Luminotecnica

Sistemas e Tecnologias

Industriais - I

Módulo 8

Luminotécnica

Luminotécnica

Leitura obrigatória

• Capítulo 5 do livro:

CREDER, Hélio, Instalações Elétricas. 15 Ed. Rio de Janeiro: LTCA 2007

Luminotécnica

LUMINOTÉCNICA

• estudo das técnicas das fontes de iluminação artificial, através da energia elétrica

• luz é uma modalidade da energia radiante verificada pela sensação visual declaridade

• faixa de radiações das ondas eletromagnéticas detectada pelo olhohumano se situa entre 380 nm e 780 nm.

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CONFORTO LUMINOSO

• ambientes com melhor conforto luminoso e no menor custo

• conforto – resposta fisiológica do indivíduo

• ambiente – estímulos ambientais (quantidade, qualidade e distribuição da luz)

• “Quanto menor for o esforço de adaptação do indivíduo, maior será sua sensação de conforto”sensação de conforto”

– Citação e figura: Manual OSRAM deIluminação, conceitos e projeto

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CONFORTO LUMINOSO

• sensações e emoções subjetivas

• “Conforto é, portanto, a interpretação de estímulos objetivos, físicos e facilmente quantificáveis, por meio de respostas fisiológicas (sensações) e de emoções, com caráter subjetivo e de difícil avaliação”

– Citação e figura: Manual OSRAM deIluminação, conceitos e projeto

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OBJETIVOS DA ILUMINAÇÃO

• obtenção de boas condições de visão – visibilidade, segurança, orientação

• ligado a atividades laborativas e produtivas (escolas, escritórios, bibliotecas, industrias)

• utilização da luz como instrumento de ambientação de espaço – atividades não laborativas

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CONCEITOS BÁSICOS: ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

• radiação solar – ondas eletromagnéticas

• três espectro principais

• infravermelho (sensação de calor)

• espectro visível

• ultravioleta (efeito higiênico, bronzeamento)

Figura: Manual OSRAM deIluminação, conceitos e projeto

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CONCEITOS BÁSICOS

• espectro visível – faixa de 380 a 780 nm

• Curva de sensibilidade do olho humanoà luz visível


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CONCEITOS BÁSICOS

• luz – cores primárias

• aparência de um objeto: resultado da iluminação incidente sobre ele


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CONCEITOS BÁSICOS

• Potência total instalada

• somatório de todas as potências dos aparelhos utilizados na iluminação –potência da lâmpada + acessórios

• Densidade de potência

[ ]kwwn

Pt

1000

.=

• Densidade de potência

• potência total instalada em watts para cada metro quadrado

[ ]2/

1000.mW

A

PD

t

=

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CONCEITOS BÁSICOS

• Fluxo luminoso

• radiação total da fonte luminosa entre os limites de comprimento de onda de 380 e 780 nm

• quantidade de luz emitida por uma fonte, em tensão normal de funcionamento.

- lâmpada incandescente de 100 W: 1000 lm;- lâmpada incandescente de 100 W: 1000 lm;- lâmpada fluorescente de 40 W: 1700 a 3250 lm;- lâmpada vapor de mercúrio 250W: 12.700 lm;- lâmpada multi-vapor metálico de 250W: 17.000 lm


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CONCEITOS BÁSICOS

• Eficiência luminosa

• relação entre o fluxo luminoso emitido por uma lâmpada e a potência elétrica desta lâmpada

- lâmpada incandescente de 100W: 10 lm/W- lâmpada fluorescente de 40 W: 42,5 lm/W a 81,5 lm/W.- lâmpada vapor de mercúrio de 250W: 50 lm/W- lâmpada multi-vapor metálico de 250W: 68 lm/W.- lâmpada multi-vapor metálico de 250W: 68 lm/W.


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CONCEITOS BÁSICOS

• Intensidade luminosa

• é a potência da radiação luminosa numa dada direção• I (intensidade) - unidade é a candela (cd)

• Curva de distribuição luminosa - CDL

• Candela x 1000 lm


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CONCEITOS BÁSICOS

• Luminância

• excitação visual

• “sensação de claridade”

“ Luminância liga-se com contrastes, pois a leitura de uma página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância das letras é menor do que a luminância do fundo e, assim, a leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, quando as luminâncias se aproximam, como é o caso da menos os olhos”. Entretanto, quando as luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara luminâncias. Quando compara luminâncias pode ficar eufórico ou triste, estimulado ou abatido”

Citação: Manual OSRAM deIluminação, conceitos e projeto

[ ]2.

