conforme o nmero de vezes que se acedem e se apagam durante o uso. g) Eficincia luminosa As lmpadas fluorescentes apresentam uma eficincia luminosa bem maior que as lmpadas incandescentes. Uma lmpada fluorescente de 40 Watts emite aproximadamente o mesmo fluxo que uma lmpada incandescente de 150 Watts, apresentando rendimento cinco vezes maior, do que as lmpadas incandescentes comuns. h) Efeito estroboscpico As fontes de luz que funcionam em corrente alternada apresentam a caracterstica de uma variao de emisso luminosa de acordo com a variao cclica da corrente. Como o filamento da lmpada incandescente retm bastante calor, essa variao no notada. No caso das lmpadas fluorescentes, o arco extingue-se totalmente duas vezes por ciclo. Os cristais de fsforo utilizados no revestimento interno da lmpada retm a luz por certo tempo, variando com o tipo de material fluorescente usado. Como a imagem persiste na retina cerca de 1 dcimo de segundo a variao na iluminao passa despercebida. Porm quando a pea mvel se encontra em movimento giratrio a grande velocidade, sua parte brilhante e escura pode coincidir, em determinados momentos de sua rotao, com perodos de escurecimento da lmpada fluorescente, ocasionando o efeito estroboscpico. Esse efeito, resultante da flutuao do fluxo luminoso emitido pela lmpada, produz uma falsa viso dos movimentos, fazendo parecer que os objetos mveis esto parados, podendo provocar acidentes. Para evitar tal fenmeno instalam-se reatores duplos de alto fator de potncia a fim de que as lmpadas funcionem defasadas.

15.3. Lmpadas de vapor de mercrio As lmpadas vapor de mercrio so mais utilizadas em ambientes maiores: tanto interno quanto externo. Necessitam de acessrios para o seu funcionamento. A Fig. 25 mostra um tipo de lmpada vapor de mercrio.

Figura 25 Lmpada vapor de mercrio a) Funcionamento Durante a partida produzido um arco entre o eletrodo auxiliar e o principal para ionizar e vaporizar o mercrio criando uma presso dentro do tubo de arco, que chega a atingir dezenas de atmosferas. O vapor de mercrio a alta presso possibilita a formao de um arco entre os elementos principais. O impacto dos eltrons do arco com os tomos de mercrio libera energia luminosa.

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b) Cor da luz As lmpadas de vapor de mercrio emitem uma luz de cor branca azulada em virtude da ausncia de radiaes da faixa do vermelho, fato que provoca a deformao dos objetos iluminados por esse tipo de lmpada. Para evitar tal inconveniente, so fabricadas lmpadas cujo bulbo revestido internamente com material fluorescente a fim de melhorar a composio espectral do fluxo luminoso. Assim podem ser classificadas em claras e corrigidas. c) Vida til A vida til mdia superior da lmpada incandescente e das lmpadas fluorescentes comuns alcanando 16000 horas, considerando-se cinco horas de funcionamento contnuo por partida. d) Eficincia luminosa A eficincia luminosa das lmpadas vapor de mercrio e fluorescentes est em torno de 40 a 60 lmens/Watt. Evidentemente que, varia muito do tipo de lmpada e, principalmente da cor do revestimento (branca fria, morna, luz do sol, etc.). 15.4. Lmpadas mistas A luz resultante do efeito da fluorescncia e incandescncia. A luz laranja e vermelha emitida pelo filamento aquecido compensa a falta dessas radiaes no fluxo luminoso azulado provindo do tubo de arco, fazendo com que esse tipo seja recomendado para locais onde necessita melhor avaliao das cores. A Fig. 26 mostra este tipo de lmpada, diga-se de passagem tem a mesma aparncia de uma lmpada vapor de mercrio.

