Capítulo 02 - Cálculo luminotécnico apresentação das grandezas luminotécnicas, fórmulas e levantamentos de dados:

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA Capítulo 02 - Cálculo luminotécnico apresentação das grandezas luminotécnicas, fórmulas e levantamentos de dados: Informações Luminotécnicas Relevantes(Fonte site EMPALUX): Intensidade Luminosa: É a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em uma determinada direção. Utilizada em lâmpadas refletoras, onde a intensidade luminosa está ligada ao ângulo do fecho. Unidade: Candelas - Cd Símbolo: I Fluxo Luminoso: É a quantida de de luz emitida por uma lâmpada em todas as direções. Unidade: Lumem Im Símbolo: O Iluminância: É o fluxo luminoso que incide em uma área, ou seja, a quantidade de luz que chega a um ponto. Unidade: Lux Símbolo: E

2 Eficiência Luminosa: É a relação entre o fluxo luminoso emitido pela lâmpada e a potência consumida. Unidade: Lumem/Watt - lm/w Símbolo: n Índice de Reprodução de Cor (IRC): É a relação entre a cor real de um objeto ou superfície e a aparência percebida diante de uma fonte luminosa. Esse índice varia de 0 a 100%, sendo que, quanto mais próximo de 100%, maior a fidelidade e precisão das cores dos objetos. Temperatura de Cor: É a aparência cromática da luz emitida por determinada fonte luminosa. Quanto mais alta a temperatura de cor, mais branca é a tonalidade da luz emitida. Unidade: Kelvin Símbolo: K

3 Vida útil: É a expectativa de durabilidade de uma fonte luminosa. A maior parte das normas internacionais atualmente considera que o término da vida útil de uma fonte luminosa ocorre quando a mesma atinge 70% do fluxo luminoso (LM70). Bases: Atualmente existe no mercado um grande número de lâmpadas com diferentes tipos de base. O código E27 (base das Lâmpadas Incandescentes e Fluorescentes Compactas, por exemplo) significa base tipo Edson, com 27 milímetros de diâmetro. A Empalux adota alguns desses modelos, de acordo com os diagramas e códigos abaixo.

4 Métodos de cálculos luminotécnicos: Método dos lumens O método dos lúmens é o método mais simples de cálculo e fornece um resultado numérico único da iluminância a ser obtida no ambiente em função dos equipamentos especificados e das características do ambiente ou da quantidade necessária de equipamentos em função da iluminância desejada. Para início dos cálculos é necessário o levantamento das características da instalação: Características construtivas da instalação dimensões dos ambientes e classificação de acordo com uso para determinação da iluminância requerida conforme a norma ABNT NBR 5413 (Atual NBR ISO_CIE 8995_1).

5 Refletâncias das superfícies teto, paredes, piso. Frequência de manutenção e condições de limpeza do ambiente para estimar o fator de manutenção (FM) ou fator de perdas luminosas (FPL). Etapa 1 Cálculo do Índice do local (K) O Índice do local (K) é uma relação definida entre as dimensões (em metros) do local. É definida pelas fórmulas: Iluminação direta: c = comprimento do ambiente l = largura do ambiente h = altura de montagem h = distância do teto ao plano de trabalho pd = pé-direito hs = altura de suspensão da luminária ht = altura do plano de trabalho

