GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20

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1 O que é luz? Luz Princípios Gerais Luz é a radiação eletromagnética capaz de produzir sensação visual. Fonte de luz radiação eletromagnética diferentes comprimentos de onda sensibilidade do olho espectro visível (380 a 780 nm) 01/42 Ref.: C:\Documents and Settings\Heitor\Meus documentos\heitor\habitabilidade\2006 1\Aula20_Grandezas Fotométricas

2 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Sensibilidade Visual Luz Princípios Gerais depende: do comprimento de onda da luminosidade Menor comprimento de onda (violeta e azul) Maior intensidade de sensação luminosa com pouca luz Maior comprimento de onda (laranja e vermelho) Menor intensidade de sensação luminosa com pouca luz A curva de sensibilidade indica como varia a sensibilidade do olho humano aos diferentes comprimentos de onda. curva internacional de luminosidade espectral relativa ou curva de sensibilidade do olho a radiações monocromáticas visão escotópica (noturna): baixos níveis de luminância (0,001 cd / m 2 ) visão fotópica (diurna): altos níveis de luminância (> 3 cd / m 2 ) 02/42

3 Luz e cores Luz Princípios Gerais A aparência de um objeto é resultado da luz que incide sobre ele. LUZ BRANCA MAÇÃ VERMELHA REFLEXÃO porção vermelha do espectro ABSORÇÃO outros comprimentos de onda Composição das cores LUZ BRANCA 3 cores primárias VERMELHO VERDE AZUL 03/42

4 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Lâmpadas Incandescentes São as mais comuns; apresentam vida útil curta, mas têm custo inicial baixo. Funcionamento: produção de luz a partir da elevação da temperatura de um filamento de tungstênio, que se torna incandescente quando submetido à corrente elétrica. Tipos: comum, refletora, halógena. Tipos de Lâmpadas Vantagens: - tamanho reduzido; - funcionamento imediato; - não necessita equipamentos auxiliares (exceto halógenas); - IRC de 100%. Desvantagens: -baixa eficiência luminosa (muita dissipação de calor); - possibilidade de ofuscamento. 04/42

5 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Tipos de Lâmpadas Incandescente Comum apresenta-se em bulbo claro ou leitoso; a alta temperatura do filamento causa evaporação do tungstênio, que se deposita no bulbo, resultando na depreciação do fluxo luminoso; Incandescente comum bulbo claro vida útil curta (~ horas); custo inicial baixo, mas custo global alto (inicial + operação + manutenção). Incandescente comum bulbo leitoso 05/42

6 Incandescente Refletora Tipos de Lâmpadas Possui refletor interno parabólico ou elíptico para direcionamento da luz; esse direcionamento da luz que seria emitida para os lados e para cima, pode melhorar a eficiência do sistema. Incandescente refletora 06/42

7 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Halógena Com bulbo de quartzo, que suporta grandes temperaturas, a lâmpada halógena também possui filamento, mas trabalha em conjunto com um gás halogênio (iodo, cloro ou bromo). A função do gás é combinar-se com o tungstênio desprendido e redepositá-lo no filamento. Esse ciclo regenerativo que ocorre no interior do bulbo serve para evitar o escurecimento e prolongar a vida útil da lâmpada. Tipos de Lâmpadas A lâmpada halógena apresenta: depreciação menor do fluxo luminoso; maior eficiência; vida útil de aproximadamente horas; dimensões reduzidas. A maioria dos modelos funciona em 12V, necessitando transformadores. 07/42

8 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Halógena É apresentada nos modelos: Cápsula Palito Dicróica PAR AR Halógena Cápsula Tipos de Lâmpadas Halógena Palito Esses três últimos modelos são equipados com refletores dicróicos que refletem grande parte da radiação visível e transmitem aproximadamente 65% da radiação térmica para trás. Dicróica AR PAR 01/42

