ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ UTILIZANDO TECNOLOGIA LED

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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ ESCOLA POLITÉCNICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ÊNFASE EM TELECOMUNICAÇÕES ANA PAULA ALVES OLIVEIRA MARIANNA JAGHER LOPES ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ UTILIZANDO TECNOLOGIA LED CURITIBA 2013

2 ANA PAULA ALVES OLIVEIRA MARIANNA JAGHER LOPES ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ UTILIZANDO TECNOLOGIA LED Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Telecomunicações da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof a. Ma. Maria Gertrudes Te Vaarwerk. CURITIBA 2013

3 ANA PAULA ALVES OLIVEIRA MARIANNA JAGHER LOPES ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ UTILIZANDO TECNOLOGIA LED Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Telecomunicações da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. COMISSÃO EXAMINADORA Professor 1(Mestra Maria Gertrudes Te Vaarwerk) Pontifícia Universidade Católica do Paraná Professor 2 (Doutor James Alexandre Baraniuk) Pontifícia Universidade Católica do Paraná Professor 3 (Doutora Lilia Maria Marques Siqueira) Pontifícia Universidade Católica do Paraná Curitiba, de de 2013.

4 AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer primeiramente a deus, por iluminar e abençoar a nossa trajetória. Aos nossos pais, pelo apoio e por tudo que sempre fizeram por nós, pelo exemplo, pela amizade e carinho, fundamentais na construção de nosso caráter. Aos nossos irmãos, pelas palavras de consolo, pelas dicas e pela cumplicidade. Ao professor James, pela ajuda e pelas palavras amigas que nos guiaram até o fim desse projeto. A professora Maria, pelos cuidados, por nos transmitir todo o conhecimento possível, e principalmente pela extrema paciência, pois lidar com nós duas realmente não é fácil. A professora Lilia, pelo afeto e atenção, que sempre nos tranquilizou, desde o primeiro ano.

5 Uma boa iluminação levanta uma arquitetura medíocre, e uma iluminação ruim acaba com o melhor projeto. (Oscar Niemeyer)

6 RESUMO A substituição das lâmpadas incandescentes e fluorescentes por LEDs tem por objetivo amenizar o esgotamento dos recursos naturais energéticos e os impactos ambientais gerados pelo uso da energia elétrica em demasiado na iluminação artificial. O objetivo desse trabalho é desenvolver um projeto para substituição do sistema de iluminação de diferentes salas de aula da Pontifícia Universidade Católica do Paraná por um novo sistema utilizando tecnologia LED, visando melhor eficiência energética, seguindo as recomendações da NBR ISO/CIE , a partir da avaliação do sistema de iluminação atual, a elaboração e a avaliação de um novo projeto e por último a análise da viabilidade do mesmo. Após a execução do projeto foi possível concluir que este tende as exigências, melhorando a qualidade da iluminação com a redução da potência instalada e dos custos com energia elétrica, tornando o sistema energeticamente eficiente. Porém, o uso da tecnologia LED tornou o projeto inviável, pois a utilização de mais luminárias, para garantir a iluminância ideal, não compensou o fato de ela consumir menos energia e devido ao seu elevado custo, não se obtendo um retorno de investimento em um prazo considerável. Palavras-chave: Eficiência. Energia. Elétrica. LED.

7 ABSTRACT The replacement of incandescent and fluorescent lamps by LEDs aims to mitigate the depletion of energy resources and the environmental impacts caused by its use in artificial lighting too. The aim of this work is to develop a project to replace the lighting in different classrooms at the Catholic University of Paraná system with a new system using LED technology to better energy efficiency, using the recommendations of ISO / CIE , from the assessment of the current lighting system, the development and evaluation of a new project and lastly the analysis of viability. After the execution of the project, was concluded that this tends requirements, improving lighting quality with reduced installed power and electricity costs, making energy efficient system. However, the use of LED technology has made the project unfeasible, because the use of more lamps, to ensure optimal illuminance did not offset the fact that it consume less energy and due to the fact that the cost of this technology is still very high, not getting a return on investment in a considerable time Key-words: Efficiency. Energy. Electrical. LEDs.

8 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - A cadeia do uso de energia Figura 2 - Etiquetas informativas de energia elétrica Figura 3 - Espectro eletromagnético Figura 4 - Curva de sensibilidade espectral relativa ao olho humano Figura 5 - Intensidade luminosa Figura 6 - Fluxo luminoso Figura 7 - Iluminância x Luminância Figura 8 - Coeficiente de reflexão de alguns materiais e cores Figura 9 - Reprodução das cores Figura 10 - Temperatura da cor Figura 11 Starter Figura 12 - Reator eletromagnético de partida convencional Figura 13 - Componentes de uma lâmpada incandescente Figura 14 - Lâmpada halógena dicroica Figura 15 - Lâmpada halógena Figura 16 - Lâmpada Fluorescente Figura 17 - Elementos de lâmpadas de vapor de mercúrio Figura 18 - Lâmpada a vapor de sódio de alta pressão Figura 19 - Classificação do fluxo luminoso Figura 20 - Tipos de refletores Figura 21 - Curva de distribuição do tipo bat wing Figura 22 - Evolução da tecnologia das lâmpadas LED Figura 23 - Evolução dos LEDs Figura 24 - Funcionamento dos LEDs Figura 25 - LED de alta potencia Figura 26 - LED de alta potência (estrutura) Figura 27 - LED convencional Figura 28 - Curva I x V em função da cor do LED Figura 29 - Lâmpadas LED Figura 30 - Divisão do ambiente em cavidades zonais Figura 31 - Razões de Cavidades... 66

9 Figura 32 - Tabela de refletância eficaz (%) da cavidade do teto ou chão Figura 33 - Coeficientes de utilização Figura 34 - Fatores de correção para refletâncias da cavidade do chão diferente de 20% Figura 35 - Medidor de energia LACTEC Figura 36 - Medidores no circuito de iluminação Figura 37 Imagens da sala de aula Figura 38 - Disposição das lâmpadas das salas da aula Figura 39 Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO Figura 40 - Luminária da sala de aula Figura 41 - Iluminâncias medidas da sala de aula Figura 42 - Lâmpada MASTER LEDtube Figura 43 - Luminária CAC 10 - S Figura 44 - Luminária LHT02 - E de sobrepor Figura 45 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 - S Figura 46 - Nova distribuição das luminárias LHT02 - E de sobrepor Figura 47 - Fotos sala de desenho Figura 48 - Distribuição atual das luminárias Figura 49 Lâmpada TLDRS16W-S84-ECO Figura 50 - Luminária da sala de desenho Figura 51 - Iluminâncias medidas da sala de desenho Figura 52 - Lâmpada MASTER LEDtube 10 W da PHILIPS Figura 53 - Luminária CAC 09 - E da LUMICENTER Figura 54 - Luminária LHT 03 - E da LUMICENTER Figura 55 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 E Figura 56 - Nova distribuição das luminárias LHT03 E Figura 57 - Panorâmica da sala de circuitos A Figura 58 - Panorâmica da sala de circuitos B Figura 59 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos A Figura 60 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos B Figura 61 - Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO Figura 62 - Luminária das salas de circuitos Figura 63 - Iluminâncias medidas na sala de circuitos A Figura 64 - Iluminânicias medidas na sala de circuitos B

10 Figura 65 - Lâmpada MASTER LEDtube 32 W Figura 66 - Luminária CAA 10-S Figura 67 - Luminária CAA 20-S Figura 68 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos A Figura 69 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos B Figura 70 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos A. 117 Figura 71 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos B. 117 Figura 72 Sistema de iluminação atual da sala de aula Figura 73 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de aula Figura 74 - Distribuição das iluminância atual da sala de aula Figura 75 - Novo sistema de iluminação da sala de aula Figura 76 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de aula Figura 77 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto na sala de aula Figura 78 - Sistema de iluminação atual da sala de desenho Figura 79 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de desenho 122 Figura 80 - Distribuição das iluminâncias atuais da sala de desenho Figura 81 - Novo sistema de iluminação da sala de desenho Figura 82 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de desenho Figura 83 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de desenho Figura 84 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos A Figura 85 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de circuitos A Figura 86 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos A Figura 87 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos A Figura 88 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A. 126 Figura 89 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A Figura 90 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos B Figura 91 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala circuitos B Figura 92 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos B Figura 93 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos B Figura 94 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B. 129 Figura 95 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B

11 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Grau de IP contra penetração de objetos Tabela 2 - Grau de IP contra a penetração de água Tabela 3 - Exemplo para determinação do coeficiente de utilização das luminárias. 61 Tabela 4 - Fator de depreciação Tabela 5 - Manutenção das Luminárias Tabela 6 - Valor de iluminância média e IRC conforme ambiente e tarefa Tabela 7 - Classificação das lâmpadas quanto à temperatura Tabela 8 - Dimensões do ambiente Tabela 9 - Refletâncias das superfícies Tabela 10 - Consumo energético da sala de aula Tabela 11 - Custo energético da sala de aula Tabela 12 - Número de pontos a serem medidos nas salas de aula Tabela 13 - Comparação do sistema atual com o recomendado Tabela 14 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 10 - S com a lâmpada PHILIPS Tabela 15 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT02 - E de sobrepor Tabela 16 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 10 e a lâmpada PHILIPS Tabela 17 - Custo e consumo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT02 - E de sobrepor Tabela 18 - Dimensões do ambiente Tabela 19 - Refletâncias das superfícies Tabela 20 - Consumo energético Tabela 21 - Custo energético Tabela 22 - Número de pontos a serem medidos nas salas de desenho Tabela 23 - Comparação do sistema atual com o recomendado Tabela 24 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 09 - E com a lâmpada PHILIPS Tabela 25 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT03 - E.. 102

12 Tabela 26 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 09 e a lâmpada PHILIPS Tabela 27 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT03 e a lâmpada PHILIPS Tabela 28 - Dimensões do ambiente Tabela 29 - Refletâncias do ambiente Tabela 30 - Consumo energético das salas de circuitos A e B Tabela 31 - Custo energético da sala Tabela 32 - Número de pontos a serem medidos nas salas de circuitos A e B Tabela 33 - Comparação do sistema atual com o recomendado Tabela 34 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 10-S Tabela 35 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 20-S Tabela 36 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 10-S232 e a lâmpada PHILIPS Tabela 37 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 20-S232 e a lâmpada PHILIPS Tabela 38 - Economia de potência das salas Tabela 39 - Tempo de retorno do investimento no novo sistema de iluminação

13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROBLEMATIZAÇÃO OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO BRASIL LEI N 9.478, DE 6 DE AGOSTO DE LEI N 9.991, DE 24 DE JULHO DE LEI N , DE 17 DE OUTUBRO DE 2001 E O DECRETO N 4.059, DE 19 DE DEZEMBRO DE PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PROCEL PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS DERIVADOS DO PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL CONPET PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM PBE PROESCO ILUMINAÇÃO A LUZ E A PERCEPÇÃO VISUAL CONCEITOS E GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS Intensidade Luminosa (Símbolo: I, Unidade: candela - cd) Fluxo Luminoso (Símbolo: φ, Unidade: lúmen - lm) Iluminância (Símbolo: E, Unidade: lux - lx) Luminância (Símbolo: L, Unidade: cd/m²) Refletância (símbolo: ρ) Eficiência Luminosa (Símbolo: η, Unidade: lm/w) Índice de reprodução de cor (Símbolo: IRC, Unidade: %) Temperatura da cor (Símbolo: T, Unidade: K) Vida Útil REQUISITOS DE UMA BOA ILUMINAÇÃO Acuidade Visual Nível de Iluminamento... 29

14 3.3.3 Ofuscamento Distribuição das Luminâncias e Efeitos de sombra e luz Reprodução das Cores Temperatura das Cores DISPOSITIVOS DE CONTROLE, LÂMPADAS E LUMINÁRIAS DISPOSITIVOS DE CONTROLE Starters Reatores Ignitores LÂMPADAS Lâmpadas Incandescentes Lâmpadas de Descarga LUMINÁRIAS Direção do fluxo luminoso nas luminárias Modificação do fluxo luminoso nas luminárias Superfícies internas das luminárias Curva de distribuição luminosa das luminárias Grau de proteção das luminárias Manutenção das luminárias DIODOS EMISSORES DE LUZ (LED S) A EVOLUÇÃO DO LED O FUNCIONAMENTO DO LED S OBTENÇÃO DE LUZ BRANCA NOS LEDS DIODOS EMISSORES DE LUZ DE ALTA POTÊNCIA NOVAS TECNOLOGIAS LED CORES EMITIDAS PELOS DIODOS EMISSORES DE LUZ LÂMPADAS LED CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE OS DIODOS EMISSORES DE LUZ Vida útil real dos LED s Descarte das lâmpadas LEDs PRO JETO LUMINOTÉCNICO TIPOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ESCOLHA DOS COMPONENTES DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO CÁLCULOS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL... 59

15 6.3.1 Método dos Lúmens Método das Cavidades Zonais Método do Ponto a Ponto ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ATUAL DOS AMBIENTES INTERNOS Características do ambiente Componentes do sistema de iluminação Horário de funcionamento e consumo energético do atual sistema Medição da iluminância do ambiente Análise da iluminação Resultado da análise da iluminação DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO Determinação da iluminância média para os ambientes Escolha das lâmpadas e luminárias Cálculo do número de luminárias Avaliação do novo projeto SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DO NOVO PROJETO ESTUDOS DE CASO SALA DE AULA Análise do atual sistema de iluminação Desenvolvimento do novo projeto de iluminação SALA DE DESENHO Análise do atual sistema de iluminação DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO SALA DE CIRCUITOS A E B Análise do atual sistema de iluminação Desenvolvimento do novo sistema de iluminação SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO Sala de aula Sala de desenho Sala de informática (circuitos A)

16 8.4.4 Sala de microeletrônica (circuitos B) ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO CONCLUSÃO FLUXOGRAMA REFERÊNCIAS ANEXOS

17 14 1 INTRODUÇÃO O fogo é considerado a primeira fonte de luz artificial, criado pelo homem. Desde então, ele busca desenvolver novas fontes de iluminação, visando à melhoria da eficiência e qualidade de vida (Pinto, 2008). A primeira grande melhoria técnica aconteceu durante o século XIX, época em que a iluminação a gás e elétrica foram desenvolvidas, quase simultaneamente, proporcionando uma competição que serviu de estímulo aos inventores em ambos os lados. Por volta de 1910, a lâmpada de filamento de tungstênio (incandescente), de Thomaz Edson, se tornou fonte preferencial de luz para várias aplicações (Bowers, 1980), apesar de ter enfrentado diversos problemas devido a necessidade de novas instalações e a falta de acessibilidade à energia elétrica para toda a população. Hoje, as lâmpadas incandescentes, devido seu alto consumo de energia elétrica e sua baixa capacidade de iluminação, estão sendo proibidas de serem fabricadas. No lugar dessas lâmpadas entram as fluorescentes, já existentes desde 1926, e as de LED, que são relativamente novas no mercado. Essas duas, comparadas com a incandescente, produzem uma alta luminosidade e gastam menor quantidade de luz. A substituição das lâmpadas incandescentes por fluorescentes e LEDs tem por objetivo amenizar o esgotamento dos recursos naturais energéticos e os impactos ambientais gerados pelo seu uso em demasiado. Segundo as novas estimativas da Empresa de Pesquisa Energética EPE (2012), o crescimento médio anual do consumo nacional de eletricidade, até 2021, será de 4,5%, sendo inferior a taxa de crescimento do PIB brasileiro que será de 4,7% ao ano. Com a economia crescendo mais que a demanda elétrica, a questão da eficiência energética se destaca nesse cenário. No Brasil, 17% do consumo total de energia elétrica referese à iluminação artificial. O uso de equipamentos mais eficientes nos sistemas de iluminação se torna um fator importante para a redução do consumo de energia (Costa, 2006). Com o intuito de promover a racionalização da produção e o uso eficiente do consumo de energia, o Ministério de Minas e Energia e da Indústria e Comércio criou em 1985 o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel), que tem por objetivo a conservação da energia elétrica, para a melhoria da qualidade de produtos e serviços bem como a redução dos impactos ambientais.

18 15 O processo mais empregado para se conseguir eficiência, consiste na modernização dos equipamentos de iluminação (retrofit) para proporcionar maior índice luminotécnico, gastando menos energia (Plano Nacional de Energia 2030). Segundo Lamberts (1997), a eficiência de um sistema de iluminação artificial depende do desempenho particular dos elementos envolvidos no projeto com o uso de lâmpadas, reatores e luminárias mais eficientes, bem como a integração do sistema artificial de iluminação com o sistema de iluminação natural. Em ambientes escolares e universitários a iluminação tem um papel fundamental para a realização de atividades e cada uma delas necessita de uma iluminação específica como, por exemplo, leitura, escrita, atividades no quadro (branco e negro), desenho, informática, dentre outras. O mesmo se aplica para a Pontifícia Universidade Católica do Paraná que é composta por diversas salas de atividades específicas. Considerando que iluminação desses ambientes permanece funcionando durante boa parte do dia letivo, o que significa grande consumo de energia, e a atual situação energética do país, melhorar a eficiência energética da universidade em relação à iluminação significa diminuir o consumo de energia e consequentemente suas despesas. É nesse contexto de modernização do sistema de iluminação com a utilização da tecnologia LED, visando eficiência sem afetar a qualidade, é que esse estudo será desenvolvido. 1.1 PROBLEMATIZAÇÃO Qual o valor da quantidade de energia consumida pelo sistema de iluminação atual das salas de aula da Pontifícia Universidade Católica do Paraná? Qual é o custo da energia consumida pelo sistema de iluminação atual? O sistema de iluminação atual é suficiente para os diversos ambientes? Trocar o sistema de iluminação atual por LED é suficiente para garantir melhor eficiência energética nessa área? É viável, atualmente, trocar a iluminação das salas de aula para LED?

19 OBJETIVOS Objetivo Geral Desenvolver um projeto para substituição do sistema de iluminação atual de diferentes salas de aula da Pontifícia Universidade Católica do Paraná por um novo sistema envolvendo tecnologia LED, visando melhor eficiência energética Objetivos Específicos Os objetivos específicos do trabalho são: a) Realizar o levantamento da situação atual, das salas de aula a serem avaliadas, abordando as características do ambiente, componentes do sistema, horário de funcionamento, nível de iluminamento nos planos de trabalho, o local e a tarifa de energia, conforme o manual de iluminação eficiente do PROCEL de b) Realizar estudos a respeito das opções de lâmpadas LEDs disponíveis no mercado e a partir de pesquisas selecionar a melhor lâmpada para os diferentes ambientes universitários. c) Seguindo as normas ABNT referentes à iluminação, elaborar um novo sistema utilizando as lâmpadas LED pesquisadas. d) Simular o novo sistema de iluminação em softwares específicos. e) Realizar um levantamento do consumo de energia e respectiva tarifa do sistema de iluminação elaborado e com esses dados obter a relação custo benefício do mesmo. 2 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO BRASIL Em tempos em que o aquecimento global, mudanças climáticas e o esgotamento dos recursos energéticos naturais são motivo de preocupação no mundo, a melhoria da eficiência energética é a solução mais econômica, eficaz e rápida para minimizar impactos ambientais (Petrobras magazine).