6 Etapa 2 Definição dos equipamentos para cálculo A definição dos equipamentos deve levar em consideração as características fotométricas das luminárias, o desempenho das lâmpadas e as características elétricas dos equipamentos auxiliares. As principais características a serem consideradas são: Luminárias curva de distribuição de intensidade luminosa, rendimento, controle de ofuscamento; Lâmpadas eficiência luminosa (lm/w), fluxo luminoso, vida útil, depreciação luminosa; Equipamentos potência consumida, fator de potência, fator de fluxo luminoso. É recomendado, sempre que possível, o emprego de equipamentos mais eficientes e adequados às atividades desenvolvidas, pois quanto mais eficiente for o conjunto luminária-lâmpada-equipamento auxiliar maior será a economia de energia obtida no sistema de iluminação proposto, no projeto. Etapa 3 Determinação do Fator de Utilização (Fu) O Fator de Utilização (Fu) é dado em tabelas fornecidas pelos fabricantes de luminárias e indica o desempenho da luminária no ambiente considerado no cálculo. Para determinar o Fator de Utilização, basta cruzar o valor do Índice do Local (K) calculado anteriormente (dado na horizontal) com os dados de refletância das superfícies do teto, da parede e do piso (dado na vertical). Cada luminária possui uma tabela de fator de utilização distinta, que dependerá do tipo de material empregado na fabricação e no desempenho fotométrico do produto. Assim, este dado deve ser solicitado ao fabricante de luminárias. Figura 02: Exemplo para determinação do Fator de Utilização em luminárias.

7 Etapa 4 Determinar o fator de manutenção( Depreciação das luminárias) - Fdl A iluminância diminui progressivamente durante o uso do sistema de iluminação devido às depreciações por acúmulo de poeira nas lâmpadas e nas luminárias, à depreciação dos materiais da luminária, ao decréscimo do fluxo luminoso das lâmpadas e à depreciação das refletâncias das paredes. O dimensionamento dos sistemas de iluminação deve considerar um fator de manutenção (FM) ou fator de perdas luminosas em função do tipo de ambiente e de atividade desenvolvida, do tipo de luminária e da lâmpada utilizada e da frequência de manutenção dos sistemas. A Tabela 1 sugere valores de fatores de manutenção conforme período de manutenção e condições do ambiente. Valores mais precisos, conforme tipo de luminária e lâmpadas, podem ser obtidos em publicações da CIE e/ou por fabricantes de luminárias. Para reduzir a depreciação da luminária, deve-se adotar uma manutenção periódica dos sistemas: limpeza de lâmpadas e de luminárias e substituição programada de lâmpadas. Etapa 5 Dimensionamento O cálculo do fluxo luminoso total necessário para um determinado ambiente obedece a seguinte fórmula: Em que : Ψt= Em*A Fu*Fdl Ψt: fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas em lumens (lm); Em: iluminamento médio requerido pelo ambiente a iluminar em lux (lx) NBR ISO_CIE 8995_1 A: área do ambiente (m2) Fu: fator de utilização, através do cálculo de K(índice do local), utilizar tabela do fabricante da luminária; Fdl: fator de depreciação do serviço da luminária (tab.i). Quanto o número de luminárias, pode ser calculada pela fórmula: Onde: Nlu= Ψ t. Nla*Ψl Nlu: número de luminárias Ψt: fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas em lumens (lm); Nla: número de lâmpadas por luminárias; Ψl: fluxo luminoso emitido por uma lâmpada em lumens (lm); Etapa 7 Distribuição das luminárias O espaçamento que deve existir entre as luminárias depende de sua altura útil, que por sua vez pode conduzir a uma distribuição adequada de luz. A distância máxima entre os centros das luminárias deve ser de 1 a 1,5 da sua altura útil. O espaçamento da luminária a parede deve corresponder a metade deste valor ou seja:

8 Níveis de iluminância recomendados pela NBR ISO_CIE 8995_1

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10 Exercícios Resolvidos: 01) Considere um galpão industrial com dimensões de 12x17 mts (larg.xcompr.) e pé direito de 7,5 mts., destinado à fabricação de peças mecânicas. Sabe-se que o teto é branco, as paredes claras e o piso escuro. Determinar o número de luminárias necessárias para o tipo de atividade. Considere a utilização de lâmpadas de descarga alta pressão do tipo vapor de de mercúrio 400W. Resol.: 1) Primeiramente vamos calcular o índice do local K: = ( ) = ( ) =1,17 2) Definições sobre o equipamento a ser utilizado: Por se tratar de um ambiente industrial utilizaremos uma luminária fechada tipo chapéu, com corpo pendente e porta equipamentos, serão utilizados reatores de alto fator de potencia para uso interno e lâmpadas de descarga tipo vapor de mercúrio marca Philips, HPLN-400W soquete E40. A instalação da luminária até a altura do ponto de trabalho considerado de 0,8 mts. será a 6,0mts. Dados da lâmpada Philips vapor de mercúrio HPLN-400W 3) Determinação do fator de Utilização (Fu): Consideraremos a utilização de uma luminária de fabricação Philips mod. HDW502

11 Dados do fabricante (Fonte Philips): Podemos observar que o valor do índice do local K calculado para a área a ser iluminada não está presente na tabela da luminária, isto normalmente ocorre, mas é possível realizar o cálculo da fração entre os valores mostrados na tabela do fabricante, neste caso, especificamente o valor fica entre os valores de 1.00 e 1.25, realizemos o cálculo da proporção:,,,,, 4) Fator de manutenção (Depreciação das luminárias): De acordo com a tabela I, consideraremos uma utilização em área normal para 7.500Hrs. logo o fator de manutenção Fdl= 0.8 5) Dimensionamento do fluxo luminoso total e do número de luminárias: Devemos considerar o tipo de utilização do ambiente e consultar a norma para a definição da quantidade de iluminância media no ambiente de acordo com o tipo de trabalho: De acordo com a norma consideraremos que a iluminância média no local deverá ser de 500 lx. Logo:

12 Ψt= Em*A = 500*204 = lúmens Fu*Fdl 0,58*0,8 O número de luminárias aproximadas será de: Nlu= Ψ t. = = 9,99 Nla*Ψl 1*22000 Analisando os dados calculados chegamos a conclusão de que serão Necessários pelo menos 10(dez) luminárias para atender a área solicitada: 2) Considerando um ambiente de escritório com as seguintes características: Comprimento: 12,0 m; Largura: 8,0 m; Pé-direito: 2,75 m; Altura do plano de trabalho: 0,75 m; Teto de gesso pintado na cor branca; paredes na cor amarela clara e piso cinza escuro; Condições do ambiente limpo, manutenção periódica a cada dois anos, com uso do ambiente de 10 horas/dia, em dias úteis; Necessita-se de uma iluminação eficiente para uso com telas de computador. Dimensione a quantidade de luminárias adequadas e faça sua distribuição. Etapa 1 Cálculo do índice do local (K) Dadas as dimensões, calcula-se o K pela fórmula: Etapa 2 Definição dos componentes

13 A escolha dos equipamentos tem como premissa alto desempenho energético e atendimento às características de uso de escritório. Assim, escolheu-se uma luminária de embutir com alto rendimento para lâmpadas fluorescentes T5. A seguir é mostrada a luminária escolhida e seus dados fotométricos. Foram escolhidas lâmpadas T5 de 14 W, com lm por lâmpada, e reatores eletrônicos com alto fator de potência. Etapa 3 Determinação do Fator de Utilização (Fu) Para determinação do fator de utilização (Fu), devem ser interpolados os valores da tabela de fator de utilização para as refletâncias: Teto 70%, Paredes 50% e Piso 10%, conforme a cores do ambiente.,,, =,,