cos.mcd

A

IL

α=

Leitura – artigo: O uso da cor no

ambiente de trabalho – uma ergonomia da

percepção

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CONCEITOS BÁSICOS

• Luminância

“ Luminância liga-se com contrastes, pois a leitura de uma página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância das letras é menor do que a luminância do fundo e, assim, a leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, quando as luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara luminâncias. Quando compara luminâncias pode ficar eufórico ou triste, estimulado ou abatido”eufórico ou triste, estimulado ou abatido”

“ Luminância liga-se com contrastes, pois a leitura de uma página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância das letras é menor do que a luminância do fundo e, assim, a leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, quando as luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara luminâncias. Quando compara luminâncias pode ficar eufórico ou triste, estimulado ou abatido”

Citação: Manual OSRAM deIluminação, conceitos e projeto

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CONCEITOS BÁSICOS

• Iluminância

• iluminamento, nível de iluminação

• relação entre o fluxo luminoso incidente numa superfície e a superfície sobre a qual este incide

• densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a qual este incide

Dia ensolarado de verão em local aberto » 100.000 luxDia encoberto de verão » 20.000 luxDia escuro de inverno » 3.000 luxBoa iluminação de rua » 20 a 40 luxNoite de lua cheia » 0,25 luxLuz de estrelas » 0,01 lux.

Φ=

2m

lm

AE

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CONCEITOS BÁSICOS

• Luminância x Iluminância


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CONCEITOS BÁSICOS

• Índice de Reprodução de Cores - IRC

• variação de cor nos objetos iluminados baseado em uma cor padrão


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CONCEITOS BÁSICOS

• Temperatura de cor

Sensação visual:• luz quente – “amarelada” – temperatura de cor baixa• luz fria: (azulada) – temperatura de cor alta


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TIPOS DE LÂMPADAS

• Incandescentes

• bulbo de vidro com filamento interno de tungstênio espiralado que é levado a incandescência pela passagem da corrente (efeito Joule)

• oxidação é evitada pela presença de gás inerte (Níquel e Argônio) ou vácuo dentro do tubo

• alto fluxo luminoso das novas lâmpadas incandescente é obtido com filamentos de dupla espiralagem feitos de tungstênio puro (exigências da NBR IEC 64)

• Bulbo incolor ou leitoso (usado para reduzir a luminância ou ofuscamento)• Bulbo incolor ou leitoso (usado para reduzir a luminância ou ofuscamento)

• cor da luz é branco-avermelhada

• reprodução de cores sobressaem as cores amarela e vermelha, ficando amortecidas as tonalidades verde e azul.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• Incandescentes

• Vidro dos bulbos: normalmente o vidro cal, macio, de baixa temperatura de amolecimento

• lâmpadas ao ar livre, são empregados vidros duros ou vidros-borossilicatos, que resistem ao choque térmico

• lâmpadas especiais tubulares, onde o filamento é colocado axialmente muito próximo ao bulbo são utilizados tubos de quartzo, que resistem a elevadas temperaturas sem ocorrer o seu amolecimento, como nas lâmpadas halógenas.

• bases: fixar mecanicamente a lâmpada em seu suporte e completar a ligação elétrica ao circuito de iluminação

• A maior parte das lâmpadas usa a base de rosca tipo Edison.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• halógenas

• lâmpadas incandescentes nas quais se adicionam internamente ao bulbo, elementos halógenoscomo o iodo ou bromo

• interior do bulbo: “ciclo do iodo, ou ciclo do bromo”

• tungstênio evaporado combina-se (em temperaturas abaixo de 1400°C com o halogênio adicionadoao gás presente no bulbo

• composto formado (iodeto de tungstênio), fica circulando dentro do bulbo, devido às correntes de• composto formado (iodeto de tungstênio), fica circulando dentro do bulbo, devido às correntes deconvecção aí presentes, até se aproximar novamente do filamento

• A alta temperatura decompõe o iodeto, e parte do tungstênio se deposita novamente no filamentoregenerando-o

• Temos assim, uma reação cíclica que reconduz o tungstênio evaporado para o filamento. Com isso,o filamento pode trabalhar em temperaturas mais elevadas (aproximadamente 3200 a 3400K),obtendo-se maior eficiência luminosa, fluxo luminoso de maior temperatura de cor, ausência dedepreciação do fluxo luminoso por enegrecimento do bulbo e dimensões reduzidas.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• halógenas

• Para que o ciclo do iodo ocorra, a temperatura do bulbo deve estar acima de 250°C,obrigando a utilização de bulbos de quartzo, o que encarece a produção e exige quea lâmpada funcione nas posições para a qual foi projetada.