9 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Tipos de Lâmpadas Lâmpadas de Descarga Nessas lâmpadas o fluxo luminoso é gerado pela passagem de corrente através de um gás, ou de uma mistura de gases ou vapores, sem a existência de filamento. Funcionamento: a excitação de um gás contido entre dois eletrodos gera radiação ultravioleta que, ao atingir as paredes internas de um bulbo revestido de substância fluorescente, emite luz. Vantagens: boa eficiência luminosa, vida média alta. Desvantagens: requerem equipamentos auxiliares (reatores e starters). Tipos: fluorescente tubular fluorescente compacta vapor de mercúrio vapor de sódio multi-vapor metálico. 09/42

10 Fluorescentes Geralmente tubulares, são lâmpadas de descarga de baixa pressão que possuem um eletrodo em cada ponta. Utilizam dispositivos de partida: Reator que fornece alta voltagem inicial para começar a descarga e rapidamente limitar a corrente; Starter que proporciona a tensão necessária para a descarga inicial através de pulsações da corrente. Tipos de Lâmpadas São apresentadas em três tipos: fluorescentes tubulares fluorescentes compactas integradas fluorescentes compactas não integradas 10/42

11 Tipos de Lâmpadas Fluorescentes tubulares: - apresentam diâmetros de 16 a 33,5 mm - IRC 70 - boa eficiência luminosa (4 a 6X maior que as incandescentes) - vida média alta (6.000 a horas) - baixa luminância (menor possibilidade de ofuscamento). Fluorescentes compactas integradas: - apresentam bulbo compacto de diversos formatos - dispositivos de partida integrados - alta eficiência luminosa - IRC>80 - vida média alta (5.000 a horas). Fluorescentes Tubulares Fluorescentes Compactas Integradas 11/42

12 Tipos de Lâmpadas Fluorescentes compactas não integradas: - conexão com 2 ou 4 pinos - recomendadas para áreas comerciais onde a iluminação fica ligada por períodos muito longos - alta eficiência luminosa - IRC>80 - vida média alta (5.000 a horas). Fluorescentes Compactas Não Integradas 12/42

13 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Vapor de Mercúrio O vapor de mercúrio é submetido à alta pressão no interior de um tubo, que está contido no bulbo, ajudando a manter constante a temperatura da lâmpada. Tipos de Lâmpadas Características: - eficiência luminosa de 55 lm/w - IRC de 40 a 48% - cor branca-azulada - vida média alta (6.000 a horas) - potências elevadas Exigem equipamento auxiliar para funcionamento (exceto as mistas). Desvantagens: - custo inicial elevado - baixo IRC - tempo longo de acendimento 13/42

14 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Vapor de Mercúrio Mista: consiste na mesma lâmpada de bulbo fluorescente, mas com o tubo de descarga ligado em série a um filamento de tungstênio, que age como reator, dispensando o emprego deste e permitindo que a lâmpada seja ligada diretamente à rede (opera em 220V). Lâmpada de Vapor de Mercúrio Tipos de Lâmpadas - IRC de 60 a 63% - cor amarela - eficiência de até 22 lm/w. Lâmpada Mista 14/42

15 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Tipos de Lâmpadas Vapor de Sódio Pode ser de baixa ou de alta pressão. - necessita equipamento auxiliar (reator e ignitor) - longa vida média (6.000 a horas) - longo tempo de acendimento. Baixa pressão: o tubo de descarga interno contém sódio e uma mistura de gases inertes (neônio e argônio) com os eletrodos nas extremidades. Emite radiação monocromática amarela e possui elevada eficiência luminosa (160 a 180 lm/w). Alta pressão: o tubo de descarga interno contém um excesso de sódio. Emite radiação de tonalidade alaranjada, tem eficiência luminosa de 130 lm/w e IRC<25. Lâmpadas de Vapor de Sódio 15/42