20 17 Em 2001, houve uma grave crise de abastecimento de eletricidade que demonstrou a importância da necessidade em melhorias nos usos finais de energia por diversos setores de consumo (JANNUZZI). Figura 1 - A cadeia do uso de energia Fonte: A Eficiência Energética e o Novo Modelo do Setor Energético A figura 1 mostra a forma de energia (primária e secundária) e os processos pelos quais cada uma delas passa até o sistema de uso final. Durante a passagem pelo setor energético há perdas de energia, um exemplo são os fósseis, que não são aproveitados de forma ideal, parte deles é perdida para o meio ambiente, causando não só desperdício, mas também poluição com a liberação de gases nocivos a atmosfera. O Brasil tem apoiado diversas iniciativas de melhorias no uso final de energia elétrica desde a criação do Programa de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) em LEI N 9.478, DE 6 DE AGOSTO DE 1997 Restabelece os princípios e objetivos da Política Energética Nacional que define, em seu artigo 1, a competência do Estado brasileiro quanto à proteção ao meio ambiente e à promoção da conservação de energia. Esta lei instituiu o Conselho Nacional de Política Energética CNPE. Entre outras competências, o CNPE deve Promover o aproveitamento racional dos recursos energéticos do País. Para o exercício de suas atribuições, o CNPE contará com o apoio técnico dos órgãos reguladores do setor energético, onde vemos uma premissa para a atuação de Agências Reguladoras como Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica) e ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis).

21 LEI N 9.991, DE 24 DE JULHO DE 2000 A Lei n determina a aplicação do montante de 0,5% da receita operacional líquida ROL das concessionárias distribuidoras de energia elétrica em projetos de eficiência energética voltados ao uso final. Esta estabelece ainda os percentuais mínimos para investimento em pesquisa e desenvolvimento do setor elétrico (incluindo eficiência energética) pelas concessionárias de geração, transmissão e distribuição. Estes recursos são investidos em programas diretos das próprias empresas, ou por meio do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FNDCT, além de parcela destinada ao MME para estudos e pesquisas de planejamento da expansão do sistema energético, bem como os de inventário e de viabilidade necessários ao aproveitamento dos potenciais hidrelétricos. O objetivo desses programas é demonstrar à sociedade a importância e a viabilidade econômica de ações de combate ao desperdício de energia elétrica e de melhoria da eficiência energética de equipamentos, processos e usos finais de energia. 2.3 LEI N , DE 17 DE OUTUBRO DE 2001 E O DECRETO N 4.059, DE 19 DE DEZEMBRO DE 2001 Também conhecida como a Lei de Eficiência Energética estabelece o procedimento para a adoção de níveis máximos de consumo específico de energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de energia fabricados ou comercializados no País. A Lei prevê, ainda, a evolução dos níveis por meio de programa de metas, específico para cada equipamento. São estabelecidos prazos diferenciais para fabricação e importação, e para comercialização. Já foram regulamentados os índices mínimos para motores elétricos trifásicos, lâmpadas fluorescentes compactas, refrigeradores e congeladores, condicionadores de ar, fogões e fornos a gás, e aquecedores de água a gás. A regulamentação desses equipamentos, considerando-se a etiquetagem e o Selo PROCEL, possibilita uma economia anual estimada em 4TWh (Eletrobrás/Procel, 2009).

22 19 A implementação da Lei de Eficiência Energética tem como objetivo promover transformações estruturais no mercado dos equipamentos consumidores de energia. Pretende-se, com ela, disponibilizar para o mercado consumidor, a médio e longo prazo, produtos com inovações tecnológicas induzidas pela eficiência energética. E consequentemente trazer benefícios diretos ao meio ambiente, pela adoção de equipamentos eficientes livres de gases que agridem a camada de ozônio, ou com a redução da emissão de gases de efeito estufa. 2.4 PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA PROCEL Criado em 1985, coordenado pelo MME e operacionalizado pela Eletrobrás, o PROCEL foi convertido em Programa de Governo por meio de Decreto em O Programa é constituído por diversos subprogramas, dentre os quais se destacam ações nas áreas de iluminação pública, industrial, saneamento, educação, edificações, prédios públicos, gestão energética municipal, informações, desenvolvimento tecnológico e divulgação. O Programa utiliza recursos da Eletrobrás e da Reserva Global de Reversão (RGR) fundo federal constituído com recursos das concessionárias, proporcionais ao investimento de cada uma, utilizando, também, recursos de entidades internacionais. 2.5 PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS DERIVADOS DO PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL CONPET O CONPET é um Programa do Ministério de Minas e Energia, cuja Secretaria Executiva é exercida pela Petrobras, cabendo a esta empresa fornecer recursos técnicos, administrativos e financeiros ao Programa. Seu principal objetivo é incentivar o uso eficiente destas fontes de energia não renováveis no transporte, nas residências, no comércio, na indústria e na agropecuária. As ações do programa também são voltadas para a racionalização do uso dos derivados do petróleo e do gás natural que contribuem na articulação de estratégias econômicas, ambientais e institucionais.

23 PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM PBE O PBE resultou do Protocolo firmado em 1984 entre o Ministério da Indústria e do Comércio e a Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica - ABINEE, com a interveniência do Ministério das Minas e Energia. O Programa Brasileiro de Etiquetagem visa prover os consumidores de informações que lhes permitam avaliar e aperfeiçoar o consumo de energia dos equipamentos eletrodomésticos, selecionar produtos de maior eficiência em relação ao consumo, possibilitando economia nos custos de energia. Para isto, o PBE atua através de etiquetas informativas (figura 2), com o objetivo de alertar o consumidor quanto à eficiência energética de alguns dos principais eletrodomésticos nacionais. Figura 2 - Etiquetas informativas de energia elétrica Fonte : Vivagreen

24 PROESCO Em 19 de maio de 2006, o BNDES aprovou o PROESCO, programa destinado a financiar projetos de eficiência energética. O Programa visa apoiar a implementação de projetos que comprovadamente contribuam para a economia de energia, com focos de ação em iluminação, motores, otimização de processos, ar comprimido, bombeamento, ar-condicionado e ventilação, refrigeração e resfriamento, produção e distribuição de vapor, aquecimento, automação e controle, distribuição de energia e gerenciamento energético. A linha de financiamento contempla ainda os usuários finais de energia, interessados em financiar a compra de equipamentos eficientes. 3 ILUMINAÇÃO Iluminação não significa apenas fornecer uma quantidade de luz a um local, mas sim, fornecer a quantidade de luz necessária para que atividades sejam desenvolvidas de forma mais eficiente e confortável. Desta forma, surge a necessidade de projetar sistemas de iluminação eficientes e de qualidade que satisfaçam as exigências impostas pelas normas técnicas. 3.1 A LUZ E A PERCEPÇÃO VISUAL A luz é a energia radiante que tem a propriedade de sensibilizar o olho humano. Ela faz parte de uma série de radiações quem compõe o espectro eletromagnético e que diferem entre si por seu comprimento de onda e frequência. Figura 3 - Espectro eletromagnético Fonte: IME/USP

25 22 A luz visível faz parte do grupo de radiações compreendidas entre 3800 Å e 7800 Å. Esta faixa de radiações fica limitada por radiações infravermelhas que possuem maior comprimento de onda (7800 a Å) e radiações ultravioletas com menor comprimento de onda (1000 a 4000 Å). Dentro da faixa de luz visível, os diferentes comprimentos de onda correspondem às diferentes cores de luz. O olho humano é o órgão pelo qual se pode perceber a sensação de luz, cor, e interpretar as imagens. A sensação visual devido aos estímulos luminosos gera impulsos que são transmitidos até o cérebro através do nervo óptico. A radiação eletromagnética visível passa pelo sistema óptico, formado pela córnea e humor vítreo e incide sobre a retina do globo ocular, onde células nervosas excitadas pela luminosidade informam suas impressões ao cérebro, que processa essa informação e forma as imagens, completando assim a sensação visual. As células nervosas são denominadas cones e bastonetes. Os cones são células receptoras da retina responsáveis pela percepção das cores, possuindo também sensibilidade para altos níveis de iluminamento e luminância (visão diurna). Os bastonetes registram a intensidade luminosa e são responsáveis pela visão para baixos níveis de luminância (visão noturna), não captam cores, mas são bastante sensíveis aos movimentos e variações luminosas. O olho humano é mais sensível a ondas que provocam a sensação de luz amarela (550 Å). Então necessitamos de mais energia para a visualização de outras cores de luz. Conforme mostrado na figura 4, quanto menor o comprimento de onda, maior intensidade de sensação luminosa com pouca luz, e quanto maior o comprimento de onda, menor intensidade de sensação luminosa com pouca luz. A curva pontilhada corresponde a visão escotópica (noturna) com baixos níveis de iluminância (0,001 cd/m 2 ) e a curva cheia à visão fotóptica (diurna) com altos níveis de iluminância.

26 23 Figura 4 - Curva de sensibilidade espectral relativa ao olho humano Fonte: LABCON 3.2 CONCEITOS E GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS Intensidade Luminosa (Símbolo: I, Unidade: candela - cd) Indica como se distribui em todas as direções a energia irradiada. É a intensidade do fluxo luminoso irradiado em determinada direção. Duas fontes luminosas podem ter igual potência e em uma direção, uma emitir mais energia que outra Fluxo Luminoso (Símbolo: φ, Unidade: lúmen - lm) É a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em todas as direções. Figura 5 - Intensidade luminosa Fonte: LABCON

27 24 Figura 6 - Fluxo luminoso Fonte: LABCON Iluminância (Símbolo: E, Unidade: lux - lx) Chamada também de iluminamento ou nível de iluminação, ela mede a quantidade de luz que incide sobre uma superfície situada a certa distância da fonte. Na prática, é a quantidade de luz num ambiente e pode ser medida com o auxílio de um luxímetro. A unidade lux é definida como sendo o iluminamento de uma superfície de 1m² recebendo de uma fonte de luz puntiforme a 1m de distância, na direção normal, um fluxo luminoso de 1 lúmen, uniformemente distribuído. A iluminância pode ser calculada pela expressão: Onde: = Fluxo luminoso (lm) A = área (m²) Devido às fontes luminosas não emitirem um fluxo luminoso uniforme em todas as direções, o valor da iluminância não será a mesma em todos os pontos. A norma NBR ISO/CIE Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT,2013) especifica níveis mínimos de iluminância para ambiente em função da atividade a ser realizada no local, de forma que seja alcançado o conforto visual.

28 Luminância (Símbolo: L, Unidade: cd/m²) Luminância é a sensação de claridade percebida, quando raios luminosos são refletidos e transmitidos aos olhos, isto é, a intensidade luminosa que provem de uma superfície pela sua superfície aparente. Ela pode ser calculada pela expressão: Onde: I = Intensidade luminosa (cd) A = Área projetada (m²) α = Ângulo considerado (graus) Figura 7 - Iluminância x Luminância Fonte: OSRAM Pela dificuldade de medição, a intensidade luminosa de um corpo não radiante (reflexão), pode-se usar como alternativa a expressão: Onde: E = Iluminância sobre a superfície (lx) ρ = Coeficiente de reflexão

29 26 Os objetos refletem a luz diferentemente uns dos outros, significando assim que a mesma iluminância pode originar luminâncias diferentes Refletância (símbolo: ρ) Representa a relação entre o fluxo luminoso refletido e o fluxo luminoso incidente de uma superfície, e seus valores são em função das cores e dos materiais utilizados como alguns exemplos mostrados na figura 08. Seu valor pode ser determinado utilizando a equação: Onde: = Fluxo luminoso refletido = Fluxo luminoso incidente Quanto maior o valor da refletância das superfícies, melhor será a distribuição luminosa e maior será a iluminância do ambiente. Figura 8 - Coeficiente de reflexão de alguns materiais e cores Fonte: OSRAM

30 Eficiência Luminosa (Símbolo: η, Unidade: lm/w) Eficiência Luminosa é a medida da quantidade de lúmens (fluxo luminoso) que uma fonte luminosa gera por potência consumida. Pode ser determinada pela expressão: Onde: φ = fluxo luminoso (lm) P = potência consumida (W) Essa grandeza, associada com as outras, influencia na determinação de fontes luminosas eficientes e adequadas Índice de reprodução de cor (Símbolo: IRC, Unidade: %) O índice de reprodução de cor de uma fonte luminosa artificial se refere à fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma determinada fonte luminosa. É a medida da cor real de um objeto ou superfície e sua aparência ao ser iluminada. O IRC é determinado de acordo com a atividade desenvolvida no ambiente (varia de 0 a 100%). Quanto mais próximo o índice estiver de 100, mais fielmente as cores serão reproduzidas. Figura 9 - Reprodução das cores Fonte: arqbrasil É importante lembrar que o Índice de Reprodução da Cor não está relacionado com a temperatura da cor.

31 Temperatura da cor (Símbolo: T, Unidade: K) A temperatura da cor é a aparência de cor da luz. Quanto mais alta a temperatura da cor, mais branca é a cor da luz. A luz branca proporciona um ambiente mais dinâmico, ideal para áreas de trabalho, já a luz amarela proporciona um ambiente mais aconchegante, ideal para áreas de descanso. Figura 10 - Temperatura da cor Fonte: LUXSIDE A premissa de que quanto mais clara a luz mais potente é a lâmpada não é válida, pois a cor da luz não interfere na eficiência energética da lâmpada Vida Útil A vida útil de uma fonte luminosa artificial está relacionada com a durabilidade em horas da mesma. Ela deve ser levada em consideração do ponto de vista econômico. 3.3 REQUISITOS DE UMA BOA ILUMINAÇÃO Uma boa iluminação deve estar adequada a atividade a ser desenvolvida, visando proporcionar conforto visual ao indivíduo e garantir o melhor desempenho na realização da tarefa.

32 Acuidade Visual A acuidade visual é a clareza de visão dos detalhes. Há vários fatores que influenciam nessa capacidade de discernimento, como faixa etária, tempo de exposição, contraste, distância da tarefa ao olho, tamanho da tarefa. O tamanho da tarefa varia com a distância que ela está do olho. Os objetos são aproximados ou distanciados do olho, para se enquadrarem dentro do campo visual, para se obter melhor nitidez. O tempo de exposição está relacionado com o tempo que um objeto demora a ser visto, pois quando está em movimento pode esconder muitos detalhes. Esse tempo varia conforme seu tamanho, contraste e nível de iluminação. O contrate é o destaque do objeto com as outras superfícies que o cercam. Quando o objeto possuir brilho inferior às outras superfícies da cena, mesmo que não impeçam a realização da tarefa, proporcionarão um determinado grau de desconforto visual por ofuscamento Nível de Iluminamento O valor de iluminância recomendado para cada ambiente, tarefa ou atividade a ser realizada é determinado pela NBR ISO/CIE Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT, 2013). A iluminância e sua distribuição pelas superfícies de trabalho tem uma influência direta em como uma pessoa percebe e executa a tarefa visual. O nível de iluminância visando o melhor desempenho visual está relacionado diretamente dimensões do ambiente, velocidade e precisão e tipo de tarefa a ser executada. Um nível muito baixo de iluminação pode causar fadiga visual assim como um nível muito alto pode provocar irritação da visão. Com isso, o aumento da iluminação acima de certo nível crítico não se faz necessário, pois já não proporciona aumento na acuidade visual e representa apenas um desperdício de energia. Os valores de iluminância podem ser ajustados em pelo menos um nível na escala da iluminância, quando contrastes excepcionalmente baixos estão presentes na tarefa, o trabalho visual é critico, a correção dos erros é cara, a exatidão ou alta

33 30 produtividade são importantes, a visão dos trabalhadores está prejudicada (ABNT NBR ISO/CIE , 2013). A escala de iluminâncias é: lux Ofuscamento O ofuscamento é a sensação visual produzida por áreas brilhantes dentro do campo de visão, e pode ser classificado em ofuscamento desconfortável, ofuscamento inabilitador e ofuscamento refletido. O ofuscamento inabilitador, interfere na capacidade de realizar tarefas, causando uma redução na habilidade de ver os objetos dentro do campo visual. Ele é causado pela função direta do brilho ou intensidade luminosa da fonte de luz e do contraste entre brilho e escuro no campo visual. Ele é mais frequente em iluminação externa, podendo também aparecer em iluminação pontual e fontes brilhantes intensas, como uma janela em um ambiente pouco iluminado. O ofuscamento desconfortável pode causar dor, visão de imagens e manchas de luz. Ele ocorre quando uma fonte de luz é vista dentro de um campo visual com menos brilho e o efeito de saturação é produzido em máxima resposta. Ele varia em função do brilho da fonte e das dimensões. Ele geralmente surge diretamente de luminárias brilhantes ou janelas. O ofuscamento refletido acontece quando a luz vinda de uma fonte é refletida de uma superfície especular em direção aos olhos ou no seu campo de visão. Reflexão de imagens é quando a imagem da fonte de luz é mais brilhante que a luminância da tarefa, o que ocorre nas telas dos monitores. Segundo Costa (2006), o ofuscamento depende da posição do observador em relação ao eixo de visão. Muitas vezes ele não consegue ser totalmente evitado, mas apenas atenuado. As luminárias podem apresentar medidas anti-ofuscantes que permitem definir a sua qualidade em função de um nível de iluminação determinado. Como não conseguimos prever a posição do observador em relação à tarefa, o ofuscamento indireto se torna impossível de ser evitado, mas uma mudança da posição do observador em relação à fonte de luz pode ser uma alternativa.