Figura 26 Lmpada mista. a) Eficincia luminosa 25 lm/W, por exemplo, lmpada de 40 W 40 x 25 = 1000 lmens. b) Vida til - 6000 horas. 15.5. Lmpadas de vapor de sdio As lmpadas vapor de sdio possuem uma vida til bem elevada, elevada eficincia luminosa, entretanto possui uma cor amarelada que deixa a desejar com relao a reproduo de cores. A Fig. 27 mostra este tipo de lmpada e, tambm necessita de equipamentos auxiliares para sua energizao. Existem dois tipos de lmpadas vapor de sdio; um de alta presso e a outra de alta presso. A de baixa presso possui uma cor muito mais amarelada.

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Alta presso

Baixa presso

Figura 27 Lmpadas vapor de sdio de alta presso e de baixa presso.

a) Funcionamento No interior do tubo existe uma mistura dos gases nenio e argnio, em baixa presso, juntamente com uma certa quantidade sdio metlico puro que, ao ser elevado a uma temperatura de 60C, emite radiao luminosa. O tubo de descarga protegido por invlucro de vidro transparente para evitar grandes variaes de temperatura interna. b) Cor de luz As lmpadas de vapor de sdio emitem uma luz monocromtica amarela de grande sensibilidade para a vista. Essa luz s permite distinguir uma gradao de cores que vai do amarelo ao preto, razo pela qual normalmente no so usadas em interiores. c) Eficincia luminosa e vida til Devido sua alta eficincia luminosa e suas caractersticas de contraste com a cor das outras luzes, assim como a penetrao na neblina, muito usada na iluminao de vias pblicas e ptios de manobra e armazenagem. A eficincia luminosa das lmpadas de vapor de sdio de baixa presso da ordem de 100 lm/W e sua vida til alcana 6000 horas. 1 lmpada de 40 Watts 40 x 100 = 4000 lmens d) Lmpadas de alta presso Existem, ainda, lmpadas de vapor de sdio de alta presso, em virtude de o tubo de arco trabalhar em presso mais elevada que no tipo anterior. A vida mdia dessas lmpadas de 18000 horas com a eficincia de 120 lm/W.

15.6 Lmpada Multi-Vapor Metlico Este tipo de lmpada tem a mesma aparncia da vapor de mercrio e de vapor de sdio, como mostra a Fig. 28. Entretanto apresentam uma excelente reproduo de cores, melhores que as anteriores e at mesmo da lmpada fluorescente. Como pode ser visto na Fig. 28 existem vrios modelos. Atualmente alm das cores brancas no mercado tambm se encontram lmpadas vapor metlicos coloridas, como o verde, o lils. utilizada em ambientes comerciais e praas esportivas onde a reproduo de cores um dos fatores mais importantes no projeto ou destaque.

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Figura 28 Modelos de lmpadas de multi-vapor metlico. 15.7. Outros tipos H outros tipos de lmpadas capazes de produzir luz visvel, como gs xennio, luz negra, arco voltaico POUCO UTILIZADAS EM AMBIENTE DE TRABALHO. 15.8 Resumo dos tipos de fontes de luz Como pode ser notado nas descries anteriores, so inmeros os tipos de lmpadas existentes, bem como, potncia, tamanho, eficincia luminosa, vida til, reproduo de cores, etc. Ento o Quadro 4 mostra um resumo de todas os tipos de lmpadas visto at aqui. Quadro 4 Tipos de lmpadas, caracterstica e principal aplicao. LMPADA CARACTERSTICA Baixo rendimento luminoso Pequena vida til Existe em diversas potncias Incandescente Baixo custo de aquisio e instalao

EMPREGO

Locais onde o nvel de iluminamento inferior a 200 lux e o nmero de horas de uso inferior a 2000 horas anuais.

Elevada eficincia luminosa. Vida til prolongada. Custo inicial maior que o da lmpada incandescente. Fluorescentes Emite luz prxima do branco. Baixa luminncia, por isso oferece ofuscamento. Apresenta o inconveniente do efeito estroboscpico.

Iluminao interna comercial ou industrial, onde se desejam alto rendimento e longa vida. Indicada para locais de pouca altura, onde seja necessrio grande iluminamento.