16 Tipos de Lâmpadas Multi-Vapor Metálico Possuem tubo de descarga cerâmico ou de quartzo (dependendo do modelo) preenchido com mercúrio de alta pressão e uma mistura de vapores, com a adição de sódio e tálio para correção da cor e da descarga do tubo. Características: - necessitam equipamento auxiliar (reator e ignitor) - IRC de 75 a 96% - baixo consumo - alta eficiência - diversidade de formatos e potências. Modelos de Lâmpadas de Multi-Vapor Metálico 16/42

17 Grandezas e Conceitos Fluxo Luminoso (Φ) unid.: lúmen (lm) É a quantidade total de luz emitida por uma fonte. Intensidade Luminosa (I) unid.: candela (cd) É o Fluxo Luminoso emitido por uma fonte numa determinada direção. Fluxo Luminoso Intensidade Luminosa 17/42

18 Curva de Distibuição Luminosa (CDL) unid.: candela (cd) É a representação da Intensidade Luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano. Grandezas e Conceitos Curva de Distribuição de Intensidades Luminosas para uma lâmpada fluorescente isolada (A) ou associada a um refletor (B) 18/42

19 Grandezas e Conceitos Iluminância (E) unid.: lux (lx) É a quantidade de luz que atinge uma unidade de área de uma superfície por segundo. Indica o fluxo luminoso que incide sobre uma superfície situada a uma certa distância da fonte de luz, e também a relação entre a intensidade luminosa e o quadrado da distância. E = Φ A E = I d 2 Na prática, é a quantidade de luz num ambiente. Iluminância 1 lux = 1 lúmen / m 2 É medida com o auxílio de um luxímetro. 19/42

20 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Grandezas e Conceitos Luminância (L) unid.: candela por metro quadrado (cd/m 2 ) É a Intensidade Luminosa que atinge o observador, refletida por uma superfície ou por uma fonte de luz, numa determinada direção. Ou seja, é a Intensidade Luminosa que emana de uma superfície, pela sua superfície aparente. Luminância 20/42

21 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Grandezas e Conceitos Luminância (L) unid.: candela por metro quadrado (cd/m 2 ) L = I A. cos α L = ρ. E π I Intensidade Luminosa (cd) A Área projetada (m 2 ) α Ângulo considerado (graus) ρ Refletância ou coeficiente de reflexão E Iluminância sobre a superfície (lx) Representação da Superfície Aparente e do Ângulo considerado para o cálculo da Luminância 21/42

22 Eficiência Energética (ηω) unid.: lúmen por watt (lm / W) Características das Lâmpadas e Acessórios É calculada pela divisão entre o Fluxo Luminoso emitido (lm) e a Potência consumida pela lâmpada (W). 22/42

23 Temperatura de Cor (T) unid.: Kelvin (K) Expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte. Quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz. Características das Lâmpadas e Acessórios Não tem vinculação com a eficiência energética da lâmpada, não sendo válida a impressão de que quanto mais clara a lâmpada, mais potente. Temperatura de Cor 23/42

24 Características das Lâmpadas e Acessórios Índice de Reprodução Cromática (IRC) Quantifica a fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma determinada fonte de luz. IRC = 70 / 85 / 100 O IRC não tem relação com a Temperatura de Cor. 24/42

25 Características das Lâmpadas e Acessórios Fator de Fluxo Luminoso (BF) unid.: porcentagem (%) Como a maioria das lâmpadas de descarga opera em conjunto com reatores, o fluxo luminoso emitido por elas depende do desempenho dos reatores. O Fator de Fluxo Luminoso determina qual será o fluxo luminoso emitido pela lâmpada. BF = Fluxo Luminoso Obtido Fluxo Luminoso Nominal Exemplo: Uma lâmpada fluorescente de 32W, com Fluxo Luminoso de lm utilizando um reator com BF=1,1: Fluxo Luminoso Obtido = lm utilizando um reator com BF = 0,9: Fluxo Luminoso obtido = lm Quanto maior o Fator de Fluxo Luminoso, maior será a energia consumida pelo reator. 25/42