34 31 Independente dos tipos de ofuscamento existentes, os ajustes se fazem necessários. Deve-se examinar com atenção a tarefa visual e selecionar equipamentos de iluminação adequados com qualidade de luz, definida por normas. É importante limitar o ofuscamento para evitar erros, fadigas e acidentes. A NBR ISO/CIE estabelece que os valores máximos permitidos de ofuscamento desconfortável de um sistema de iluminação de acordo ambiente, tarefa ou atividade. Os valores são adotados na escala de valores , onde 13 representa o ofuscamento desconfortável menos perceptível. O índice de URG dos equipamentos de iluminação deve ser fornecido pelo fabricante e incorporado aos cálculos luminotécnicos Distribuição das Luminâncias e Efeitos de sombra e luz As diferenças entre as luminâncias de vários planos causam a fadiga visual, pois os olhos precisam se adaptar a essas variações de sensação de claridade. Para evitar essa fadiga, é recomendado que as luminâncias do teto, parede e piso se harmonizem numa proporção de 1:2:3, e que no caso de uma mesa de trabalho, a luminância não seja inferior a 1/3 da do objeto observado. A direção da luz interfere na maneira como percebemos os objetos. A luz vinda de mais de uma direção atenua as sombras, deixando o plano de trabalho homogêneo e sem distrações. Sombras são desejadas quando há necessidade de se destacar relevos como em fachadas e esculturas e indesejadas quando atrapalham ou impedem a visão correta da tarefa visual. Elas podem ser nítidas, quando uma única fonte está iluminando o objeto; múltiplas quando tem várias fontes luminosas e cada uma produz uma sombra nítida em direções diferentes e suaves, quando a iluminação é distribuída de forma que nenhuma fonte luminosa é predominante. Deve se levar em conta o direcionamento do foco das luminárias, para se evitar que sejam criadas sombras. A direção de luz mais adequada vai depender dos objetivos da impressão que se deseja causar e das atividades desenvolvidas no ambiente.

35 Reprodução das Cores As variações de cores que os objetos sofrem quando são iluminados por fontes de luz diferentes, são identificadas pelo seu Índice de Reprodução de Cor (IRC). A cor de um objeto é determinada pela reflexão de parte do espectro de luz visível que incide sobre ele. Para se obter uma boa reprodução de cores, deve haver uma boa qualidade da luz incidente. É recomendada por norma, a utilização de lâmpadas com IRC superior a 80% em locais de trabalho ou de permanência constante Temperatura das Cores A temperatura da cor refere-se ao aspecto da tonalidade de cor da luz. As lâmpadas que apresentam diferentes temperaturas de cor, tem diferentes distribuições espectrais. A aparência de cor da luz vai depender da composição do espectro da fonte de luz. A escolha da temperatura de cor de uma fonte de luz deve estar relacionada com as cores dos materiais e o tipo de ambiente que se deseja proporcionar. Vermelho, amarelo e laranja são cores consideradas quentes, já o verde, azul e violeta são cores consideradas frias. A aparência da cor das lâmpadas pode ser descrita pela sua temperatura de cor correlata e estão divididas em três grupos: Cor quente: temperaturas abaixo de 3300 K. Cor intermediária: temperaturas entre 3300 K a 5300 K. Cor fria: temperaturas acima de 5300 K. 4 DISPOSITIVOS DE CONTROLE, LÂMPADAS E LUMINÁRIAS 4.1 DISPOSITIVOS DE CONTROLE São equipamentos auxiliares cujo objetivo é proporcionar a partida das lâmpadas de descarga e realizar o controle do fluxo de corrente em seu circuito.

36 Starters Também conhecidos como disparadores e representados na figura 11, os starters são dispositivos compostos por um pequeno bulbo com dois eletrodos internos e imersos em gás inerte, cuja finalidade gerar um pulso de tensão capaz de desencadear a ignição na lâmpada. Figura 11 Starter Fonte: Philips Quando submetido a uma descarga elétrica, o starter se aquece e consequentemente fecha o circuito, através de lâminas bimetálicas, da lâmpada a qual pertence, permitindo a passagem de corrente que, em seguida, esquenta os eletrodos da mesma. Porém, quando a descarga é finalizada, as lâminas são resfriadas e o circuito é aberto, com a abertura desse contato ocorre uma sobretensão que fecha novamente o circuito no interior da lâmpada. A partir desse ponto, a tensão entre os eletrodos gera o deslocamento de elétrons pelo filamento da lâmpada e o seu devido funcionamento Reatores Os reatores dispositivos com a finalidade de estabilizar a corrente elétrica de uma lâmpada de descarga e fornecer características elétricas adequadas para a mesma. No circuito elétrico de uma lâmpada, os reatores representam uma reatância em série com esta, e podem ser classificados em dois tipos: eletromagnéticos e eletrônicos. Entre esses dois, o reator eletrônico se destaca devido seu menor consumo de energia, maior durabilidade da lâmpada e melhor estabilidade do seu fluxo luminoso, além do maior tempo de vida útil, menor perda por calor, mais compacticidade e leveza facilitando seu manuseio e instalação (Philips).

37 Reatores eletromagnéticos Os reatores eletromagnéticos podem ser constituídos de um núcleo de lâminas de aço soldadas entre si e associadas a uma bobina de fio de cobre ou formado por um núcleo de ferro com um enrolamento de cobre e ligado em paralelo a um capacitor. Esses reatores são classificados em dois tipos: de partida comum ou de partida rápida. Reator eletromagnético de partida comum ou convencional (figura 12): é caracterizado por fornecer uma tensão ao filamento, de uma lâmpada, com a finalidade de pré aquecê-lo e em seguida proporcionar o acendimento da lâmpada com o auxílio de um starter. Reator eletromagnético de partida rápida: nesse reator a tensão aplicada aquece os filamentos constantemente, facilitando o acendimento em um curto espaço de tempo, sem a necessidade de um starter. Ambos os reatores podem operar em formatos simples ou duplos, ou seja, para uma ou duas lâmpadas (normalmente fluorescentes). Figura 12 - Reator eletromagnético de partida convencional Fonte: Philips Reatores eletrônicos Esses reatores são constituídos por componentes eletrônicos como capacitores, indutores, resistores, circuitos integrados, entre outros. Devido à presença de componentes indutivos e capacitivos é possível operar os reatores eletrônicos em altas frequências, proporcionando maior fluxo luminoso com menor potência e consequentemente de maior eficiência. Podem ser classificados em reatores de partidas rápidas e de partidas instantâneas.

38 35 Reator eletrônico de partida rápida: O acendimento nesse reator é controlado por um sistema de pré-aquecimento dos filamentos da lâmpada. Inicialmente, ele gera uma tensão em cada filamento da lâmpada e, em seguida, uma tensão de circuito aberto entre os extremos da lâmpada. Essa partida possibilita a emissão de elétrons por efeito termo-iônico, deste modo, é possível se obter um tempo de energização, do reator e o acendimento da lâmpada, reduzido. Reator eletrônico de partida instantânea: nesse reator os filamentos não são pré-aquecidos, porém ele aplica uma tensão de circuito aberto para o acendimento da lâmpada Ignitores São dispositivos auxiliares encontrados em lâmpadas a vapor metálico e vapor de sódio que atuam gerando uma sequência de pulsos de tensão com o propósito de desencadear a descarga, quando a lâmpada inicia seu processo de acendimento o ignitor deixa de emitir pulsos. As lâmpadas a vapor metálico e as de vapor de sódio necessitam desse dispositivo devido a sua partida, que exige uma tensão superior a da rede. Nesse caso, quando essas lâmpadas estão desligadas durante, um intervalo de tempo significativo, a pressão do gás encontra se reduzida e para elevá-la é necessário a presença de um ignitor que inicia o disparo até que a pressão do gás atinja um valor mínimo de reacendimento. Existem hoje três tipos de ignitores: Ignitor derivação: este utiliza o reator como transformador do pulso, logo o reator deve suportar os impulsos de tensão além de estar junto do ignitor e estarem afastados da lâmpada. Ignitor série: nesse dispositivo o ignitor independe do reator e deve estar incorporado a um transformador em um envoltório. Também necessita de estar próximo à lâmpada, evitando a redução da intensidade dos pulsos, podendo ter o transformador distante da mesma. Ignitor paralelo: esse ignitor é utilizado em lâmpadas a vapor de mercúrio e a vapor de sódio de baixa pressão. Além de gerar tensões de impulso que

39 36 podem perfurar o isolamento dos componentes do circuito da lâmpada causando danos. 4.2 LÂMPADAS Lâmpadas Incandescentes São lâmpadas cujo funcionamento consiste na passagem de corrente elétrica ao longo de um filamento de Tungstênio, gerando o aquecimento elevado deste e consequentemente a emissão de luz Componentes das lâmpadas incandescentes Figura 13 - Componentes de uma lâmpada incandescente Fonte: Iluminação de interiores. Como mostra a figura 13, os principais elementos que compõe as lâmpadas incandescentes são: Filamento: normalmente composto por Tungstênio, devido seu alto ponto de fusão que permite o filamento chegar a temperaturas elevadas e desse modo gerar emissão de luz.

40 37 Meio interno: composto por gases inertes que exercem pressão interna no bulbo e que não reagem quimicamente com o Tungstênio, diminuindo a oxidação do filamento e consequentemente aumentando a vida útil da lâmpada. Alguns exemplos de gases utilizados nesse meio são o Argônio, Nitrogênio e Criptônio. Bulbo: formado por vidro de baixa temperatura de fusão, para evitar o amolecimento deste, devido à elevada temperatura do filamento. O bulbo tem como objetivos separar o meio interno do externo, diminuir a luminância da fonte de luz, alterar a composição espectral e distribuição fotométrica do fluxo luminoso produzido (bulbos coloridos), além da finalidade decorativa. Base: mecanismo de fixação que liga a lâmpada a alimentação de energia Vida útil e eficiência luminosa Para aumentar a eficiência luminosa de uma lâmpada incandescente deve se elevar a temperatura de seu filamento, porém esse aumento reduz o tempo de vida útil da lâmpada. Segundo a norma ABNT de iluminação geral, as lâmpadas incandescentes possuem uma vida média de 1000h e eficiência luminosa de aproximadamente 15lm/W Fatores de depreciação e descarte das lâmpadas incandescentes Depois de certo tempo, o fluxo luminoso das lâmpadas incandescentes diminui devido aos seguintes fatores (MOREIRA, 1990): Evaporação do filamento, que causa diminuição da seção, tornando-o mais frágil, reduzindo sua temperatura, aumentando sua resistência elétrica e consequentemente fazendo com que a lâmpada consuma menos potência e diminua sua emissão de luz. Enegrecimento interno do bulbo, devido às partículas evaporadas pelo filamento, que diminuem a emissão do fluxo luminoso.

41 38 As lâmpadas incandescentes por não possuírem substâncias potencialmente nocivas ao meio ambiente e serem compostas por elementos recicláveis (como o alumínio da base e o vidro do bulbo) podem ser descartadas normalmente como lixo reciclável O fim das lâmpadas incandescentes Atualmente estão em circulação no mercado brasileiro certa de 147 modelos de lâmpadas incandescentes etiquetadas. Estima-se que a lâmpada incandescente seja responsável por aproximadamente 80% da iluminação residencial no Brasil. Um grande problema envolvendo essas lâmpadas é que estas consomem grande quantidade de energia e iluminam pouco, esse fato foi decisivo para que em julho de 2012 fosse proibida a fabricação e importação das lâmpadas incandescentes com potência de 150W e 200W e que não tiverem eficiência energética determinada na Portaria n1007 de dezembro de Para as lâmpadas de 60W, que são as mais utilizadas, bem como as de 75W e 100W, a data limite é 30 de julho de A substituição desse tipo de lâmpada ocorrerá gradativamente e acabará em julho de 2017, quando as lâmpadas de menor potência também terão sua fabricação proibida Lâmpadas incandescentes halógenas Também conhecidas como lâmpadas de quartzo, as lâmpadas halógenas, como mostra a figura 14, são lâmpadas incandescentes que possuem internamente ao bulbo, aditivos de iodo ou bromo.

42 39 Figura 15 - Lâmpada halógena Figura 14 - Lâmpada halógena dicroica Fonte: OSRAM Fonte: OSRAM O funcionamento dessa lâmpada se difere da incandescente comum quando partículas de tungstênio, evaporadas do filamento, combinam-se com o bromo ou iodo presentes no bulbo, formando um composto de iodeto de tungstênio (WI 6 ), em seguida, esse gás circula dentro do bulbo, através de correntes de convecção, e se aproxima do filamento. Devido à alta temperatura próxima ao filamento, o iodeto de tungstênio se decompõe e a parte correspondente ao tungstênio se deposita no filamento o recompondo. Esse ciclo ( ciclo do iodo ) permite que o filamento possa chegar a temperaturas mais elevadas aumentando o fluxo luminoso emitido sem comprometer o filamento e consequentemente a vida útil da lâmpada. Existem também as lâmpadas dicroicas, figura 15, que são um aperfeiçoamento das lâmpadas halógenas por apresentarem um refletor capaz de concentrar o fluxo luminoso, estas tem vida útil de cerca de 3.000h. E são usadas em projetores com diversas aplicações interiores e exteriores e em particular nos faróis dos automóveis Lâmpadas de Descarga Nessas lâmpadas, a luz é emitida a partir de uma descarga elétrica contínua em um gás ou vapor o qual quando excitado, pela radiação da descarga, provoca uma luminescência. As lâmpadas de descarga elétrica são classificadas em duas categorias, as de Baixa Pressão, onde se encaixam as lâmpadas fluorescentes e as de vapor de

43 40 sódio, e as de Alta Pressão, compostas pelas de vapor de mercúrio, novamente as de vapor de sódio, mista, vapor de mercúrio e as de vapores metálicos Componentes das lâmpadas de descarga A lâmpada de descarga tem como componentes básicos: Meio interno: gás ou vapor, presentes dentro do bulbo e que variam de acordo com o tipo de lâmpada, através do qual se estabelece um arco elétrico e consequentemente emissão de luz. Os gases mais utilizados são o argônio, o neônio, o xenônio, o hélio ou criptônio, além dos vapores de mercúrio e sódio. Tubo de descarga: onde ocorre a descarga elétrica e é feita a composição dos gases e vapores. Eletrodos: compostos normalmente por níquel, tungstênio ou nióbios, além de substâncias emissivas, os eletrodos são emissores de elétrons que geram uma tensão elétrica entre eles. Bulbo: nas lâmpadas de baixa pressão, baixas temperaturas, são normalmente constituídos de vidro. Já em lâmpadas de alta pressão, temperaturas elevadas, são compostos por quartzo ou, em casos especiais, cerâmica translúcida Vida útil das lâmpadas de descarga As lâmpadas de descarga, normalmente, tem sua vida útil reduzida devido à quantidade de vezes que são acesas ou apagadas, ou seja, quando o seu número de partidas é elevado, pois gera um maior desgaste do material ativo dos eletrodos no momento da ignição, além de sujeitar as lâmpadas a maiores variações de tensão elétrica, temperatura e pressões internas. Deste modo, adotar medidas que diminuam as situações de partidas pode aumentar o tempo de vida útil dessas lâmpadas.

44 Lâmpadas fluorescentes São lâmpadas de descarga de baixa pressão, cujo bulbo é revestido internamente por material fluorescente e seu meio interno é constituído por vapor de mercúrio. Em alguns tipos de lâmpadas fluorescentes (figura 16) há a necessidade de alguns acessórios complementares para seu funcionamento adequado, são eles: Figura 16 - Lâmpada Fluorescente Fonte: Luminotécnica O fluxo luminoso nessa lâmpada é produzido devido ao material fluorescente, presente na superfície interna do bulbo, ativado pela energia ultravioleta da descarga elétrica. Já a presença de vapor de mercúrio sob-baixa pressão tem como objetivo facilitar a partida na lâmpada fluorescente. Tem vida útil de aproximadamente 7.500h e custos maiores que as incandescentes. Todavia, sua eficiência luminosa é cinco vezes maior que a das incandescentes e superam os 70 lm / W (Copel, 2008). Um problema presente nas lâmpadas fluorescentes é que estas possuem em sua composição mercúrio, metal altamente tóxico e de volatilidade elevada em condições normais de temperatura e pressão, possuindo alto grau de periculosidade. A melhor forma de descarte para essas lâmpadas é que sejam enviadas para aterros de resíduos perigosos ou tratadas antes de descarta-las.

45 Lâmpadas a vapor de mercúrio São lâmpadas de alta pressão, como mostra a figura 17, constituídas por um tubo de descarga de quartzo, para suportar elevadas temperaturas, contendo em seu interior gás inerte (argônio), que facilita a descarga inicial, e gotas de mercúrio, que são vaporizadas durante o processo de emissão de luz. Além da presença de um reator que controla a descarga elétrica exercida sob a lâmpada. Figura 17 - Elementos de lâmpadas de vapor de mercúrio Fonte: Iluminação Elétrica Quando uma tensão elétrica é aplicada na lâmpada é criado um arco elétrico entre os eletrodos auxiliar e principal, provocando um aquecimento dos óxidos emissores (presentes nos eletrodos), a ionização do gás e a formação de vapor de mercúrio, deste modo, ocorre o aumento da pressão desses vapores e do fluxo luminoso produzido até se estabilizar em sua condição normal de operação. Em lâmpadas a vapor de mercúrio, a eficiência luminosa chega a aproximadamente 50lm/W, para atingir essa eficiência é necessário a manutenção de altas temperaturas no tubo de descarga, neste caso, o tubo é envolvido por outro bulbo, que reduz as perdas de calor para o meio externo, proporcionando a temperatura adequada. Já sua vida útil chega a h, mas nesse caso a lâmpada necessita de um reator, cuja finalidade é estabilizar a descarga elétrica, evitando grandes variações e preservando sua vida útil. Por possuir certa quantidade de mercúrio assim como as fluorescentes, essas lâmpadas devem ser tratadas antes de descartadas, ou levadas para aterros de resíduos perigosos. E tem grande aplicação na iluminação de estradas, aeroportos, grandes naves industriais e geralmente em grandes espaços exteriores.

46 Lâmpadas de luz mista A lâmpada de luz mista é conhecida por reunir três lâmpadas em uma, pois a luz do filamento é incandescente (lâmpada incandescente), azulada (vapor de mercúrio) e emitida em forma de radiação ultravioleta (fluorescente) que em contato com a camada fluorescente do bulbo a transforma em luz avermelhada, além de não necessitar de equipamentos auxiliares. Como resultado da mistura das três lâmpadas consegue-se uma luz semelhante à luz do dia. Possui eficiência luminosa entre 25 e 35 lm/w e um tempo de vida útil de 6.000h. É utilizada frequentemente em iluminação interior, em substituição da lâmpada de incandescência Lâmpadas a vapor de sódio As lâmpadas a vapor de sódio podem ser de baixa ou alta pressão, ambas tem seu tubo de descarga constituídos de sódio e uma mistura de gases inertes (neônio e argônio) a uma determinada pressão para se obter uma tensão de ignição baixa. A descarga elétrica nessa lâmpada ocorre em um bulbo tubular a vácuo, este é revestido por índio óxido de índio em sua superfície, essa camada de índio age como um refletor infravermelho. Nas lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão há poucos átomos de sódio na descarga que se deseja excitar, obtendo assim uma composição espectral monocromática e de fluxo luminoso amarelo, essa composição distorce as cores, impedindo o seu uso em iluminação de interiores. Sua aplicação é em iluminação de estradas, túneis, zonas ao ar livre. Já as lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (figura 18), possui grande parte da radiação de ressonância emitida do átomo de sódio perdida por auto absorção da própria descarga, essa perda permite uma cor mais agradável e melhor absorção de cores. São aplicadas utilizadas na iluminação externa, em avenidas, autoestrada, viadutos, complexos viários, além do seu uso ampliado em áreas industriais, siderúrgicas e locais específicos como aeroportos, estaleiros, portos, ferrovias, pátios e estacionamentos.