• São lâmpadas de grande potência, mais duráveis, de melhor rendimento luminoso, menores dimensões e que reproduzem mais fielmente as cores, sendo todavia, mais caras

• São utilizadas para iluminação de praças de esporte, pátios de armazenamento de mercadorias • São utilizadas para iluminação de praças de esporte, pátios de armazenamento de mercadorias iluminação externa em geral, teatros, estúdios de TV museus, monumentos, projetores, máquinas de xerox, etc.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• fluorescentes

• utilizam a descarga elétrica através de um gás para produzir energia luminosa

• lâmpadas fluorescentes tubulares consistem de um bulbo cilíndrico de vidro

• Extremidades - eletrodos metálicos de tungstênio recobertos de óxidos ( aumentam seu poder emissor), por onde circula a corrente elétrica

• Internamente existe vapor de mercúrio ou argônio a baixa pressão e as paredes internas do tubo são pintadas com materiais fluorescentes conhecidos por cristais de fósforosão pintadas com materiais fluorescentes conhecidos por cristais de fósforo

• Para as lâmpadas fluorescentes chamadas da “partida lenta”, são necessários dois equipamentos auxiliares: o starter e o reator.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• fluorescentes

• starter é um dispositivo constituído de um pequeno tubo de vidro dentro do qual são colocados dois eletrodos imersos em gás inerte, responsável pela formação inicial do arco que permitirá estabelecer um contato direto entre os referidos eletrodos e destina-se a provocar um pulso de tensão a fim de deflagrar a ignição da lâmpada

• Reator eletromagnético: bobina com núcleo de ferro, ligada em série com a alimentação da lâmpada, o qual tem por finalidade provocar um aumento da tensão durante a ignição e uma redução na intensidade da corrente durante o funcionamento da lâmpada

• Reator eletrônico, que tem a mesma função do reator eletromagnético e consiste basicamente de um circuito de retificação e um inversor oscilante (oscilador), de 16 a 50 kHz

• reatores eletrônicos oferecem inúmeras vantagens em relação aos eletromagnéticos, a saber: menor ruído audível; menor aquecimento; menores níveis de interferência eletromagnética, menor consumo de energia elétrica e redução da cintilação (flicker).

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Fluorescentes – princípio de funcionamento

• ao fechar o interruptor, ocorre no starter uma descarga de efeito corona, o elemento bimetálicoaquecido fecha o circuito, a corrente que passa aquece os eletrodos da lâmpada

• Depois de fechados os contatos (no starter), cessa a descarga o que provoca rápido esfriamento do bimetálico, que dessa forma abrem os contatos e cessa a corrente pelo starter. Em conseqüência da abertura do contato, é gerado no reator uma sobretensão que faz romper o arco, e o circuitopassa a fechar-se no interior da lâmpada

• Os elétrons deslocando-se de um filamento a outro, esbarram em seu trajeto com átomos do vapor de mercúrio que provocam liberação de energia luminosa não visível (freqüências muito elevadas)tipo radiação ultravioleta

• As radiações em contato com a pintura fluorescente do tubo, produzem radiação luminosa visível. A tensão final no starter é insuficiente para gerar uma nova descarga, o que faz com que o mesmo fique fora de serviço, enquanto a lâmpada estiver acesa

• Como os reatores eletromagnéticos são bobinas (indutâncias), absorvem potência reativa da rede e podem apresentar baixo fator de potência. Para melhorar o fator de potência e eliminar o efeito da interferência em rádio e TV, o starter é provido de um capacitor ligado em paralelo com o elemento bimetálico. Ainda, para melhorar o FP e reduzir o efeito estroboscópico pode-se executar uma ligação em paralelo de 2 lâmpadas fluorescentes, utilizando um reator duplo. Neste caso uma das lâmpadasé ligada normalmente com o reator e a outra em série com um reator e um capacitor de compensação constituindo um reator capacitivo.

O campo eletrico na superfície dos condutores atinge um limiar no qual o dielétrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor, similar a uma coroa.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• vapor de mercúrio

• tubo de descarga feito de quartzo para suportar elevadas temperaturas, tendo em cada extremidade um eletrodo principal, de tungstênio recoberto com material emissor de elétrons

• Quando uma tensão é aplicada à lâmpada cria-se um campo elétrico entre o eletrodo auxiliar e o principal. Forma-se um arco elétrico entre eles provocando o aquecimento dos óxidos emissores, a ionização do gás e a formação de vapor de mercúrio. Depois que o meio interno tornou-se ionizado, a impedância elétrica tornase reduzida e, como a do circuito de partida é elevada (devido ao resistor), este torna-se praticamente inativo, passando a descarga elétrica a ocorrer entre os eletrodos principais. Com o aquecimento do meio interno a pressão dos vapores cresce com o conseqüente principais. Com o aquecimento do meio interno a pressão dos vapores cresce com o conseqüente aumento do fluxo luminoso. O período de partida leva alguns segundos, e a lâmpada só entra em regime aproximadamente 6 minutos após ligada a chave. Se a lâmpada é apagada, o mercúrio não pode ser reionizado até que a temperatura do arco seja diminuída suficientemente, isto leva de 3 a 10minutos, dependendo das condições externas e da potência da lâmpada.