26 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Fatores de Desempenho Eficiência da Luminária (η L ) Eficiência do Recinto (η R ) ou Rendimento da Luminária Como as lâmpadas são geralmente instaladas em luminárias, o fluxo luminoso final é menor que o irradiado pela lâmpada. Isso se dá devido à absorção, reflexão e transmissão da luz pelos materiais da luminária. Dependendo das qualidades físicas do recinto, o Fluxo Luminoso irradiado por uma luminária poderá se propagar com maior ou menor facilidade, devido às características de reflexão e absorção dos materiais e da trajetória até o plano de trabalho. η L = Fluxo Luminoso da luminária Fluxo Luminoso da lâmpada Valor normalmente indicado pelos fabricantes das luminárias Valor tabelado fornecido pelos fabricantes de luminárias, e relacionado aos Coeficientes de Reflexão do teto, paredes e piso, e ao Índice do Local. 26/42

27 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Índice do Local (K) ou Índice do Recinto É a relação entre as dimensões do local, e é dado por: Iluminação Direta: K = a. b h. (a + b) Fatores de Desempenho Iluminação Indireta: K = 3. a. b 2. h. (a + b) a comprimento do recinto b largura do recinto h pé-direito útil h altura do teto ao plano de trabalho Pé-direito útil é o valor do pé-direito total do recinto (H), menos a altura do plano de trabalho (hpl tr), menos a altura do pendente da luminária (hpend). Isto é, a distância real entre a luminária e o plano de trabalho. 27/42

28 Fator de Utilização (Fu) Avalia o Fluxo Luminoso Final que incidirá sobre o plano de trabalho. Indica, portanto, a Eficiência Luminosa do conjunto lâmpada, luminária e recinto. Fu = η L. η R Fatores de Desempenho Alguns catálogos fornecem tabelas de Fator de Utilização para suas luminárias. Estas tabelas, apesar de serem semelhantes às de Eficiência do Recinto, apresentam valores que não precisam ser multiplicados pela Eficiência da Luminária. Cada tabela é específica para uma luminária e já considera a perda na emissão do Fluxo Luminoso. η L Eficiência da Luminária η R Eficiência do Recinto Tabela de Fator de Utilização de uma luminária Teto / Parede / Piso 28/42

29 Fatores de Desempenho Fator de Depreciação (Fd) Ao longo da vida útil da lâmpada ocorre uma diminuição do fluxo luminoso emitido, devido à depreciação normal do fluxo da lâmpada e devido ao acúmulo de poeira sobre a lâmpada e o refletor. O Fator de Depreciação deve ser considerado no cálculo para que não haja uma diminuição do nível de Iluminância Média ao longo da vida útil da lâmpada. 29/42

30 Projeto de Iluminação Um projeto de iluminação pode ser resumido em: Escolha da lâmpada e da luminária mais adequada Cálculo da quantidade de iluminação Disposição das luminárias no recinto Cálculo de viabilidade econômica 30/42

31 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Aspectos a serem considerados no Projeto de Iluminação a função do ambiente e o nível de iluminação necessário para realização das tarefas Quanto maior a exigência visual da tarefa a ser realizada, maior deve ser o nível de Iluminância Média (NBR 5413). a forma e as dimensões físicas do ambiente a disposição do mobiliário e da estrutura os materiais e cores empregados nos acabamentos e mobiliário o índice de reprodução de cores as características e o posicionamento de lâmpadas e luminárias a limpeza e manutenção do ambiente 31/42

32 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Aspectos a serem considerados no Projeto de Iluminação a ausência de ofuscamento O ofuscamento gera uma redução na capacidade de visualização dos objetos e desconforto visual. Pode ser de dois tipos: - Ofuscamento Direto: ocorre pela visualização direta da fonte de luz (lâmpada ou luminária). Pode ser neutralizado pela utilização de aletas ou difusores nas luminárias -Ofuscamento Indireto: ocorre quando a reflexão da luz sobre o plano de trabalho atinge o campo visual. Pode ser causado pelo excesso de luz no ambiente ou pelo mau posicionamento das luminárias. 32/42