47 44 Figura 18 - Lâmpada a vapor de sódio de alta pressão Fonte: OSRAM Em relação ao tempo de vida útil as lâmpadas de sódio de baixa pressão tem em torno de a h, e um fluxo luminoso de 130 lm/w, já as de alta pressão apesar da melhor reprodução de cores tem uma vida útil e fluxo luminoso menores Lâmpadas de vapores metálicos São lâmpadas semelhantes às de vapor de mercúrio e contém aditivos de iodetos, como os de índio, tálio e sódio para melhorar a sua eficiência, sua composição espectral. Sua luz emitida é da cor branca e seu fluxo luminoso é de aproximadamente 95 lm/w além de uma vida útil entre e h. 4.3 LUMINÁRIAS O uso de luminárias tem por objetivo fixar as lâmpadas de modo que sejam agradáveis ao observador, serem capazes de modificar o fluxo luminoso para atividades específicas, possibilitarem fácil instalação e posteriormente manutenção. Sua estrutura pode ser constituída de diversos materiais, porém de acordo com o local em que será usada, a lâmpada que será utilizada e a sua respectiva finalidade no ambiente.

48 Direção do fluxo luminoso nas luminárias Como citado anteriormente, as luminárias são capazes de modificar o fluxo luminoso das lâmpadas de acordo com a atividade exercida no ambiente em que será utilizada, nesse caso elas pode ser classificadas em (figura 19): Diretas: Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente para o plano de trabalhos. Tem como exemplo as luminárias refletoras ou também conhecidas como spots. Indiretas: Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente em oposição ao plano de trabalho. Normalmente são aquelas luminárias com função decorativa. Semidireta: Quando parte do fluxo luminoso é direcionado diretamente e predominantemente ao plano de trabalho e a outra parte é voltado ao mesmo, porém na forma de reflexão. Semi-indireta: Quando parte do fluxo chega ao plano de trabalho por efeito indireto e outra parte diretamente. Geral-difusa: Quando o fluxo luminoso apresenta a mesma intensidade em todas as direções. Figura 19 - Classificação do fluxo luminoso Fonte: OSRAM Modificação do fluxo luminoso nas luminárias As luminárias tem a capacidade de mudar o fluxo luminoso emitido pela sua fonte luminosa, a partir dessa característica pode-se classifica-las de acordo com suas propriedades de modificar o fluxo luminoso.

49 Absorção Capacidade da luminária de absorver parte do fluxo luminoso incidente, assim, quanto mais escura for a superfície interna da luminária, maior será seu índice de absorção Refração Característica de direcionar o fluxo luminoso da fonte através de um vidro transparente de construção específica, podendo ser plano ou prismático. Os refratores são empregados para aplicar essa propriedade nas luminárias, esses dispositivos modificam a distribuição do fluxo luminoso utilizando a transmitância de uma fonte luminosa e são fundamentais para a vedação da luminária, a protegendo contra poeira, chuva e impactos. Devem ser fabricados em vidro duro temperado ou plásticos especiais para suportarem impactos mecânicos e esforços térmicos Reflexão Capacidade das luminárias de modificar a distribuição do fluxo luminoso, através da sua superfície interna e sua forma geométrica de construção. Essa propriedade é representada através dos refletores, dispositivos de vidro ou plástico espelhado, alumínio polido, ou ainda de chapa de aço esmaltada ou pintada de branco. Podem ser do tipo circular, elíptico ou parabólico, como mostra a figura 20.

50 47 Figura 20 - Tipos de refletores Fonte: Iluminação elétrica Difusão Característica de reduzir a iluminância das luminárias, diminuindo consequentemente os efeitos do ofuscamento através de uma placa de acrílico ou de vidro. Representando essa propriedade tem-se os difusores, dispositivos translúcidos, foscos ou leitosos. Além das colmeias ou aletas que funcionam não só como difusores mas também como refletores, defletores ou como absorvedores de fluxo luminoso, e são usadas para ambientes que exijam maior controle do ofuscamento Superfícies internas das luminárias A composição da superfície interna das luminárias influencia no nível de eficiência da iluminação, logo para cada tipo de ambiente e atividade nele exercida necessita de uma luminária específica. Luminárias de superfície esmaltada: A superfície dessas luminárias recebe uma camada de tinta branca esmaltada e polida que permite um nível médio de reflexão de 50%.

51 48 Luminárias de superfície anodizada: Confeccionadas em chapa de alumínio e revestidas internamente por uma camada de óxido de alumínio, cuja finalidade é proteger a superfície preservando o maior brilho por maior tempo. Luminárias de superfície pelicular: essa luminária é revestida internamente por uma fina película de filme reflexivo e com deposição de prata e autoadesiva, criando uma superfície de alta reflexão e alto brilho Curva de distribuição luminosa das luminárias A curva de distribuição luminosa (CDL) de uma luminária é um diagrama em coordenadas polares que representa a intensidade luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada em um plano. Essa distribuição depende do design do refletor, o tipo de estrutura e a configuração da lâmpada. Para interpretar a curva, a luminária utilizada deve ser posicionada na intersecção entre os eixos horizontal e vertical (centro das coordenadas) e em seguida observar as direções da intensidade luminosa. Além disso, para a uniformização dos valores das curvas, geralmente são referidas a 1000 lm, neste caso, é necessário multiplicar o valor encontrado na CDL pelo fluxo luminoso das lâmpadas em questão e dividir o resultado por 1000 lm. Um exemplo de curva é a do tipo bat wing, mostrada na figura 21, a luminária que contém esse formato de CDL é indicada para ambientes de alta iluminância e com a necessidade de controle de ofuscamento.

52 49 Figura 21 - Curva de distribuição do tipo bat wing Fonte: OSRAM Grau de proteção das luminárias O grau de proteção (IP Ingress Protection) tem como finalidade definir características específicas sob quais condições de trabalhos os equipamentos elétricos, incluindo as luminárias, suportam, por exemplo, exposição à poeira e água ou resistência a impactos mecânicos. Esses dados são apresentados na norma NBR IEC Graus de proteção para invólucros de equipamentos elétricos (códigos IP), e são designados por três numerais ( IPXX ), variando de 0 a 9, que definem em ordem consecutiva os graus de proteção das diversas partes do equipamento em relação à penetração de corpos, a líquidos e sua resistência ao impacto, esses valores são representados nas tabelas a seguir. Tabela 1 - Grau de IP contra penetração de objetos Graus de proteção contra a penetração de objetos sólidos estranhos indicados pelo primeiro numeral característico Numeral Descrição sucinta do grau de proteção 0 Não protegido 1 Protegido contra objetos sólidos de Ø 50 mm e maior 2 Protegido contra objetos sólidos de Ø 12 mm e maior 3 Protegido contra objetos sólidos de Ø 2,5 mm e maior 4 Protegido contra objetos sólidos de Ø 1,0 mm e maior

53 50 5 Protegido contra poeira 6 Totalmente protegido contra poeira Fonte: OSRAM Tabela 2 - Grau de IP contra a penetração de água Graus de proteção contra a penetração de água indicados pelo segundo numeral característico Numeral Descrição sucinta do grau de proteção 0 Não protegido 1 Protegido contra gotas d água caindo verticalmente Protegido contra queda de gotas d água caindo 2 verticalmente com invólucro inclinado até 15 3 Protegido contra aspersão d água 4 Protegido contra projeção d água 5 Protegido contra jatos d água 6 Protegido contra jatos potentes d água Protegido contra efeitos de imersão temporária em 7 água 8 Protegido contra efeitos de imersão contínua em água Fonte: OSRAM Manutenção das luminárias Uma boa parcela dos gastos de um sistema elétrico pode ser resolvida com a manutenção das luminárias, que também pode resolver problemas no rendimento das mesmas. Essa manutenção deve ser feita periodicamente, mantendo sempre um relatório contendo informações sobre a lâmpada instalada em cada luminária, além de suas características técnicas e o histórico de manutenções. E se possível manter em estoque algumas luminárias, desse modo pode-se trocar e realizar a manutenção total do equipamento em menor período de tempo, não causando perda da qualidade da iluminação do ambiente. 5 DIODOS EMISSORES DE LUZ (LED S) Os Diodos Emissores de Luz (LEDs), assim como o nome já diz, são diodos que emitem luz, logo, possuem características semelhantes aos dos diodos, ou seja, são semicondutores que permitem a passagem de corrente elétrica em apenas um

54 51 sentido, além de serem formados por dois materiais distintos que forma a uma junção P-N. 5.1 A EVOLUÇÃO DO LED Os diodos emissores de luz surgiram em 1962, seu criador, Nick Holoniak Jr. era engenheiro da General Eletric. Os primeiros LEDs foram produzidos inicialmente na cor vermelha e posteriormente nas cores verde e amarelo. Após uma grande evolução tecnológica, através das pesquisas realizadas por Shuji Nakamura, houve o desenvolvimento do LED na cor azul (História do LED SOLELUX). Após essa evolução foi possível reproduzir a cor branca, a partir da combinação das três cores azul, verde e vermelha, que misturadas entre si também podem reproduzir outras cores. Inicialmente, nas cores vermelha, verde e amarela os LEDs eram usados apenas para a iluminação indicativa, hoje, além desta finalidade também são utilizados em semáforos, sistemas de iluminação, lanternas, painéis de carros e em diversas outras aplicações. Figura 22 - Evolução da tecnologia das lâmpadas LED Fonte: Skyleds Figura 23 - Evolução dos LEDs Fonte: LEDs na Iluminação Arquiteturial

55 O FUNCIONAMENTO DO LED S Os diodos emissores de luz, como já citado anteriormente, são formados por uma junção semicondutora P-N (P-cargas positivas ou lacunas e N-elétrons), a combinação do material do tipo N com o do tipo P formam um diodo. Quando há passagem de corrente, ou seja, quando o diodo é diretamente polarizado os elétrons e as lacunas são direcionados para a junção, onde o material do tipo N cede seus elétrons para do tipo P preenchendo as lacunas, quando esse processo ocorre há a liberação de fótons (unidades de luz). A recombinação entre lacunas e elétrons gera emissão de energia na forma de luz visível, como mostra a figura 24. Figura 24 - Funcionamento dos LEDs Fonte: Projeto e implementação de lâmpadas para iluminação de interiores empregando diodos emissores de luz (LED s) 5.3 OBTENÇÃO DE LUZ BRANCA NOS LEDS Existem três meios para obtenção de luz de cor branca: 1º. Misturar diretamente luzes de três fontes monocromáticas, vermelhas, verdes e azuis para reproduzir uma fonte de luz branca através da combinação das três cores no olho humano.

56 53 2º. Usar um LED ultravioleta para excitar uma combinação de fósforos (material depositado próximo ao material semicondutor) vermelhos, verdes e azuis. 3º. Utilizar um LED azul para excitar um ou mais fósforos emissores de luz visível. Dentre os três métodos apresentados acima, o mais comum e o mais utilizado pelos fabricantes é o terceiro, nesse caso, o LED emite um pequeno fluxo luminoso em direção ao fósforo, gerando uma porção azul do espectro, e convertendo o restante da luz em porções amarelas, que correspondem às cores vermelha e verde do espectro, desse modo ocorre a obtenção da luz branca. 5.4 DIODOS EMISSORES DE LUZ DE ALTA POTÊNCIA Os LEDs de alta potência ou HPLEDs (figura 25) foram desenvolvidos inicialmente para o uso em câmeras e smartphones, sendo utilizados como uma opção de flash, pois são capazes de oferecer luminosidade suficiente para tirar fotos em ambientes com pouca luz e sem usarem muita energia. Em relação aos smartphones, os HPLEDs são combinados a um capacitor que suaviza a carga sobre a bateria, armazenando uma carga suficiente para um disparo do flash e sendo carregado ao longo de um período maior. Em seguida, estes foram utilizados em lanternas, já que possuem maior eficiência comparados com os LEDs convencionais. E hoje são utilizados na iluminação de ambientes. Figura 25 - LED de alta potencia Fonte: Clickplus.pt

57 54 O funcionamento dos LEDs de potência é o mesmo dos LEDs convencionais, porém se diferem pela sua estrutura como mostram as figuras 26 e 27, devido ao fato dos HPLEDs serem mais complexos por garantirem um melhor desempenho em aplicações que exigem maior confiabilidade e eficiência. Figura 26 - LED de alta potência (estrutura) Fonte: ConexLed Figura 27 - LED convencional Fonte: ConexLed

58 NOVAS TECNOLOGIAS LED Com o crescimento dos LEDs no mercado, as empresas tem se dedicado a novas descobertas referentes a essa tecnologia. Em 2007, a PHILIPS Lumileds lançou a linha LUXEON Rebel, estes proporcionam níveis de fluxo luminoso entre 90 e 100 lúmens de luz branca fria. Para melhorar ainda mais as características dos LEDs, foi criado e incorporado aos LUXEON Rebel, um TFFC (Thin Film Flip Chip), componente que permite maximizar a área de emissão luminosa e minimizar a resistência térmica, devido à remoção de substrato de safira e lixamento de sua superfície, resultando em LEDs mais brilhantes e mais eficientes. 5.6 CORES EMITIDAS PELOS DIODOS EMISSORES DE LUZ Os LEDs emitem luz monocromática, esta possui sua coloração definida pelo tipo de material que a compõe. Deste modo é possível variar o comprimento de onda emitido em uma ampla faixa do espectro luminoso obtendo dessa forma qualquer cor dentro do espectro (DIAS, 2012). A seguir tem se os componentes químicos e as cores reproduzidas por estes: LED vermelho: Fosforeto de Gálio (GaP), Fosforeto de Gálio e Arsênico (GaAsP). LED amarelo e verde: Fosforeto de Gálio (GaP), Fosforeto de Índio, Gálio e Alumínio (InGaAlP). LED infravermelho: Arseneto de Gálio (GaAs), Arseneto de de fosforeto de alumímio e gálio (GaAlAs). Um fator que também determina a cor do LED é a tensão que é aplicada sobre ele, um exemplo é o Nitreto de Gálio (GaN) que dependendo da tensão aplicada pode assumir uma coloração (comprimentos de onda) que varia do azul ao ultravioleta.

59 56 Figura 28 - Curva I x V em função da cor do LED Fonte: Electrónica 5.7 LÂMPADAS LED As lâmpadas LED, como o nome já diz, tem como sua principal composição diodos emissores de luz, e já existem no mercado diversos modelos, como mostra a figura 29. Figura 29 - Lâmpadas LED Fonte: Philips

60 57 As lâmpadas LED tem se tornado populares devido sua alta eficiência e elevado tempo de vida útil, superando as lâmpadas incandescentes e até mesmo as fluorescentes. Sua eficiência é caracterizada pelos seguintes fatores Alto rendimento luminoso: Capacidade de direcionar o fluxo luminoso para a área desejada de forma uniforme e reduzindo a quantidade de regiões escuras. Economia de energia: Por possuírem alto rendimento, poucas perdas para o ambiente e de não apresentarem dispositivos para seu disparo instantâneo, as lâmpadas LED consomem uma quantidade de energia inferior às outras lâmpadas. Custo de manutenção reduzido: Devido ao seu elevado tempo de vida útil, não necessitam ser substituídas constantemente. Baixa tensão de operação: Nesse caso, as lâmpadas LED operam em tensões baixas, de modo que, não oferecem riscos para aqueles que realizam sua instalação e manutenção. Alta confiabilidade: possuem grande resistência a vibrações e a choques mecânicos, logo, as lâmpadas LED dificilmente se quebram. Além dessas características, as lâmpadas LED também não emitem raios ultravioletas e podem ser facilmente controladas e programadas, permitindo uma variedade de cores e arquiteturas luminotécnicas. Porém, sua principal desvantagem é o custo inicial, pois é uma tecnologia relativamente nova no mercado e ainda está no começo de sua exploração. 5.8 CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE OS DIODOS EMISSORES DE LUZ Vida útil real dos LED s Uma orientação dada em relação às lâmpadas LEDs é que apesar da sua indicação de vida útil de horas, essa especificação é viável para o ambiente que contém toda a sua estrutura elétrica projetada para receber essas lâmpadas. Ou seja, se apenas substituir as lâmpadas fluorescentes ou incandescentes (estruturas elétricas antigas) por lâmpadas LEDs, estas não terão seu rendimento ideal. É por

61 58 esse motivo que, eventualmente, são necessários a utilização de drivers ou reatores específicos conjuntamente com as LEDs Descarte das lâmpadas LEDs As lâmpadas LEDs uma fonte de iluminação artificial limpa, pois ao contrário das lâmpadas fluorescentes compostas por mercúrio, um metal tóxico e nocivo ao meio ambiente, não possuem metais pesados em sua composição, logo não precisam de nenhum tipo de tratamento especial antes da reciclagem. Segundo a ecycle, as lâmpadas LEDs são compostas por 98% de materiais recicláveis, permitindo que o seu descarte seja feito de forma normal, ou seja, pode ser descartado junto a vidros comuns. 6 PRO JETO LUMINOTÉCNICO Para o desenvolvimento de um projeto luminotécnico, primeiramente deve-se avaliar algumas características como: Dimensões e o tipo de atividade a ser desenvolvida no ambiente. Cores das paredes, piso, teto e posicionamento do plano de trabalho. Período de utilização do ambiente. Informações técnicas das lâmpadas e luminárias a serem utilizadas. Condições do ambiente e manutenção do sistema de iluminação. 6.1 TIPOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO Os tipos de sistemas de iluminação a serem utilizados devem ser escolhidos conforme a tarefa a se executada no ambiente e a distribuição do fluxo luminoso. Eles podem ser divididos em: Iluminação geral: é a iluminação principal do ambiente, responsável por suprir a quantidade de luz necessária na superfície de trabalho com uniformidade. As luminárias são distribuídas de forma regular e o valor iluminância média deve estar de acordo com o exigido pela norma.