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Grande rendimento luminoso e boa durao. Preo mais elevado que o de uma lmpada incandescente de igual potncia. Vapor de mercrio Lmpada de grande potncia proporcionam pontos de luz de grande fluxo luminoso. Com menos lmpadas e de menor potncia, consegue-se um fluxo luminoso maior do que com lmpadas incandescentes.

Edifcios industriais de grande altura. Iluminao por projetores. A lmpada de vapor de mercrio de luz branca inadequada para locais onde se precise de luz parecida com a natural.

Bom rendimento luminoso e boa durao. Vapor de sdio

Normalmente no usada em iluminao de interiores.

Apresenta luz monocromtica Usadas em ptios, depsitos e tom amarelo. fundies. Multi-vapor metlico Bom rendimento luminoso e boa durao Ambientes comerciais onde se deseja destacar bem as cores.

Excelente reproduo de cores Praas esportivas Necessita de equipamentos auxiliares: reator e ignitor Destaques de fachadas

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16. Dimensionamento de um Sistema de Iluminao Artificial O dimensionamento de um sistema de iluminao pode ser feito pelo mtodo ponto por ponto, mtodo das cavidades zonais ou mtodo dos lmens. A seguir vamos mostrar o dimensionamento utilizando-se o mtodo dos lmens. Nos clculos de iluminao de interiores deve ser seguido o seguinte roteiro (COTRIM, 2003). (I) Escolha criteriosa da lmpada e luminria Deve ser escolhida a lmpada e a luminria mais adequada para o ambiente que se deseja iluminar. (II) Escolha da Iluminncia E A escolha da Iluminncia E deve ser em funo da Tabela 1, de acordo com a norma NBR 5413 ou norma NR 15, ou ainda pela Tabela 2 (COTRIM, 2003). (III) Clculo do Fator do Local K Este fator pode ser determinado pela equao: (COTRIM, 2003)

K

=

l .b hm (l + b )

onde l = comprimento do local; b = largura do local; h m = altura de montagem da luminria (distncia da fonte de luz ao plano de trabalho) (IV) Determinao do Fator de Utilizao - Este fator determinado em funo do: a) fator do local K determinado no item anterior; caso o valor de K no corresponda a nenhum valor da tabela, adotar o valor mais prximo; b) das refletncias do teto, parede e piso, ver Tabela 3 c) do tipo de luminria, constante da Tabela 4 at a Tabela 12. (V) Determinao do Fator de Depreciao - d Para este fator deve ser consultada a Tabela 13, ou fator fornecido pelo fabricante da luminria. (VI) Clculo do Fluxo Total - T O fluxo total dado pela equao (COTRIM,2003)

T

=

S.E .d

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Onde S = rea do recinto, em m2; E = iluminncia em lux, determinado pelas Tabelas 1 ou 2; = coeficiente de utilizao determinado nas Tabelas de 4 a 12; d = fator de depreciao determinado pela Tabela 13. (VII) Determinao do Nmero de Luminrias N O nmero de luminrias determinado pela razo entre o fluxo total calculado no item anterior e o fluxo luminoso emitido por um uma lmpada ou um conjunto de lmpadas pertencentes a cada luminria.

N=

T

Onde T = Fluxo total em lmens; = fluxo luminoso em lumens por uma luminria. O fluxo luminoso emitido por uma lmpada dado pela Tabela 14 Tabela 19. (VIII) Distribuio das Luminrias O espaamento entre as luminrias depende da sua altura ao plano de trabalho h m e da sua distribuio de luz. Esse valor situa-se, geralmente, entre 1,0 e 1,5 vezes a altura h m , em ambas as direes. O espaamento at as paredes deve corresponder aproximadamente metade desse valor.

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17. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ABNT NBR-5413/1982 Iluminncia de interiores. COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalaes Eltricas. Pearson Prentice Hall, 4 ed., So Paulo, 2003. http://www.reymaster.com.br/catalogo/philips.pdf, aquisio em 04 de abril de 2008. NISKIER, J. E MANCINTYRE, A. I. Instalaes Eltricas. Rio de Janeiro: Guanabara, 1986. http:// www.ufrgs.br/facarq/webfolio_labcon/Aula20_GrandezasFotometricas.pdf - aquisio em 04 de abril de 2008. SALIBA, T. M.; CORRA, M. A. C.; AMARAL, L. S. e RIANI, R. R. Higiene do Trabalho e Programa de Preveno de Riscos Ambientais. So Paulo: L Tr, 1997.