• vias públicas, fábricas, parques, praças , estacionamentos

• luz de aparência branco-azulada

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TIPOS DE LÂMPADAS

• vapor de sódio

• Produzem uma luz monocromática amarela, sem ofuscamento, e são apresentadas como a melhor solução para iluminação em locais onde existe névoa ou bruma.

• As lâmpadas a vapor de sódio a alta pressão têm um tubode descarga de óxido de alumínio sinterizado,encapsulado por um bulbo oval de vidro.

• O tubo de descarga é preenchido por uma amálgamade sódio-mercúrio, além de uma mistura gasosa dede sódio-mercúrio, além de uma mistura gasosa deneônio e argônio, utilizada para a partida.

• As lâmpadas de sódio são produzidaspara substituir as lâmpadas vapor de mercúriodiretamente nas potências equivalentes.

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TIPOS DE LÂMPADAS

• multi-vapor metálico

São lâmpadas de vapor de mercúrio onde se introduz outros elementos (iodetos, brometos) em seu tubo de descarga, de forma que o arco elétrico se realize numa atmosfera de vários vapores misturados

Obtensão de maiores eficiências luminosas

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TIPOS DE LÂMPADAS

• luz negra

• lâmpadas a vapor de mercúrio de bulbo de vidro com óxido de níquel

• absorve em grande parte o fluxo luminoso produzido.

• usadas em exames de gemas e minerais, apuração de fabricações, setores de correio, levantamento de impressões digitais, na indústria alimentícia para verificar adulterações

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TIPOS DE LÂMPADAS

• LED

• diodo emissor de luz LED (Light Emitting Diode)

• emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada

• diodo semicondutor que quando energizado emite luz visível

• Luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda espectral relativamente estreitaestreita

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TIPOS DE LUMINÁRIAS

• proteger as lâmpadas

• orientar ou concentrar o facho luminoso

• difundir a luz,

• reduzir o ofuscamento

CIE (Comission Internacionale de L’Eclairage)CIE (Comission Internacionale de L’Eclairage)

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VIDA ÚTIL DE LÂMPADAS

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CÁLCULO LUMINOTÉCNICO

• estabelecer o melhor sistema de iluminação para uma dada aplicação

• Método dos Lúmens ou fluxo luminoso

• Método ponto a ponto

• NBR 5413

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• Estabelecer o iluminamento médio do local, em função das dimensões domesmo e da atividade a ser desenvolvida

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• Estabelecer o iluminamento médio do local, em função das dimensões do mesmo e da atividade a ser desenvolvida

• Estabelecer o tipo de lâmpada e de luminária a serem utilizadas no local

• determinar Fator de Utilização (Fu) (coeficiente, menor ou igual a 1, representa uma ponderaçãoque leva em conta as dimensões do local e a quantidade de luz refletida por paredes e teto)

• Determinar Fator de Depreciação (Fd) (coeficiente, menor ou igual a 1, representa uma ponderação que leva em conta a perda de eficiência luminosa das luminárias devido à contaminação do ambiente)

• Determinar o fluxo luminoso total (em lúmen) que as luminárias deverão produzir

• Determinar o número necessário de luminárias

• Ajustar o número de luminárias de forma a produzir um arranjo uniformemente distribuído

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AVALIAÇÃO DE ILUMINAÇÃO

• NBR 5382 – Verificação de iluminação de interiores

• NBR 5413 – Iluminação de Interiores

• NR-15 anexo 4: revogado pela portaria 3751 de 23/11/90

• a quantidade de luz dentro de um ambiente pode ser medida com o auxílio de um luxímetro

• Como o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, a iluminância não será a • Como o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, a iluminância não será a mesma em todos os pontos da área avaliada

• Considerasse assim a iluminância média (Em)

Referências bibliográficas

Bibliografia básica

• CREDER, Hélio, Instalações Elétricas. 15 Ed. Rio de Janeiro: LTCA 2007• COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações Elétricas. 4 Ed. São Paulo:

Pearson Prentice Hall, 2003• MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 7 Ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2007

Bibliografia complementar

LIMA FILHO, Projetos de instalações prediais, 11 edição São Paulo – Érica 2007

Informações sobre luminárias: www.faelluce.com.br/

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