62 59 Iluminação localizada: é a iluminação produzida por luminárias direcionadas à iluminação da tarefa visual ou superfície de trabalho. A iluminância não é distribuída uniformemente. Iluminação suplementar: é a iluminação localizada próxima às tarefas visuais de forma a complementar a iluminação geral. 6.2 ESCOLHA DOS COMPONENTES DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO Os sistemas de iluminação apresentam um significativo potencial de redução de consumo de energia. Essa redução pode ser conseguida com a escolha correta dos componentes e com programas de manutenção adequados à instalação. Com a realização de uma manutenção inadequada, estes sistemas se degradam com o tempo, determinando uma queda do fluxo luminoso que acarretará na diminuição da iluminância no ambiente e que exigirá uma maior potência instalada para o atendimento dos requisitos de iluminação. O conjunto de lâmpadas e luminárias a serem utilizadas no ambiente deve ser escolhido conforme as tarefas a serem executadas e as dimensões dos ambientes. As luminárias devem ser escolhidas principalmente pela direção do fluxo luminoso e eficiência. Outros fatores como adaptação ao ambiente, características de seu refletor, qualidade do material de fabricação, facilidade de manutenção e substituição de lâmpadas também devem ser observados. Para a escolha das lâmpadas, deve-se levar em consideração a iluminância necessária para a execução da tarefa, o período de funcionamento do sistema de iluminação, a vida útil, temperatura, índice de reprodução de cor e eficiência luminosa das mesmas. 6.3 CÁLCULOS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL Os cálculos de iluminação artificial são usados para determinar a quantidade de equipamentos necessários para se alcançar a iluminação adequada para a tarefa que será executa. Este cálculo pode ser realizado utilizando os seguintes métodos: Método dos lúmens. Método das cavidades zonais.

63 60 Método do ponto por ponto Método dos Lúmens Este método é o mais utilizado, pois considera a quantidade total de fluxo luminoso necessário para determinado ambiente, com base nas atividades a serem realizadas, nas refletâncias das superfícies que compõe o ambiente, nos tipos de lâmpadas e luminárias escolhidos, bem como a frequência de manutenção e limpeza do sistema de iluminação. Tem por finalidade determinar o número de luminárias necessárias para garantir determinada iluminância em um ambiente, baseando-se no fluxo médio. É dividido nas etapas a seguir Determinação da Iluminância A NBR ISO/CIE :2013 estabelece os valores de iluminância mantida na superfície de referência que devem ser escolhidas de acordo com a tarefa a ser executada ou tipo de ambiente. Se não estiverem estabelecidos valores para uma determinada tarefa ou ambiente, deve-se considerar os valores dados para a situação mais similar Escolha dos componentes do sistema de iluminação A escolha das luminárias e lâmpadas a serem utilizadas deve ser realizada conforme descrito no subitem Determinação do Índice do local (K) ou razão da cavidade do recinto (RCR) Este índice relaciona as dimensões do recinto com a altura da luminária em relação ao plano de trabalho. É dado pelas fórmulas:

64 61 Onde: c = Comprimento de ambiente. l = Largura do ambiente. h = Altura de montagem da luminária (distância da fonte de luz ao plano de trabalho) Determinação do coeficiente de utilização (U) O coeficiente de utilização das luminárias mede a relação entre o fluxo luminoso emitido e o fluxo luminoso recebido no plano de trabalho. Parte deste fluxo luminoso emitido pela lâmpada é absorvido pela luminária, outro é refletido pelas superfícies que compõe o ambiente e outra parte segue diretamente para o plano de trabalho. Portanto, o valor do coeficiente de utilização dependerá das perdas verificadas nas luminárias, dimensões dos ambientes, reflexão do piso, chão e parede e também do índice do local (K) ou razão da cavidade do recinto (RCR). Os fabricantes de luminárias costumam fornecer um quadro que relaciona o índice do recinto ou razão da cavidade do recinto com as refletâncias do piso, chão e parede. O fabricante PHILIPS utiliza o índice do local (K), já o fabricante LUMICENTER utiliza o valor RCR. Para determinar o coeficiente, cruza-se o valor do índice do local (K) com os dados de refletância das superfícies, conforme tabelas abaixo: Tabela 3 - Exemplo para determinação do coeficiente de utilização das luminárias TETO % PAREDE % PLANO DE TRABALHO % K COEFICIÊNTE DE UTILIZAÇÃO (x 0.1)

65 Fonte: Revista O Setor Elétrico abaixo: O coeficiente de utilização também pode ser determinado através da fórmula Onde: U = Coeficiente de Utilização. K = Índice do local. η = Eficiência da luminária Determinação do fator de depreciação (Fd) Este fator, também chamado de fator de manutenção, está relacionado com a diminuição do fluxo luminoso no decorrer do tempo. Ele mede a relação do fluxo luminoso emitido no fim do período de manutenção da luminária e o fluxo inicial da mesma. O fator de depreciação é usado com o intuído de aumentar o fluxo luminoso inicial a fim de garantir que este fluxo esteja de acordo com as exigências de iluminância mesmo no final do período de manutenção. Diversos métodos são usados para a determinação do fator de depreciação. O livro de Instalações Elétricas Industriais, do autor João Mamede Filho apresenta a tabela 04, para determinação deste fator. Tabela 4 - Fator de depreciação Tipo de Aparelho Aparelhos para embutir lâmpadas incandescentes Aparelhos para embutir lâmpadas refletoras Calha aberta e chanfrada Refletor industrial para lâmpadas incandescentes Luminária comercial Luminária ampla utilizada em linhas contínuas Fd 0,85 0,80 0,75

66 63 Refletor parabólico para 2 lâmpadas incandescentes Refletor industrial para lâmpadas MV Aparelho para lâmpada incandescente para iluminação indireta Luminária industrial tipo Miller Luminária com difusor de acrílico Globo de vidro fechado para lâmpada incandescente Refletor com difusor plástico Luminária comercial para lâmpada high output colmeia Luminária para lâmpada fluorescente para iluminação indireta Fonte: Instalações Elétricas Industriais 0,70 0,60 Creder (2002) sugere que os fatores de depreciação sejam calculados em função das características do ambiente e período de manutenção das luminárias conforme tabela 05. Tipo de ambiente Tabela 5 - Manutenção das Luminárias Período de Manutenção (h) Limpo 0,95 0,91 0,88 Normal 0,91 0,85 0,80 Sujo 0,80 0,66 0,57 Fonte: Creder, 2002 Portanto, cabe ao projetista avaliar e escolher o melhor método para determinar o fator de depreciação Determinação do fluxo luminoso e quantidade de luminárias O fluxo luminoso total desejado pode ser calculado utilizando a equação: Onde: Φ = Fluxo luminoso total (lm) A = Área do recinto (m²)

67 64 E = Valor da iluminância (lux) U = Coeficiente de utilização Fd = Fator de depreciação Após o cálculo do fluxo luminoso total, calcula-se o número de luminárias necessárias para atender a iluminância exigida para o ambiente, conforme equação: Onde: N = Número de luminárias Φ = Fluxo luminoso total (lm) φ = Fluxo por luminária (lm) O fluxo luminoso emitido por luminária dependerá do tipo e número de lâmpadas instaladas por luminária Método das Cavidades Zonais Este método se baseia na transferência de fluxo luminoso, e é aplicado a ambientes de alto padrão técnico, onde se exige maior precisão de cálculos. Ele estabelece que se uma superfície A emite ou reflete um fluxo de modo difuso, parte deste fluxo é recebido por uma superfície B. A porcentagem de fluxo total emitido por A que é recebido por B é chamado fator de forma de B em relação a A. O teto, chão e paredes de uma ambiente atuam como superfícies refletoras do fluxo luminoso e são denominadas de cavidades zonais (CREDER, 2002). Este cálculo pode ser realizado conforme etapas descritas abaixo Determinação do Índice do local (RCR) Para a determinação do índice, primeiramente são consideradas três cavidades zonais: Cavidade do teto CT. Cavidade do recinto CR. Cavidade do chão CC.

68 65 Figura 30 - Divisão do ambiente em cavidades zonais Fonte: Mamede Filho, J O valor do índice do local relaciona as dimensões das cavidades às do recinto e pode ser calculado através das equações abaixo, que: Onde: RCR = Razão de cavidade do recinto = Altura da cavidade do recinto (m) C = Comprimento do recinto (m) L = Largura do recinto (m) Onde: RCT = Razão de cavidade do teto = Altura da cavidade do teto (m) Onde: RCC= razão de cavidade do chão = altura da cavidade do teto (m)

69 Determinação da refletância eficaz na cavidade A combinação da refletância da parede e teto ou da parede e chão devem ser convertidos para a refletância eficaz da cavidade do teto ( ) ou refletância eficaz da cavidade do chão ( ), usando o auxilio das tabelas 31 e 32. Figura 31 - Razões de Cavidades Fonte: CREDER, 2002 Figura 32 - Tabela de refletância eficaz (%) da cavidade do teto ou chão Fonte: CREDER, 2002

70 67 As obstruções nas cavidades do teto ou do chão são levadas em consideração na obtenção da refletância eficaz da cavidade Determinação do coeficiente de utilização da luminária (U) Cada luminária apresenta um coeficiente de utilização específico, e seus valores são fornecidos pelo fabricante. Na figura 33, é apresentada a tabela com os coeficientes de utilização para determinado tipo de luminária, considerando-se uma refletância eficaz da cavidade do chão ( ) de 20%. Se outros valores para forem usados, o coeficiente de utilização deverá ser corrigido de acordo com a tabela apresentada na figura 34. Figura 33 - Coeficientes de utilização Fonte: CREDER, 2002

71 68 Figura 34 - Fatores de correção para refletâncias da cavidade do chão diferente de 20% Fonte: CREDER, Determinação do fator de perda de luz (FPL) O fator de perda de luz é um conjunto de diversas perdas que ocorrem no fluxo durante o funcionamento da luminária. Estas perdas são registradas como fatores parciais e o produto delas fornece o valor de FPL. Estes fatores parciais são: 1) Temperatura do ambiente (TA). 2) Tensão de serviço (TS). 3) Fator de reator (FR). 4) Fator de depreciação da superfície da luminária (FSL). 5) Fator de depreciação devido à sujeira (FDS). 6) Fator devido a queima de lâmpadas (FQL). 7) Fator de depreciação dos lúmens da lâmpada (FDL). 8) Fator de depreciação devido à sujeira da luminária (FDSL). Cada um desses fatores apresenta uma tabela específica para sua determinação e seus valores são usados para determinação do fator de perda de luz, conforme equação abaixo:

72 Determinação do fluxo luminoso e quantidade de luminárias equações: O fluxo luminoso total e a quantidade de luminárias é obtido através das Onde: Φ = Fluxo luminoso total (lm) A = Área do recinto (m²) E = Valor da iluminância (lux) U = Coeficiente de utilização FPL = Fator de perda de luz N = Número de luminárias φ = Fluxo por luminária (lm) Método do Ponto a Ponto O método ponto a ponto, também chamado de método das intensidades luminosas é utilizado quando as dimensões da fonte luminosa são muito pequenas em relação à distância do plano de trabalho que deve ser iluminado. Ele baseia-se na quantidade de luz que incidirá diretamente em cada ponto do local a ser iluminado, considerando apenas a fonte luminosa. Para a determinação das Iluminâncias, aplicam-se as seguintes fórmulas: Para luz incidindo perpendicularmente ao plano do objeto, e: Para luz que não incide perpendicularmente ao plano do objeto. Onde: E = Iluminância no ponto (lux) I = Intensidade luminosa (cd)

73 70 D = Distância da fonte luminosa ao objeto (m) α = Ângulo de abertura do facho h = Distância vertical entre a fonte de luz e o plano do objeto (m) Portanto, iluminância em certo ponto é o somatório de todas as iluminâncias incidentes sobre esse ponto, provenientes de diferentes pontos de luz, como mostra a equação seguinte. 6.4 ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO Para realizar a análise do custo-benefício de um sistema de iluminação, consideram-se os custos iniciais, como custos de equipamentos e instalação, e os custos com manutenção para manter o sistema funcionando que incluem os custos com energia, reposição de lâmpadas, limpeza e manutenção dos equipamentos. 7 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Em muitos ambientes, os sistemas de iluminação possuem significativo potencial de redução de energia elétrica, pois utilizam de equipamentos de tecnologia obsoletas e com alto consumo energético. O termo retrofit é utilizado para definir alterações ou reformas em sistemas de iluminação visando a conservação de energia elétrica, através da utilização de tecnologias energeticamente eficientes resultando na conservação de energia elétrica sem detrimento da satisfação e conforto do usuário (GHISI, 1997). Para o desenvolvimento deste trabalho, a metodologia seguirá as seguintes etapas: Avaliação do atual sistema de iluminação artificial. Elaboração do novo projeto de iluminação. Avaliação do novo projeto de iluminação. Avaliação da viabilidade do novo projeto.

74 AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ATUAL DOS AMBIENTES INTERNOS Ao se analisar a iluminação de ambientes internos deve-se verificar se a mesma esta de acordo com as exigências luminotécnicas: distribuição adequada da iluminação, conforto visual e eficiência energética. A iluminação deve satisfazer tanto os aspectos quantitativos como os qualitativos exigidos pelos ambientes. A iluminação deve assegurar conforto visual às pessoas que utilizam o ambiente, desempenho visual, garantindo a realização das tarefas visuais com agilidade e precisão e a segurança visual. Segundo LAMBERTS (1997), conforto visual é entendido como a existência de um conjunto de condições, num determinado ambiente, no qual o ser humano pode desenvolver suas tarefas visuais com o máximo de acuidade e precisão visual, com o menor esforço, menor risco de prejuízos à vista e com reduzidos acidentes Características do ambiente Primeiramente será realizado o levantamento das dimensões, tal qual o comprimento, a largura, o pé direito, a altura da luminária em relação ao solo e ao plano de trabalho, dos ambientes escolhidos para serem avaliados, utilizando uma trena. Estes dados são fundamentais para a análise, pois influenciam no nível de iluminância e na eficiência do sistema de iluminação. Devem ser medidos também os valores das refletâncias das superfícies que compõe os ambientes: teto, piso, quadro negro, parede e plano de trabalho. Para a determinação aproximada da refletância das superfícies, utiliza-se o Método do papel branco fosco. Este método sugere que seja colocado um papel branco fosco encostado à superfície e que com o auxílio de um luxímetro, posicionado a 7,5 cm do papel, seja realizado a medição da iluminância. Em seguida, deve ser retirado o papel branco e medido novamente a iluminância. Após as medições, é realizado o cálculo para determinar o valor da refletância da superfície (CREDER, 2002), seguindo a equação descrita abaixo:

75 72 Onde: = Refletância da superfície (%) = Nível de iluminamento medido da superfície sem o papel branco fosco. = nível de iluminamento medido da superfície com o papel branco fosco. A NBR ISO/CIE estabelece que os valores de refletâncias para superfícies internas estejam entre: Teto: 0,6 à 0,9. Paredes: 0,3 à 0,8. Planos de trabalho: 0,2 à 0,6. Piso: 0,1 à 0, Componentes do sistema de iluminação Através de visitas às salas, deve se determinar os tipos e quantidades de luminárias e lâmpadas juntamente com suas especificações técnicas e como se dá suas distribuições pelos ambientes. Com essas informações será determinada a potência total instalada isoladamente para cada sala Horário de funcionamento e consumo energético do atual sistema Para determinar o total de energia consumida pelas salas de aulas avaliadas, serão utilizados dois métodos, e em seguida compará-los para avaliar sua viabilidade. O primeiro método consiste na instalação de dois medidores de energia LACTEC, representados na figura 35, no quadro de energia do bloco de Engenharia Elétrica da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, nos circuitos de iluminação correspondentes as salas de circuitos A (sala de informática) e circuitos B (sala de microeletrônica), indicado na figura 36.

76 73 Figura 35 - Medidor de energia LACTEC Fonte: O autor Figura 36 - Medidores no circuito de iluminação Fonte: O autor Os medidores, no projeto, tem a finalidade de registrar a energia consumida, em kwh, pela iluminação, nas salas de microeletrônica e de informática durante o período de 68 dias. Em seguida, os valores medidos serão comparados com os valores encontrados no segundo método.

77 74 O segundo método tem por finalidade se obter a quantidade de energia, em kwh, através de cálculos envolvendo a potência das lâmpadas utilizadas, nas salas de aulas avaliadas, e seu tempo de funcionamento. Nesse caso aplica-se a seguinte equação: Onde: = Quantidade de energia consumida (kwh) = Potência total das lâmpadas (W) = Período de tempo em que as salas ficam acesas (h) Para determinar o período em que as salas ficam acesas, serão consultados os horários de aula de cada sala e contabilizadas suas respectivas horas de funcionamento, aplicando esses dados na seguinte função: Onde: = Período de tempo em que as salas ficam acesas (h) = Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas (h) Para se obter a potência total das lâmpadas, durante a etapa de estudo dos componentes do sistema de iluminação atual são observados as especificações técnicas das lâmpadas, dentre elas a potência de cada lâmpada, essa informação permite utilizar a seguinte equação: Onde: = Potência total das lâmpadas (W) = Número de luminárias presentes na sala = Número de lâmpadas em cada luminária = Potência de cada lâmpada (W) Após realizada a comparação dos métodos citados acima, será calculado o custo da energia consumida em cada ambiente, a partir dos dados obtidos dos medidores e da taxa de valor do kwh, fornecida pela Copel, aplicados na seguinte equação:

78 75 Onde: C = custo total da energia consumida pela sala estudada (R$). = quantidade de energia consumida (kwh). $ = tarifação imposta pela Copel (R$) Medição da iluminância do ambiente A NBR ISO/CIE Iluminação de Ambientes de Trabalho (ABNT,2013) estabelece que a malha necessária para determinar as iluminâncias e uniformidades médias depende do tamanho e forma da superfície, geometria do sistema de iluminação, distribuição da intensidade luminosa das luminárias utilizadas, precisão requerida e quantidades fotométricas a serem avaliadas. Para o cálculo do tamanho da malha usa-se a equação a seguir: Onde: p = Tamanho da malha (m) d = Maior dimensão da superfície de referência (m) O cálculo para o número de pontos (n) de medição é estabelecido pelo número inteiro mais próximo da relação d para p. Assim as superfícies de referência são subdivididas em retângulos com os pontos de medição em seu centro. A média aritmética de todos os pontos será a iluminância média. As medições do nível de iluminamento devem ser realizadas a noite para evitar a influência da iluminação natural nos resultados, usando um luxímetro, com a fotocélula posicionada no plano horizontal à 0,8 metros do chão. Antes de iniciar as medições, o luxímetro deve ser exposto a uma iluminância parecida a do ambiente, por aproximadamente 10 min, para que as fotocélulas se estabilizem Análise da iluminação Através da iluminância média calculada para cada ambiente, conforme avalia-se se os valores encontrados estão de acordo com os estabelecidos na NBR ISO/CIE Iluminação de Ambientes de Trabalho (ABNT, 2013). Esta norma estabelece os níveis de iluminância média recomendados para cada tarefa conforme tabela 06.