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ANEXOS Tabela 1 Iluminncias mdias em lux Atividades A) Salas de trabalho............................................................ B) Salas de desenho............................................................ C) Arquivos........................................................................ EscriTrios A) B) C) D) E) A) B) C) D) E) A) B) C) D) E) F) G) A) B) C) D) A) B) C) D) Salas de aula.................................................................. Artes manuais, desenhos (iluminao suplementar)..... Refeitrio...................................................................... Auditrio....................................................................... Quadro negro (iluminao suplementar)...................... Circulao..................................................................... rea de exposio......................................................... Balces, mostrurios..................................................... Exposies de realce..................................................... Depsito........................................................................ Depsito........................................................................ Fabricao em geral...................................................... Inspeo comum........................................................... Inspeo delicada.......................................................... Empacotamento e encaixotamento............................... Montagem simples........................................................ Montagem delicada....................................................... Enfermaria..................................................................... Sala de operaes.......................................................... Mesa de operaes........................................................ Laboratrio.................................................................... Iluminao geral............................................................ Mesas............................................................................. Estantes.......................................................................... Fichrio.......................................................................... Escolas

IES 300 1500 300 700 1000 300 150 1500 300 1000 2000 5000 300 200 500 500 1000 500 500 5000 300 100 25000 500 300 700 300 700

BR 5413 300 a 750 500 a 1000 300 300 500 100 200 500 300 500 600 a 1000 1500 a 5000 200 200 300 300 a 500 500 a 1000 150 300 a 500 1000 200 a 500 500 6000 200 a 500 100 500 300 300

Biblioteca

Hospitais

Indstrias

Lojas

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Tabela 2 Iluminncias (Cotrim, 2003)ATIVIDADE Mnimo para ambiente de trabalho Tarefas visuais simples e variadas Observaes contnuas de detalhes mdios e finos (trabalho normal) 4 Tarefas visuas contnuas e precisas (trabalho fino, por exemplo, desenho) 5 Trabalho muito fino (iluminao local, por exemplo, conserto de relgios). Fonte: Cotrim, 2003 ITEM 1 2 3 I L U M I N N C I A S (lx) 150 250 a 500 500 a 1.000 1.000 a 2.000 Acima de 2.000

Tabela 3 ndice de Refletncias ndice1 3 5 7

Reflexo10% 30% 50% 70%

SignificadoSuperfcie mdia Superfcie mdia Superfcie clara Superfcie branca

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Tabela 4 Fator de Utilizao

31

Tabela 5 Fator de utilizao

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Tabela 6 Fator de utilizao

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Tabela 7 Fator de Utilizao

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Tabela 8 Fator de Utilizao

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Tabela 9 Fator de Utilizao

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Tabela 10 Fator de utilizao

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Tabela 11 Fator de Utilizao

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Tabela 12 Fator de Utilizao

Tabela 13 Coeficiente de Depreciao Tipo Perodo de manuteno (horas) de Ambiente 2.500 5.000 0.95 0.91 Limpo 0.91 0.85 Normal 0.80 0.66 SujoFonte: Cotrim, 2003

7.5000.88 0.80 0.57

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Tabela 14 Fluxo Luminoso de Lmpadas incandescentes

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Tabela 15 Fluxo luminoso de Lmpadas Fluorescentes PL

Tabela 16 Fluxo Luminoso de Lmpadas Multi-Vapor Metlico

Tabela 17 Fluxo Luminoso de Lmpadas Halgenas tipo palito e AR.

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Tabela 18 Fluxo Luminoso de Lmpadas Fluorescentes Tubulares e de Vapor de Mercrio

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Tabela 19 Fluxo Luminoso de Lmpadas Vapor de Sdio e Mista

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