33 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Aspectos a serem considerados no Projeto de Iluminação a uniformidade da iluminação Diferenças muito grandes entre as luminâncias dos diferentes planos podem causar fadiga visual. Para que esse desconforto seja evitado, é recomendado que: -as luminâncias de piso, parede e teto estejam na proporção de 1:2:3; - e que o plano de trabalho apresente, no mínimo, 1/3 da iluminação da tarefa. 33/42

34 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Método de Lúmens: É o cálculo da iluminação global a partir da determinação do iluminamento médio do plano de trabalho. Calcula o fluxo luminoso necessário. Dados pré-cálculo - Local - Atividades - Objetivos Iluminação - Dimensões Físicas do Recinto - Materiais de Construção e Equipamentos (teto, parede, piso, mobiliário) 34/42

35 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Cálculo do Fluxo Luminoso Necessário 1º - Determinação da Iluminância Média (E) requerida no plano de trabalho É função do tipo de atividade visual a ser exercida no ambiente. (NBR 5413) 35/42

36 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens 2º - Cálculo do Índice do Local (K) ou Índice do Recinto Depende das dimensões do recinto. K = a.b h. (a + b) a comprimento do ambiente (m) b largura do ambiente (m) h pé-direito útil (m) distância da fonte de luz ao plano de trabalho 36/42

37 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens 3º - Determinação do Fator de Utilização (Fu) É definido a partir de tabela que relaciona o índice do local e os fatores de reflexão (ρ) do teto, paredes e piso. Cruzar o valor do índice do local (K) com os índices de refletância do ambiente. O primeiro algarismo do cabeçalho indica a reflexão do teto O segundo algarismo, a reflexão das paredes O terceiro algarismo, a reflexão do piso Os números 10, 20, 30, 50, 70 e 80 indicam a porcentagem de reflexão das superfícies escuras, médias, claras e brancas. Considerando um local com teto claro e paredes e piso escuros, obtém-se refletâncias de números 511 ou, /42

38 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Coeficiente de Reflexão de alguns materiais e cores (Tabela de Refletâncias) 38/42

39 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens 4º - Fator de Depreciação (Fd) Com esses dados é possível determinar o Fluxo Luminoso (Φ) necessário no ambiente: E Iluminância média requerida no plano de trabalho (lx) Φ = E. A A Área do recinto (m 2 ) Fu. Fd Fu Fator de Utilização Fd Fator de Depreciação de serviço da luminária 39/42

40 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Cálculo do Número de Luminárias Com o valor do fluxo luminoso necessário pode-se, então, calcular o número de luminárias e o número de lâmpadas N = Φ Φ lum Φ lum = Φ lâmp. n N número de luminárias Φ Fluxo Luminoso total (lm) Φ lum Fluxo Luminoso da luminária Φ lâmp Fluxo Luminoso da lâmpada n número de lâmpadas 40/42

41 GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Também é possível fazer apenas um cálculo para determinar o número de luminárias, a partir da fórmula: N número de luminárias N = a. b. E Φ lum. Fu. Fd a Comprimento do local (m) b Largura do local (m) Φ lum Fluxo Luminoso da luminária (lm) Fu Fator de Utilização (%) Fd Fator de Depreciação (%) 41/42

42 Cálculo de Iluminação Geral Método de Lúmens Distribuição das Luminárias O espaçamento entre luminárias depende de sua altura em relação ao plano de trabalho (altura útil) e da sua distribuição de luz. Esse valor situa-se entre 1X e 1,5X a altura útil, em ambas as direções. O espaçamento até as paredes corresponde à metade desse valor. 42/42