79 76 Tabela 6 - Valor de iluminância média e IRC conforme ambiente e tarefa Tipo de ambiente, tarefa ou URG atividade (Lux) Construções educacionais IRC Brinquedoteca Berçário Sala dos profissionais do berçário Salas de aula, salas de aula particulares Salas de aula noturna, classes e educação de adultos Sala de leitura Quadro negro Mesa de demonstração Salas de arte e artesanato Salas de arte em escola de arte Salas de desenho técnico Salas de aplicação e laboratório Oficina de ensino Salas de ensino de música Salas de ensino de computador Laboratório linguístico Salas de preparação e oficinas Salas comuns de estudantes e salas de reunião Salas dos professores Salas de esportes Fonte: Adaptação da NBR ISO/CIE Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT, 2013)

80 77 O valor da iluminância média pra cada ambiente, não pode estar abaixo do estabelecido na tabela 06, independentemente da idade e condições de instalação do sistema. Além da comparação dos valores de iluminância, deve-se verificar se o índice de reprodução de cores (IRC) está adequado ao tipo de tarefa realizada em cada ambiente. Os valores mínimos recomendados para o IRC dos ambientes analisados estão estabelecidos na tabela 06. Deve-se analisar também se a temperatura da cor da lâmpada utilizada está compatível com as tarefas executadas. As lâmpadas geralmente são divididas em três categorias, mostradas na tabela 07. Tabela 7 - Classificação das lâmpadas quanto à temperatura Aparência da cor Temperatura de cor correlata Quente Intermediária Fria Abaixo de 3300 K 3300 K à 5300 K Acima de 5300 K Fonte: NBR ISO/CIE Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT, 2013) Resultado da análise da iluminação Após a avaliação das condições do sistema de iluminação atual, pode-se chegar a três situações: 1) Os níveis de iluminância muito acima do recomendado: Nesta situação, deve-se diminuir o nível de iluminância para o recomendado, gerando assim redução na potência total instalada. 2) Os níveis de iluminância próximo do recomendado: Nesta situação, deve-se manter o nível de iluminância, porém, visar a redução da potência total instalada. 3) Os níveis de iluminância abaixo do recomendado: Nesta situação, deve-se utilizar de equipamentos a fim de atingir o nível de iluminância recomendado com a menor potência instalada. Estas situações devem ser corrigidas no novo projeto de iluminação.

81 DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO Após serem definidas as características e funções dos ambientes escolhidos, gastos com energia elétrica e a avaliação das condições da iluminação atual, é realizado o desenvolvimento do novo projeto de iluminação. O método utilizado para a elaboração do projeto será o método dos lúmens, já descrito no item 6.3.1, e devem-se seguir as seguintes etapas Determinação da iluminância média para os ambientes Para a determinação da iluminância média adequada para cada ambiente e tarefa executada, deve-se adotar os valores recomentados na NBR ISO/CIE Iluminação de ambientes de trabalho, conforme tabela Escolha das lâmpadas e luminárias. O desenvolvimento do novo projeto de iluminação será realizado utilizando sistemas de iluminação a LED. Com alta eficiência energética e baixo consumo, o LED se torna uma excelente opção para substituição das lâmpadas existentes. O uso desta tecnologia oferece diversas vantagens, dentre as quais se destacam: Alto rendimento luminoso. Vida útil longa. Redução com os custos de manutenção. Alta qualidade de reprodução de cor. Não contaminação do meio ambiente. As lâmpadas devem ser escolhidas pela sua eficiência luminosa, temperatura de cor, índice de reprodução de cor e vida útil. Elas devem possuir a maior eficiência luminosa e vida útil possível e sua cor deve ser escolhida de acordo com a tarefa que será realizada no ambiente, visto que a aparência de cor é uma questão estética e psicológica. Já o índice de reprodução de cor é importante para o desempenho e conforto visual, e a lâmpada deve atender

82 79 a NBR ISO/CIE , que estabelece os valores mínimos recomendados para cada tipo de ambiente e tarefa, conforme tabela 06. Ao longo da vida útil de uma lâmpada, ocorre uma diminuição do fluxo luminoso devido à própria depreciação normal do fluxo e ao acúmulo de poeira sobre a lâmpada e o refletor. Estes fatores também devem ser considerados. Para a escolha das luminárias primeiramente deve-se observar quais os requisitos para a execução das tarefas. A escolha deve ser realizada principalmente em função de suas curvas fotométricas e propriedades reflexivas. Através da curva de distribuição luminosa, coeficiente de utilização ou rendimento, deve ser realizado a análise da eficiência a luminária. Esta dependerá também das características de seu refletor, das luminárias possuírem ou não aletas, do tipo de pintura do refletor e aletas e da utilização de difusor. A curva de distribuição luminosa está relacionada com o direcionamento do fluxo luminoso e a probabilidade de ocorrência de reflexos, brilhos e ofuscamentos. Estas informações para análise devem ser fornecidas pelos fabricantes das luminárias. Os catálogos também informam quais as luminárias mais adequadas para cada tipo de ambiente. Deve-se escolher mais de um tipo de luminária, para que seja possível a comparação e escolha da melhor e mais indicada ao ambiente Cálculo do número de luminárias Após escolhidas as lâmpadas e luminárias a serem utilizadas em cada ambiente, realiza-se o cálculo para a determinação do número de luminárias, utilizando o Método dos Lúmens, descrito no item Definida a quantidade de luminárias, deve-se avaliar a melhor forma sua de distribuição e posicionamento pelo ambiente, a fim de garantir a uniformidade das iluminâncias nos planos de trabalho Avaliação do novo projeto Deve-se realizar a avaliação final do sistema de iluminação, verificando a economia de energia elétrica proporcionada pelo novo sistema de iluminação nos ambientes. Deve ser avaliada a potência instalada e a relação entre a potência

83 80 instalada e a área do recinto. Essa relação deve ser utilizada para a verificação da eficiência luminosa do projeto. 7.3 SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO Existem diversos softwares para a simulação de cálculos luminotécnicos. Eles são usados para a determinação do número de luminárias a serem instaladas no ambiente. Geralmente apresentam a curva de distribuição luminosa e o quadro do fator de utilização para as luminárias disponíveis. Para a simulação do sistema atual de iluminação e do novo projeto desenvolvido, para fins de comparação, será utilizado será utilizado o software de simulação DIALUX evo. O DIALUX EVO é um programa de cálculo grátis e independente de qualquer fabricante. Nele estão disponíveis uma grande quantidade de luminárias e lâmpadas dos mais diversos fabricantes. 7.4 AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DO NOVO PROJETO. Para avaliar a viabilidade de execução do projeto desenvolvido, deve-se conhecer o preço das luminárias e lâmpadas a serem utilizadas, bem como o custo de manutenção e reposição de equipamentos deteriorados. Esta avaliação deve ser realizada através do tempo esperado para o retorno do investimento. 8 ESTUDOS DE CASO Aqui serão apresentados os resultados para o estudo dos casos das salas da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, usando a metodologia proposta. Primeiramente são definidas para estudo, salas onde são realizadas diferentes tarefas. Em seguida, apresentam-se os resultados da avaliação do sistema de iluminação artificial atual das salas. Após estes resultados, é iniciado o desenvolvimento novo projeto de iluminação, definindo lâmpadas e luminárias a serem utilizados e o cálculo para determinar a quantidade de luminárias para cada sala. Realiza-se a simulação do novo projeto no software Dialux, e finaliza-se com a análise econômica do projeto.

84 81 As salas escolhidas para serem avaliadas são: Sala de aula sala 16 (dezesseis) da Escola Politécnica. Sala de desenho técnico sala D4 da Escola Politécnica. Sala de circuitos A do Bloco de Engenharia Elétrica. Sala de circuitos B do Bloco de Engenharia Elétrica. 8.1 SALA DE AULA A sala de aula avaliada, mostrada na figura 37, é um modelo convencional, utilizada para atividades de leitura, escrita e apresentações orais. Figura 37 Imagens da sala de aula Fonte o autor

85 Análise do atual sistema de iluminação Características do ambiente Nessa primeira etapa foi realizado a medição das dimensões da sala de aula, utilizando uma trena MELFI 7,5 m e largura 25mm, conforme apresentado na tabela 8. Tabela 8 - Dimensões do ambiente Dimensões Valores medidos (m) Comprimento 9,8 Largura 7,26 Pé direito 3,3 Altura da luminária em relação ao solo 3,3 Altura da luminária em relação ao plano de trabalho Fonte o autor 2,575 A sala é composta por paredes de tijolinhos marrom claro, janelas posicionadas à 1,2 metros do chão e cobrindo toda a extensão de uma das paredes laterais, chão de tacos de madeira, teto de cor branca e mesas de fórmica creme reflexivas. As refletâncias dessas superfícies foram determinadas utilizando o método do papel branco fosco, descrito na seção 7.1.1, e representadas na tabela 9. Superfícies Tabela 9 - Refletâncias das superfícies Iluminância sem Iluminância com o papel (lx) o papel (lx) Refletâncias (%) Parede Chão Quadro Plano de trabalho Fonte: O autor Devido à dificuldade para a medição, foi considerado o valor de 75% para a refletância do teto, tendo em visto que, a cor branca possui refletância entre 60 e 90% (seção 7.1.1).

86 Componentes do sistema de iluminação A sala de aula é constituída por um conjunto de dezesseis luminárias distribuídas de acordo com a figura 38, cada qual contendo duas lâmpadas. Figura 38 - Disposição das lâmpadas das salas da aula Fonte: O autor As lâmpadas utilizadas são as TLDRS32W-S84-ECO (figura 39) fabricadas pela PHILIPS, com as seguintes especificações técnicas: Potência: 32 W. Base: G13. Temperatura de cor: 4000 K. Fluxo luminoso: 2700 lm. Eficiência luminosa: 84 lm/w. Índice de reprodução de cor: 85. Vida mediana: h. Comprimento: 1213,6 mm. Diâmetro: 28 mm (T8).

87 84 Figura 39 Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO Fonte: PHILIPS Devido à falta de dados, não foi possível identificar o fabricante e a linha das luminárias, porém foram observadas que estas são de formato retangular, modelo de sobrepor, com corpo de chapa de aço pintado, refletor de alumínio anodizado brilhante e sem aletas, como mostra a figura 40. Figura 40 - Luminária da sala de aula Fonte: O autor Horário de funcionamento e consumo energético Nessa etapa do projeto, não possível a instalação de medidores de energia, devido à complexidade da instalação elétrica da Escola Politécnica. No entanto, foram realizados os cálculos do consumo de energia. Para a determinação do tempo em que as luzes ficam acesas, foi considerado que a sala é utilizada apenas durante os períodos matutino (7h às 13h) e noturno (18h às 23h), conforme verificado junto à secretaria da Escola. A tabela 10 apresenta os dados referentes ao consumo energético. Potência de cada lâmpada Tabela 10 - Consumo energético da sala de aula Variáveis Dados 32 W

88 85 Número de lâmpadas em cada luminária 2 Número de luminárias 16 Potência total das lâmpadas 1024 W Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas 11 h Período de tempo que a sala fica acesa 22 dias (de segunda à sexta-feira) Quantidade de energia consumida 247,81 kwh Fonte: O autor A partir dos dados da tabela 10, foi possível determinar o custo da energia consumida, apontado na tabela 11, considerando que a Universidade se enquadra, segundo a COPEL, na classe comercial A4 convencional. Tabela 11 - Custo energético da sala de aula Variáveis Dados Tarifação (com impostos) Quantidade de energia consumida Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 0,23666 R$/kWh 247,81 kwh 58,6467 R$ Medição da iluminância Utilizando um luxímetro ICEL manaus LD-520, a verificação do valor da iluminância média foi realizada seguindo o método proposto na NBR ISO/CIE , já descrito na seção As medições foram realizadas no período noturno para evitar influência da luz natural e a quantidade de pontos medidos determinados a partir dos dados da tabela 12. Tabela 12 - Número de pontos a serem medidos nas salas de aula Variáveis Dados Tamanho da malha Maior dimensão da superfície de referência Número de pontos total Fonte: O autor 0,986 m 9,8 m 9,939 pontos

89 86 Apesar de terem sido calculados o mínimo de dez pontos, optou-se pela verificação de doze, para uma distribuição mais adequada às dimensões da sala, como mostra a figura 41 que também apresenta os valores das iluminâncias medidas para cada ponto. Figura 41 - Iluminâncias medidas da sala de aula Fonte: O autor A partir do cálculo da média aritmética dos valores da figura acima, foi possível determinar a iluminância média da sala de aula, cujo valor é de 426,083 lx Análise da iluminação Foi verificado que o valor da iluminância média calculado para a sala está abaixo do recomendado, de 500 lx para ambientes de sala de aula noturna, estabelecido na NBR ISO/CIE e conforme mostra a tabela 06. Quanto ao índice de reprodução e temperatura de cor, foi observado que os valores, conforme especificações técnicas das lâmpadas utilizadas estão de acordo com o IRC indicado pela Norma e a temperatura adequada à finalidade da sala.

90 87 Tabela 13 - Comparação do sistema atual com o recomendado Grandezas Valores recomendados Valor atual Índice de reprodução de cor Temperatura de cor 3300K à 5300K 4000K Fonte: O autor Apesar das luminárias instaladas possuírem refletores, a ausência de aletas ou difusores, elementos de controle de ofuscamento, faz com que o fluxo luminoso incida diretamente no campo de visão e no plano de trabalho, provocando desconforto, prejudicando a visualização de objetos e imagens, e consequentemente interferindo no rendimento das atividades realizadas no local Resultado da análise da iluminação Após a análise do sistema de iluminação atual da sala de aula, foi possível observar que os níveis de iluminância estão abaixo do recomendado e que o controle de ofuscamento é insuficiente. Esses problemas deverão ser resolvidos utilizando equipamentos de maior eficiência para atingir o iluminamento adequado e garantir a redução do ofuscamento Desenvolvimento do novo projeto de iluminação Determinação da iluminância média para os ambientes tabela 06. O valor da iluminância média que a sala deve possuir é de 500 lx, conforme Escolha das lâmpadas e luminárias A lâmpada selecionada para o projeto é a MASTER LEDtube Internal Standard da PHILIPS (figura 42). A escolha desta foi baseada na sua capacidade de substituir lâmpadas fluorescentes tubulares T8, de 1200 mm, e de até 36 W, sem a necessidade de uso de reatores, além de possuírem um índice de reprodução de cor de 83, temperatura de cor de 4000 K, fluxo luminoso de 1650 lm, potência de 19 W,

91 88 eficiência energética de 86,8 lm/w e tempo de vida útil de horas (ANEXO A). Desse modo, ela se enquadra nos requisitos necessários para o novo sistema. Figura 42 - Lâmpada MASTER LEDtube Fonte: O autor Para a adaptação da lâmpada MASTER LEDtube, foi escolhida a luminária CAC 10-Sobrepor da LUMICENTER (ANEXO B), figura 43, pois é indicada para o uso em salas de aula, possuindo refletores em alumínio anodizado e aletas planas em chapa pintada para um controle de ofuscamento médio, distribuição uniforme do fluxo luminoso, com as seguintes especificações técnicas: Curva fotométrica aberta tipo bat wing (ideal para controle de ofuscamento). Dimensões: 244x75x1317 mm. Rendimento de 74%. Figura 43 - Luminária CAC 10 - S Fonte: LUMICENTER Outra solução seria a utilização da luminária equipada com placas de LEDs e driver multitensão LHT02-E - Sobrepor da LUMICENTER (ANEXO C), figura 44. A mesma foi selecionada devido ao seu baixo consumo de energia e sua vida útil avançada, além de possuir corpo em chapa de aço, difusor em acrílico leitoso que reduz o efeito do ofuscamento. Apresentam as seguintes características: Dimensões: 307x42x1243 mm. Fluxo luminoso: 4000 lm. Rendimento: 80 lm/w.

92 89 Temperatura de cor: 4000 K. Índice de reprodução de cor: 85. Consumo total: 50W. Figura 44 - Luminária LHT02 - E de sobrepor Fonte: LUMICENTER Cálculo do número de luminárias O cálculo do número de luminárias necessárias para garantir a iluminância média recomendada para a sala de aula foi realizado através do método dos lúmens (seção 6.3.1). Para a luminária CAC 10 que utiliza a lâmpada MASTER LEDtube os resultados estão apresentados na tabela 14. Tabela 14 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 10 - S com a lâmpada PHILIPS Iluminância média recomendada (lx) 500 Comprimento da sala (m) 9,8 Largura da sala (m) 7,26 Área da sala (m 2 ) 71,148 Altura de montagem da luminária (m) 2,575 Índice do local 1,77 Coeficiente de utilização (%) 66 Fator de depreciação 0,85 Fluxo luminoso total (lm) 63411,76 Fluxo por luminária 3300 Número de luminárias 19,2 Fonte: O autor

93 90 O coeficiente de utilização foi determinado a partir da tabela fornecida pelo fabricante LUMICENTER, presente no ANEXO B, considerando as refletâncias do conjunto, parede, teto e chão, respectivamente 70, 30 e 20% e o arredondamento do índice local para 2. Já o fator de depreciação foi definido a partir da tabela 04 e 05, da seção , atendendo as condições da luminária de ser um aparelho de embutir lâmpadas, que a sala é um ambiente do tipo normal (exposição normal à poeira) e com previsão de manutenção de 5000 horas (aproximadamente 7 meses). A distribuição dessas luminárias ao longo da sala foi realizada de forma uniforme, com espaçamentos iguais (tanto para linhas quanto para colunas) entre elas, considerando um total de 20 luminárias dispostas em 5 linhas e 4 colunas, como mostra a figura 45. Figura 45 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 - S Fonte: O autor tabela 15. Já para a luminária LHT02-E de sobrepor, os resultados são demonstrados na Tabela 15 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT02 - E de sobrepor Iluminância média recomendada (lx) 500 Comprimento da sala (m) 9,8 Largura da sala (m) 7,26 Área da sala (m 2 ) 71,148

94 91 Altura de montagem da luminária (m) 2,575 Índice do local 1,77 Coeficiente de utilização (%) 79 Fator de depreciação 0,775 Fluxo luminoso total (lm) 58103,71 Fluxo por luminária 4000 Número de luminárias 14,52 Fonte: O autor A determinação do coeficiente de utilização na tabela presente no ANEXO C, considerando os valores de refletâncias e índice do local anteriores. Já o fator de depreciação foi definido novamente utilizando a tabela 04 e 05, realizando a média destes sob as condições da luminária possuir difusor de acrílico, a sala ser um ambiente do tipo normal e com previsão de manutenção de 5000 horas (aproximadamente 7 meses). Nesse caso, a distribuição das luminárias também foi realizada de forma uniforme, com espaçamentos iguais entre elas, porém, devido ao total de 15 luminárias, estas foram dispostas em 4 linhas, com a primeira (junto ao quadro negro) contendo 3 colunas e as demais 4 colunas, mostrada na figura 46. Figura 46 - Nova distribuição das luminárias LHT02 - E de sobrepor Fonte: O autor

95 Avaliação do novo projeto Nessa etapa foi realizado o mesmo procedimento da seção 7.1.3, para avaliar o consumo energético e a eficiência luminosa do novo sistema de iluminação da sala de aula, considerando o mesmo período de funcionamento. A tabela 16 e 17 representam os resultados obtidos utilizando a luminária CAC 10 e a luminária LHT02-E, respectivamente. Tabela 16 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 10 e a lâmpada PHILIPS Variáveis Dados Potência de cada lâmpada 19 Número de lâmpadas em cada luminária Número de luminárias 20 Potência total das lâmpadas 760 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala 2 11 h 22 dias (de segunda à sexta-feira) Fonte: O autor 183,92 kwh 0,23666 R$/kWh 43,526 R$ Tabela 17 - Custo e consumo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT02 - E de sobrepor Variáveis Dados Potência de cada conjunto 50 Número de luminárias 15 Potência total do conjunto 750 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica 11 h 22 dias (de segunda à sexta-feira)

96 93 acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 181,5 kwh 0,23666 R$/kWh 42,93 R$ Para a escolha do sistema de iluminação mais apropriado, foram comparados os fatores essenciais para se obter uma melhor iluminação com a maior eficiência energética. Apesar da LHT02 - E apresentar potência consumida e custo energético menores em relação ao conjunto CAC 10 e lâmpada MASTER LEDtube, este possui melhor eficiência luminosa (86,8 lm/w) com melhor distribuição do fluxo luminoso e controle de ofuscamento devido a sua curva fotométrica do tipo bat wing. Logo, a CAC 10 e a MASTER LEDtube são as melhores opções para utilização no novo projeto e ser. 8.2 SALA DE DESENHO A sala de desenho é mostrada na figura 47 e tem como finalidade a realização de projeto de arquitetura e desenhos técnico. Figura 47 - Fotos sala de desenho Fonte: O autor

97 Análise do atual sistema de iluminação Características do ambiente Foi realizada a medição das dimensões da sala de desenho, utilizando o mesmo equipamento da sala de aula, listando-as na tabela 18. Tabela 18 - Dimensões do ambiente Dimensões Valores medidos (m) Comprimento 14,89 Largura 9,92 Pé direito 3,44 Altura da luminária em relação ao solo 3,44 Altura da luminária em relação ao plano de trabalho Fonte: O autor 2,715 A composição dessa sala é de paredes e teto estilo drywall na cor creme, chão de tacos de madeira, mesas de fórmica creme e janelas distribuídas por toda a parede ao fundo da sala e por uma das paredes laterais. As refletâncias dessas superfícies, determinadas através do método do papel branco fosco, estão representadas na tabela 19. Superfícies Tabela 19 - Refletâncias das superfícies Iluminancia sem o Iluminancia com o papel (lx) papel (lx) Refletâncias (%) Parede Chão Quadro Plano de trabalho Fonte: O autor Devido à dificuldade para a medição, foi considerado o valor de 70% para a refletância do teto, tendo em visto que, a cor creme possui refletância entre 70 e 80%, conforme a figura 08 da seção

98 Componentes do sistema de iluminação A sala de desenho é formada por trinta e cinco luminárias distribuídas de acordo com a figura 48, com quatro lâmpadas cada uma. Figura 48 - Distribuição atual das luminárias Fonte: O autor As lâmpadas usadas são as TLDRS16W-S84-ECO (figura 49) fabricadas pela PHILIPS, com as seguintes especificações técnicas: Potência: 16 W. Base: G13. Temperatura de cor: 4000 K. Fluxo luminoso: 1200 lm. Eficiência luminosa: 75 lm/w. Índice de reprodução de cor: 85. Vida mediana: h. Comprimento: 604 mm. Diâmetro: 28 mm (T8).

99 96 Figura 49 Lâmpada TLDRS16W-S84-ECO Fonte: O autor Não foi possível identificar o fabricante e a linha das luminárias, por informações insuficientes, todavia foram observadas que estas possuem formato quadrado, modelo de embutir em forro modular, com refletores e aletas em de alumínio anodizado, mostrada na figura 50. Figura 50 - Luminária da sala de desenho Fonte: O autor Horário de funcionamento e consumo energético Nesse caso, também não possível a instalação de medidores de energia, pelos motivos expostos anteriormente na sala de aula. Foi considerado que o tempo de utilização da sala é integral (7h às 13h e 14h 18h) e noturno (18h às 23h), conforme verificado junto à secretaria da Escola. A tabela apresenta os resultados referentes ao consumo. Potência de cada lâmpada Tabela 20 - Consumo energético Variáveis Dados 16 W Número de lâmpadas em cada luminária 4

100 97 Número de luminárias 35 Potência total das lâmpadas 2240 W Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas 15 h (de segunda a sexta-feira) 5 h (sábados) Período de tempo que a sala fica acesa 22 dias (de segunda à sexta-feira) 4 dias (sábados) Quantidade de energia consumida 784 kwh Fonte: O autor Utilizando os dados da tabela 20, foi determinado o custo da energia consumida (tabela 21), considerando a Universidade como a classe comercial A4 convencional. Tarifação (com impostos) Tabela 21 - Custo energético Variáveis Quantidade de energia consumida Dados 0,23666 R$/kWh 784 kwh Custo total da energia consumida pela sala 184, 594 R$ Fonte: O autor Medição da iluminância Com o luxímetro, foi verificado o valor da iluminância utilizando o método descrito na seção 7.1.4, realizada a noite, e o número de pontos mínimos para a medição calculados a partir dos dados da tabela 22. Tabela 22 - Número de pontos a serem medidos nas salas de desenho Variáveis Dados Tamanho da malha Maior dimensão da superfície de referência Número de pontos total Fonte: O autor 1,32 m 14,89 m 11,27 pontos Foram verificados um total de doze pontos, figura 51, que também apresenta os valores das iluminâncias medidas para cada ponto.

101 98 Figura 51 - Iluminâncias medidas da sala de desenho Fonte: O autor A iluminância média foi calculada através da média aritmética dos valores da figura acima, obtendo-se o valor de 443 lx Análise da iluminação Foi observado que o valor da iluminância média calculado para essa sala se encontra abaixo do recomendado, de 750 lx, para salas de desenho técnico, estabelecido na NBR ISO/CIE Os valores do índice de reprodução e da temperatura de cor, de acordo especificações das lâmpadas instaladas, estão de acordo com o IRC indicado pela Norma e a temperatura adequada à utilidade da sala. Tabela 23 - Comparação do sistema atual com o recomendado Grandezas Valores recomendados Valor atual Índice de reprodução de cor Temperatura de cor 3300K à 5300K 4000K Fonte: O autor

102 Resultado da análise da iluminação Analisando esse sistema de iluminação, foi observado que apenas o nível de iluminamento está abaixo do recomendado. Para a solução desse problema devem ser utilizados equipamentos de maior eficiência que garantam a iluminância recomendada DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO Determinação da iluminância média para os ambientes O valor da iluminância média recomendada para a sala deve ser de 750 lx Escolha das lâmpadas e luminárias A lâmpada escolhida foi a MASTER LEDtube Internal Standard da PHILIPS (figura 52). Esta tem a capacidade de substituir lâmpadas fluorescentes tubulares T8, de 600 mm, e de até 36 W, sem a necessidade de uso de reatores, além de possuírem um índice de reprodução de cor de 83, temperatura de cor de 4000 K, fluxo luminoso de 825 lm, potência de 10 W, eficiência energética de 82,5 lm/w e tempo de vida útil de horas (ANEXO D). Figura 52 - Lâmpada MASTER LEDtube 10 W da PHILIPS Fonte: PHILIPS Para a adaptação da lâmpada MASTER LEDtube, foi escolhida a luminária CAC 09-E416 da LUMICENTER (ANEXO E), figura 53, indicada para salas de aula que necessitam de um controle de ofuscamento médio, compostas por refletores em alumínio anodizado e aletas planas em chapa de aço fosfotizada, distribuição homogênea do fluxo luminoso e com as seguintes especificações: Curva fotométrica aberta tipo bat wing.

103 100 Dimensões: 617 x 82 x 617 mm. Rendimento de 79%. Figura 53 - Luminária CAC 09 - E da LUMICENTER Fonte: LUMICENTER Outra opção de luminária seria a LHT03-E da LUMICENTER (ANEXO F) já equipadas com placas de LEDs e driver multitensão, figura 54. Esta foi escolhida por possuir baixo consumo energético e vida útil prolongada, além de ser construída em chapa de aço com difusor em acrílico leitoso, reduzindo o ofuscamento. Possui as seguintes características: Dimensões: 617x42x617 mm. Fluxo luminoso: 4000 lm. Rendimento: 80 lm/w. Temperatura de cor: 4000 K. Índice de reprodução de cor: 85. Consumo total: 50 W.

104 101 Figura 54 - Luminária LHT 03 - E da LUMICENTER Fonte: LUMICENTER Cálculo do número de luminárias Os resultados dos cálculos realizados, através do método dos lúmens, para se obter o número de luminárias que forneça a iluminância média recomendada pela Norma para a sala de desenho, está representado na tabela 24, para a luminária CAC 09 - E que utiliza a lâmpada MASTER LEDtube. Tabela 24 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 09 - E com a lâmpada PHILIPS Iluminância média recomendada (lx) 750 Comprimento da sala (m) 14,89 Largura da sala (m) 9,92 Área da sala (m 2 ) 147,71 Altura de montagem da luminária (m) 2,715 Índice do local 1,16 Coeficiente de utilização (%) 83 Fator de depreciação 0,85 Fluxo luminoso total (lm) ,93 Fluxo por luminária 3300 Número de luminárias 47,58 Fonte: O autor

105 102 Seguindo a tabela do fabricante foi determinado o coeficiente de utilização (ANEXO E) considerando as refletâncias da parede, teto e chão, respectivamente de 70, 50 e 20% e o arredondamento do índice local para 1. O fator de depreciação foi escolhido entre os valores apresentados nas tabelas 04 e 05, visto que a luminária é um modelo de embutir lâmpadas e a sala é do tipo normal (exposição normal à poeira) com previsão de manutenção de 5000 horas. Para a distribuição uniforme das 48 luminárias, estas serão dispostas em 8 linhas e 6 colunas (com espaçamentos iguais entre elas), como mostra a figura 55. Figura 55 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 E Fonte: O autor Para a luminária LHT03-E, os resultados estão na tabela 25. Tabela 25 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT03 - E Iluminância média 750 recomendada (lx) Comprimento da sala (m) 14,89 Largura da sala (m) 9,92 Área da sala (m 2 ) 147,71 Altura de montagem da 2,715 luminária (m) Índice do local 1,16

106 103 Coeficiente de utilização (%) 87 Fator de depreciação 0,775 Fluxo luminoso total (lm) ,07 Fluxo por luminária 4000 Número de luminárias 39,4 Fonte: O autor A determinação do coeficiente de utilização foi realizada através da tabela presente no ANEXO F, considerando os mesmos índices de refletância e do local. O fator de depreciação foi calculado através da média aritmética dos valores das tabelas 04 e 05, levando em conta que a luminária possui difusor de acrílico e a sala é do tipo normal com previsão de manutenção de 5000 horas. A disposição dessas luminárias será dada de forma uniforme, espaçadas igualmente entre elas e com distribuição em 8 linhas por 5 colunas, figura 56. Figura 56 - Nova distribuição das luminárias LHT03 E Fonte: O autor Avaliação do novo projeto A avaliação foi realizada de acordo com a seção 7.1.3, considerando o novo consumo de energia e a eficiência luminosa do sistema de iluminação da sala de desenho. A tabela 26 e 27 demonstram os resultados obtidos para a luminária CAC 09 - E e a luminária LHT03-E, respectivamente.

107 104 Tabela 26 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 09 e a lâmpada PHILIPS Variáveis Dados Potência de cada lâmpada 10 Número de lâmpadas em cada luminária Número de luminárias 48 Potência total das lâmpadas 1920 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 4 15 h (de segunda a sexta-feira) 5 h (sábados) 22 dias (de segunda à sexta-feira) 4 dias (sábados) 672 kwh 0,23666 R$/kWh 159,036 R$ Tabela 27 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT03 e a lâmpada PHILIPS Variáveis Dados Potência de cada conjunto 50 Número de luminárias 40 Potência total do conjunto 2000 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 15 h (de segunda a sexta-feira) 5 h (sábados) 22 dias (de segunda à sexta-feira) 4 dias (sábados) 700 kwh 0,23666 R$/kWh 165,662 R$ Dentre as duas opções apresentadas, para o uso no projeto, foi escolhida LHT03-E, devido ao seu controle de ofuscamento por difusor, maior distribuição do

108 105 fluxo e intensidade luminosa e por utilizar menos luminárias para atingir a iluminância recomendada. 8.3 SALA DE CIRCUITOS A E B A sala de circuitos A (figura 57) é usada para tarefas manuais de microeletrônica e para atividades desenvolvidas no computador. Já a sala de circuitos B (figura 58) é destinada especificamente às atividades de microeletrônica. Figura 57 - Panorâmica da sala de circuitos A Fonte: O autor Figura 58 - Panorâmica da sala de circuitos B Fonte: O autor Análise do atual sistema de iluminação Características do ambiente Foram verificadas as dimensões da sala de circuitos A e B, ambas possuem as mesmas medidas, e estão representadas na tabela 28.

109 106 Tabela 28 - Dimensões do ambiente Dimensões Valores medidos (m) Comprimento 10,90 Largura 6,67 Pé direito 3,57 Altura da luminária em relação ao solo 3,04 Altura da luminária em relação ao plano de trabalho 2,25 Fonte: O autor As salas possuem paredes brancas, teto cinza, janelas posicionadas à 1,09 metros do chão e cobrindo toda a extensão de uma das paredes laterais, chão com piso de aparência tipo cascalho e mesas de fórmica azuis. As refletâncias de suas superfícies estão representadas na tabela 29. Superfícies Tabela 29 - Refletâncias do ambiente Iluminancia sem o Iluminancia com o papel (lx) papel (lx) Refletâncias (%) Parede ,428 Chão ,28 Quadro ,5 Plano de trabalho ,05 Fonte: O autor A medição da refletância do teto não foi realizada, devido à dificuldade de acesso, então foi considerado o valor de 30%, pois a cor cinza possui refletância entre 25 e 35% (Figura 8) Componentes do sistema de iluminação A sala de circuitos A assim como a de circuitos B possuem 8 luminárias cada qual com 2 lâmpadas, posicionadas conforme a figura 59 e 60.

110 107 Figura 59 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos A Fonte: O autor Figura 60 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos B Fonte: O autor São usadas as lâmpadas PHILIPS TLDRS32W-S84-ECO (figura 61), com as características seguintes: Potência: 32 W.

111 108 Base: G13. Temperatura de cor: 4000 K. Fluxo luminoso: 2700 lm. Eficiência luminosa: 84 lm/w. Índice de reprodução de cor: 85. Vida mediana: h. Comprimento: 1213,6 mm. Diâmetro: 28 mm (T8). Figura 61 - Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO Fonte: O autor As luminárias utilizadas em ambas as salas, representadas na figura 62, são do tipo pendente com corpo de chapa de aço, refletor de alumínio e sem aletas, porém não foi possível identificar seu fabricante. Figura 62 - Luminária das salas de circuitos Fonte: O autor Horário de funcionamento e consumo energético Foram instalados dois medidores de energia nos circuitos que correspondem ao sistema de iluminação da sala de circuitos A e outro na de circuitos B, conforme descrito na seção O medidor correspondente à sala de circuitos A registrou o

112 109 consumo energético de 277 kwh e o da sala de circuitos B o consumo de 240 kwh, durante o período de 68 dias (05/09/13 à 12/11/13). Também foi realizado o cálculo da quantidade de energia consumida pelas duas salas durante o mesmo período de 68 dias, como mostra a tabela 30, para fins de comparação com o valor registrado pelos medidores. Nesse caso foi considerado o mesmo período de utilização para ambas as salas, baseando-se nos horários das aulas e que os alunos também as utilizam durante algumas horas para atividades extras. Tabela 30 - Consumo energético das salas de circuitos A e B Variáveis Dados Potência de cada lâmpada Número de lâmpadas em cada luminária 32 W Número de luminárias 8 Potência total das lâmpadas Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Fonte: O autor W 9 h (de segunda a sexta-feira) 4 h (sábados) 49 dias (de segunda à sexta-feira) 8 dias (sábados) 242,176 kwh Comparando os dois valores de consumo de energia, verificou-se que o valor calculado é menor que o valor de fato consumido. Isso pode ter ocorrido pelo fato da instalação não apresentar uma manutenção adequada, causando a degradação do fluxo luminoso e consequentemente exigindo uma maior potência instalada, além do uso de reatores de qualidade inferior e a variação do horário de utilização da sala. A partir dos dados da tabela 30, determinou-se o custo da energia consumida pelos sistemas (tabela 31), considerando que a Universidade se enquadra na classe comercial A4 convencional.

113 110 Tarifação (com impostos) Tabela 31 - Custo energético da sala Variáveis Quantidade de energia consumida pela sala de circuitos A Quantidade de energia consumida pela sala de circuitos B Custo total da energia consumida pela sala de circuitos A Custo total da energia consumida pela sala de circuitos B Fonte: O autor Dados 0,23666 R$/kWh 277 kwh 240 kwh 65,554 R$ 56,798 R$ Medição da iluminância Com auxílio do luxímetro e utilizando o método da seção 7.1.4, foram realizadas as medições (durante o período noturno) das iluminâncias. A quantidade de pontos para as verificações foi determinada a partir da tabela 32. Tabela 32 - Número de pontos a serem medidos nas salas de circuitos A e B Variáveis Dados Tamanho da malha (m) 1,062 Maior dimensão da superfície de referência (m) 10,90 Número de pontos total 10,26 Fonte: O autor Para uma maior precisão, foram verificados doze pontos, como mostram as figura 63 e 64, que representa também os valores das iluminâncias medidas para cada ponto.

114 111 Figura 63 - Iluminâncias medidas na sala de circuitos A Fonte: O autor Figura 64 - Iluminânicias medidas na sala de circuitos B Fonte: O autor A iluminância média calculada através da média aritmética dos valores acima foi de 256,17 lx para a sala de circuitos A e de 223, 58 lx para a de circuitos B Análise da iluminação Comparando os valores das iluminâncias médias com o recomendado pela norma NBR ISO/CIE , que é de 500 lx, pode-se observa que essas estão bem abaixo do nível requerido.

115 112 As lâmpadas utilizadas apresentam índice de reprodução de cor de acordo com o valor de referência estabelecido pela norma e a temperatura de cor adequada à utilidade da sala (Tabela 33). Tabela 33 - Comparação do sistema atual com o recomendado Grandezas Valores recomendados Valor atual Índice de reprodução de cor Temperatura de cor 3300K à 5300K 4000K Fonte: O autor Apesar das luminárias possuírem refletores, a ausência de aletas mostra que não há um controle rigoroso de ofuscamento, indicado para salas onde há tarefas realizadas em computadores e que exigem maior esforço visual Resultado da análise da iluminação Após a análise do sistema de iluminação atual pode-se observar que o nível de iluminamento está abaixo do recomendado para ambas as salas e que não há controle do ofuscamento. Para solucionar esses problemas, no novo projeto devem ser utilizados equipamentos de maior eficiência a fim de garantir a iluminância recomendada e maior controle de ofuscamento Desenvolvimento do novo sistema de iluminação Determinação da iluminância média para os ambientes A iluminância média recomendada pela NBR ISO/CIE é de 500 lx para salas de aplicação e laboratório. Porém, como nos locais há realização de tarefas manuais de maior criticidade, o valor da iluminância média para os novos projetos foram ajustados em um nível, indo para 750 lx, conforme demonstrado na seção

116 Escolha das lâmpadas e luminárias Tanto para a sala de circuitos A quanto para a de circuitos B foi utilizada a lâmpada MASTER LEDtube Internal Standard da PHILIPS, mostrada na figura 65, por possuir a capacidade de substituir lâmpadas fluorescentes tubulares T8, de 600 mm, e de até 36 W, sem a necessidade de uso de reatores. Ela possui índice de reprodução de cor de 83, temperatura de cor de 4000 K, fluxo luminoso de 1650 lm, potência de 19 W, eficiência energética de 86,8 lm/w e tempo de vida útil de horas (ANEXO A). Figura 65 - Lâmpada MASTER LEDtube 32 W Fonte: PHILIPS Uma das luminárias escolhidas foi a CAA 10-S232 da LUMICENTER (ANEXO G), figura 66, indicada para ambientes onde há necessidade de controle de ofuscamento rigoroso, compostas por refletor e aletas parabólicas em alumínio anodizado e com as especificações abaixo: Curva fotométrica aberta tipo bat wing. Dimensões: 307 x 75 x 1317 mm. Rendimento: 74%. Figura 66 - Luminária CAA 10-S232 Fonte: LUMICENTER

117 114 A outra opção de luminária é a CAA 20-S232 (ANEXO H), figura 67, com refletores e aletas parabólicas em alumínio anodizado de alta pureza e refletância, com as aletas possuindo formato côncavo na parte superior e inferior e espessura ultrafina. Esta também é indicada para se obter um elevado controle de ofuscamento. Possui as seguintes características: Curva fotométrica aberta tipo bat wing. Dimensões: 307x72x1317 mm. Rendimento: 79% Figura 67 - Luminária CAA 20-S232 Fonte: LUMICENTER Cálculo do número de luminárias A determinação do número de luminárias que garantam o nível de iluminância média recomendado para os dois novos projetos (salas de circuitos A e B) foi realizada pelo do método dos lúmens. Os resultados obtidos para o conjunto da luminária CAA 10-S232 e a lâmpada MASTER LEDtube, estão apresentados na tabela 34. Tabela 34 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 10-S232 Iluminância média recomendada (lx) 750 Comprimento da sala (m) 10,90 Largura da sala (m) 6,67 Área da sala (m 2 ) 72,703 Altura de montagem da 3,57

118 115 luminária (m) Índice do local 2,51 Coeficiente de utilização (%) 65 Fator de depreciação 0,85 Fluxo luminoso total (lm) 98691,85 Fluxo por luminária 3300 Número de luminárias 29,9 Fonte: O autor Seguindo a tabela do fabricante foi determinado o coeficiente de utilização (ANEXO G) considerando as refletâncias da parede, teto e chão, respectivamente de 70, 30 e 20% e o arredondamento do índice local para 2. Já o fator de depreciação foi definido considerando a luminária um modelo de embutir lâmpadas, sendo as salas ambientes normais à exposição à poeira, com previsão de manutenção de 5000 horas. A distribuição das luminárias, nas duas salas, foi realizada de forma uniforme e com espaçamento iguais entre elas, considerando que serão utilizadas 30 luminárias dispostas em 8 linhas e 4 colunas, sendo a primeira linha (em relação ao quadro-negro) com 2 colunas como mostram as figuras 68 e 69. Figura 68 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos A Fonte: O autor

119 116 Figura 69 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos B Fonte: O autor tabela 35. Já para a luminária CAA 20-S232, os resultados estão demonstrados na Tabela 35 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 20-S232 Iluminância média 750 recomendada (lx) Comprimento da sala (m) 10,90 Largura da sala (m) 6,67 Área da sala (m 2 ) 72,703 Altura de montagem da 3,57 luminária (m) Índice do local 2,51 Coeficiente de utilização (%) 69 Fator de depreciação 0,85 Fluxo luminoso total (lm) 92970,59 Fluxo por luminária 3300 Número de luminárias 28,1 Fonte: O autor Para a determinação do valor do coeficiente de utilização foi usada a tabela fornecida pelo fabricante (ANEXO H), considerando o mesmo índice de refletância e do local e fator de depreciação utilizado para o cálculo da primeira luminária.

120 117 A disposição uniforme dessas luminárias será dada em distribuição de 7 linhas por 4 colunas, num total de 28 luminárias, como mostram as figuras 70 e 71. Figura 70 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos A Fonte: O autor Figura 71 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos B Fonte: O autor Avaliação do novo projeto Foi realizada a avaliação seguindo a seção 7.1.3, considerando o novo consumo de energia e a eficiência luminosa dos sistemas de iluminação das salas de circuitos A e B. A tabela 36 e 37 demonstram os resultados obtidos para a luminária luminárias CAA 10-S232 e a luminária CAA 20-S232, respectivamente.

121 118 Tabela 36 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 10-S232 e a lâmpada PHILIPS Variáveis Dados Potência de cada lâmpada 19 Número de lâmpadas em cada luminária Número de luminárias 30 Potência total das lâmpadas 1140 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 2 9 h (de segunda a sexta-feira) 4 h (sábados) 49 dias (de segunda à sexta-feira) 8 dias (sábados) 539,220 kwh 0,23666 R$/kWh 127,611 R$ Tabela 37 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 20-S232 e a lâmpada PHILIPS Variáveis Dados Potência de cada lâmpada 19 Número de lâmpadas em cada luminária Número de luminárias 28 Potência total das lâmpadas 1064 Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas Período de tempo que a sala fica acesa Quantidade de energia consumida Tarifação (com impostos) Custo total da energia consumida pela sala Fonte: O autor 2 9 h (de segunda a sexta-feira) 4 h (sábados) 49 dias (de segunda à sexta-feira) 8 dias (sábados) 503,272 kwh 0,23666 R$/kWh 119,104 R$

122 119 As duas opções apresentadas possuem controle de ofuscamento, boa distribuição do fluxo luminoso, porém a CAA 20-S232 com lâmpada PHILIPS possui melhor economia em relação ao custo energético e maior rendimento, se tornando a melhor opção. 8.4 SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO Para essa etapa do projeto foi necessário as medidas das dimensões e das refletâncias de todos os componentes das salas, sua finalidade e a situação da iluminação atual de cada. Em seguida, foram utilizados os dados gerados a partir da simulação atual e comparados com os do novo sistema de iluminação desenvolvidos. Para a simulação do sistema de iluminação atual das salas, foram utilizadas lâmpadas e luminária semelhantes às de fato instaladas e para o novo projeto, o conjunto de lâmpadas e luminárias escolhidas no desenvolvimento do mesmo Sala de aula Os resultados obtidos através da simulação do sistema de iluminação atual estão apresentados nas figuras 72, 73 e 74. Figura 72 Sistema de iluminação atual da sala de aula Fonte: Dialux evo

123 120 Figura 73 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de aula Fonte: Dialux evo Figura 74 - Distribuição das iluminância atual da sala de aula Fonte: Dialux evo Já os resultados para o novo projeto de iluminação, estão mostrados nas figuras 75, 75, 77.

124 121 Figura 75 - Novo sistema de iluminação da sala de aula Fonte: Dialux evo Figura 76 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de aula Fonte: Dialux evo Figura 77 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto na sala de aula Fonte: Dialux evo

125 Sala de desenho As figuras 77, 78 e 79 apresentam os resultados da simulação do sistema de iluminação atual da sala de desenho. Figura 78 - Sistema de iluminação atual da sala de desenho Fonte: Dialux evo Figura 79 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de desenho Fonte: Dialux evo

126 123 Figura 80 - Distribuição das iluminâncias atuais da sala de desenho Fonte: Dialux evo Os dados obtidos pela simulação do novo sistema de iluminação estão representados nas figuras 81, 82 e 83. Figura 81 - Novo sistema de iluminação da sala de desenho Fonte: Dialux evo

127 124 Figura 82 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de desenho Fonte: Dialux evo Figura 83 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de desenho Fonte: Dialux Sala de informática (circuitos A) 84,85 e 86. Os resultados da simulação do atual sistema estão apresentados nas figuras

128 125 Figura 84 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos A Fonte: Dialux evo Figura 85 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de circuitos A Fonte: Dialux evo Figura 86 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos A Fonte: Dialux

129 126 Os dados da simulação do novo projeto estão demonstrados nas figuras 87, 88, e 89. Figura 87 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos A Fonte: Dialux evo Figura 88 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A Fonte: Dialux evo

130 127 Figura 89 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A Fonte: Dialux Sala de microeletrônica (circuitos B) Os resultados da simulação do sistema de iluminação atual estão apresentados nas figuras 90, 91 e 92. Figura 90 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos B Fonte: Dialux evo

131 128 Figura 91 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala circuitos B Fonte: Dialux evo Figura 92 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos B Fonte: Dialux evo iluminação. As figuras 93, 94, e 95 apresentam os resultados do novo sistema de

132 129 Figura 93 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos B Fonte: Dialux evo Figura 94 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B Fonte: Dialux evo Figura 95 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B Fonte: Dialux evo

133 130 Comparando os resultados obtidos através das simulações, pode-se observar que os novos projetos aumentaram o nível de iluminância e melhoram a distribuição das mesmas pelos ambientes. A diferença de valores do nível de iluminância média medidos através do luxímetro e gerados através da simulação, do sistema atual de iluminação das salas, ocorreu devido ao fato de o simulador considerar as lâmpadas e luminárias com eficiência máxima sem depreciação do fluxo luminoso dos equipamentos. No novo projeto das salas de circuitos A e B, apesar do nível de iluminância máximo atingir os valores recomendados, houve uma perda de fluxo luminoso, pois as salas possuem três vigas no teto que funcionam como obstáculos, impedindo assim a melhor distribuição do mesmo. 8.5 ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO Primeiramente, foi avaliada a economia no consumo de energia do novo sistema de iluminação comparando o valor da potência atual instalada e a proporcionada pelo novo sistema em cada sala, com seus resultados apresentados na tabela 38. Ambiente Tabela 38 - Economia de potência das salas Potência (W) Lâmpada Atual Novo Economia(%) Sala de aula MASTER LEDtube Internal Standard 19 W ,78 Sala de desenho LHT03-E ,71 Sala de circuitos A (informática) MASTER LEDtube Internal Standard 19 W Não houve economia, aumento de Sala de circuitos B MASTER LEDtube 122% no (microeletrônica) Internal Standard 19 W valor atual. Fonte: O autor Conforme a tabela acima verificou-se que apenas as salas de circuito A e B não apresentaram redução da nova potência instalada, devido ao fato de que os

134 131 níveis de iluminâncias estavam muito abaixo do recomendado, sendo necessário a instalação de um número de equipamentos relativamente altos para atingir o nível de iluminância desejado. A próxima etapa foi realizado o cálculo para o tempo de retorno de investimento, considerando a relação entre o valor total gasto com o novo sistema de iluminação e a economia nos custos da energia elétrica gerada por ele durante o período de um ano, conforme mostra a tabela 39. Ambientes Tabela 39 - Tempo de retorno do investimento no novo sistema de iluminação Sala de aula Sala de Sala de Sala de Variáveis desenho circuitos A circuitos B Preço da lâmpada 152,00 R$ - 152,00 R$ 152,00 R$ Preço da luminária 94,55 R$ 405,03 R$ 120,50 R$ 120,50 R$ Investimento do novo sistema 7971,00 R$ 16201,20 R$ 11886,00 R$ 11886,00 R$ Estimativa do custo energético anual do sistema 703,73 R$ 2215,128 R$ 393,324 R$ 340,788 R$ atual Estimativa do custo energético anual do novo 522,312 R$ 1908,84 R$ 765,56 R$ 765,56 R$ sistema Economia 181,418 R$ R$306,69-372,342 R$ -424,77 R$ Estimativa do tempo de retorno 43,93 anos 52,82 anos do investimento Fonte: O autor

135 132 9 CONCLUSÃO A execução de um projeto de iluminação eficiente não envolve apenas a instalação de equipamentos, mas também a verificação de todo um conjunto de informações como a finalidade e composição do ambiente, as exigências visuais dos usuários, as recomendações normativas e a eficiência energética do sistema. Realizando a metodologia proposta, foi possível verificar que todas as salas analisadas se encontram com o valor da iluminância média abaixo da recomendada, devido à falta de planejamento quanto às cores e materiais utilizados nas superfícies dos ambientes, a quantidade e a qualidade das lâmpadas e luminárias instaladas, além da falta de percepção para as necessidades visuais que os usuários e as tarefas exigem. Tendo observados os diversos problemas nas salas da Universidade, foi desenvolvido um novo projeto de iluminação utilizando uma tecnologia ecológica e de maior eficiência, os LEDs, visando não apenas atender as especificações das normas, como também proporcionar conforto e uma melhora do rendimento no ambiente acadêmico. Durante a execução do projeto entrou em vigor a nova Norma Brasileira ISO/ CIE , que especifica os requisitos de iluminação para locais de trabalho e para que as pessoas desempenhem tarefas visuais de forma eficiente com conforto e segurança, cancelando e substituindo as normas NBR 5413 Iluminância de Interiores e a NBR 5382 Verificação de iluminância de interiores. Essa norma traz a inclusão de um importante requisito qualitativo que é o controle do nível de desconforto por ofuscamento. Esse requisito não pôde ser avaliado seguindo as especificações da norma devido ao fato dos catálogos de luminárias ainda não apresentarem essas informações, entretanto para se obter o controle do ofuscamento no projeto, foram utilizadas luminárias que atendiam a esse critério. Outra dificuldade encontrada foi à falta de opções de luminárias pendentes para as salas de circuitos, pois a estrutura do ambiente exige uma iluminação mais próxima ao plano de trabalho e com maior controle de ofuscamento e a maioria das luminárias comerciais disponíveis são para áreas industriais. A substituição do sistema de iluminação atual pela tecnologia LED, atendeu as exigências do projeto, devido a melhora da qualidade da iluminação com a redução da potência instalada e dos custos com energia elétrica, tornando o sistema

136 133 energeticamente eficiente. Porém, para as salas de circuitos não houve redução da potência e consequentemente dos custos, pois o nível de iluminância se encontrava com menos da metade do valor recomendado pela norma e para suprir essa discrepância foi necessário um acréscimo substancial de luminárias nos ambientes. Apesar das lâmpadas LED suprirem as necessidades, o uso destas tornou o projeto inviável, pois a utilização de mais luminárias, para garantir a iluminância ideal, não compensou o fato de elas consumirem menos energia. Além disso, devido ao elevado custo dessa tecnologia, não se obteve um retorno de investimento em um prazo considerável.

137 FLUXOGRAMA Projeto Luminotécnico Estudos dos conceitos e grandezas luminoténicas Estudos dos LEDs e equipamentos de iluminação Levantamentos das caracteristicas fisicas dos ambientes, equipamentos instalados consumo energético atual e atividades desenvolvidaes no local Determinação do objetivo da iluminação efeitos em função das atividades desenvolvidas Análise dos fatores de influência na qualidade de iluminação Cálculo da Iluminação Geral Escolha da lampada/luminária adequada e quantidade de luminárias Simulação da nova iluminação Avaliação do consumo energético e custos do projeto

138 135 REFERÊNCIAS BOWERS, B. Historical review of artificiallght sources. IEE Proceedings, vol. 127, n. 3, April PINTO, Rafael Adaime. Projeto e implementação de lâmpadas para iluminação de interiores empregando diodos emissores de luz (LED s). Disponível em: < Acesso em: 20 abr Eletrobrás. Programas PROCEL. Disponível em: < Acesso em: 24 abr Portal Luimière. Retrofit de iluminação e ganhos de eficiência. Disponível em: < Acesso em: 24 abr Brasil.gov.br. Proibida produção nacional e importação de lâmpadas incandescentes de 150W e 200W. Disponível em: < em: 23 abr Empresa de pesquisa energética. Disponível em: < Acesso em: 22 abr Brasil.gov.br. Lâmpadas incandescentes devem ser retiradas do mercado até Disponível em: < Acesso em: 22 abr Philips. Lighting the clean revolution. Disponível em: < Acesso em: 20 abr Globo, G1. Brasil não vai mais produzir lâmpadas incandescentes. Disponível em: < Acesso em: 20 abr Instituto Nacional de Eficiência Energética, INEE. A Eficiência Energética e o Novo Modelo do Setor Energético. Disponível em: < Acesso em: 20 abr

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141 ANEXOS 138

142 ANEXO A LÂMPADA MASTER LEDTUBE 19 W 139

143 140

144 ANEXO B LUMINÁRIA CAC 10 - S 141

145 ANEXO C LUMINÁRIA LHT02-E DE SOBREPOR 142

146 ANEXO D LÂMPADA MASTER LEDTUBE 10 W 143

147 144

148 ANEXO E LUMINÁRIA CAC09-E 145

149 ANEXO F LUMINÁRIA LHT03-E 146