14 U = 0,67 Etapa 4 Determinar o Fator de Manutenção (Fdl) Considerando o ambiente normal e manutenção periódica a cada dois anos, com uso do ambiente de 10 horas/dia, em dias úteis, obtém-se um intervalo de manutenção de aproximadamente horas. Pela Tabela 1, pode-se considerar um fator de manutenção igual: Fdl=0,85 5) Dimensionamento do fluxo luminoso total e do número de luminárias: Devemos considerar o tipo de utilização do ambiente e consultar a norma para a definição da quantidade de iluminância media no ambiente de acordo com o tipo de trabalho: De acordo com a norma consideraremos que a iluminância média no local deverá ser de 500 lx. Logo: Ψt= Em*A = 500*96 = ,50 lúmens Fu*Fdl 0,67*0,85 O número de luminárias aproximadas será de: Nlu= Ψ t. = ,50 = 16,20 unid. Nla*Ψl 2*2600 Analisando os dados calculados chegamos a conclusão de que serão Necessários pelo menos 16,2 luminárias para atender a área solicitada. No entanto com os devidos arredondamentos para um valor inteiro, vemos que por se tratar de uma área retangular a disposição de luminárias de número impar ficaria descentralizada e não homogênea, por isso optaremos em utilizar 18(dezoito) luminárias assim distribuídas:

15 EXERCÍCIOS: 1) Considere um galpão industrial com dimensões de 15x40mts (larg.xcompr.) e pé direito de 8,0 mts. Altura de trabalho de 0,8mts., destinado ao depósito de insumos e produtos acabados. Executar o projeto luminotécnico para esta área. Considere a utilização de lâmpadas de descarga alta pressão do tipo vapor metálico de 250W e luminárias pendentes tipo industrial e um índice de iluminância de no mínimo 300lux. RESOLUÇÃO:

16 2) Realizar um projeto luminotécnico para uma sala de curso técnico de 100 alunos com as seguintes dimensões 20x15mts. Com pé direito de 3 metros, altura de trabalho de 0,8mts. Considerar a utilização de luminárias de sobrepor com lâmpadas fluorescentes T5 de 28W com duas lâmpadas por luminária e reator eletrônico de alto fator de potencia: Dados da luminária: 3) Realizar um projeto luminotécnico para uma loja cujas dimensões são 40x15mts. Com pé direito de 4,5mts. Considerar a altura de trabalho de 1,0metro utilizar luminárias de embutir dotadas com 02 lampadas tipo T5 de 28W:

17 Uso do software de dimensionamento luminotécnico INTRALLUX : Apresentaremos agora um software específico para dimensionamentos de ambientes internos e com o uso de lâmpadas fluorescentes T8/T10 e T5 do fabricante INTRAL. Os próximos passos demonstrarão os dados de alimentação para um corrente dimensionamento e interpretação dos resultados. 1ª.) Janela fornecimentos dos dados do projetista, cliente e da empresa que estará fornecendo o projeto: Após a aplicação partiremos para o selecionamento do tipo de luminária a ser utilizada no projeto, do tipo T8/T10 de embutir ou sobrepor, ou do tipo T5 de embutir ou sobrepor, observe que dependendo do modelo e tipo de luminária pode-se ter de uma a quatro lâmpadas por luminária. Ao selecionar o modelo da luminária uma foto da mesma e as características ficam em evidencia:

18 O próximo passo é alimentar os dados do ambiente a ser projetado, como dimensões, altura de trabalho, níveis de iluminação, tipo de utilização: O primeiro campo a ser preenchido, o projetista deve informar o fator de depreciação da luminária de acordo com o ambiente e confirmar os dados da luminária selecionada como numero de lâmpadas e fluxo luminoso de cada lâmpada:

19 O segundo campo a ser preenchido o projetista deve informar as dimensões do local, e a altura do plano de trabalho; O terceiro campo a ser preenchido é o mais importante pois indica o nível de iluminância média requerida pelo local de acordo com a norma, neste caso existem alguns valores já pré determinados, mas recomendo a colocação do nível manualmente pois com as últimas mudanças de valores nas atualização das normas técnicas os valores pré determinados podem não estar totalmente corretos Observe que o nível de iluminação interfere diretamente lógico, na quantidade de luminárias. Isto não significa que o nível de iluminação média pretendido foi atingido, seguindo o indicado continuemos nossos dimensionamentos, a primeira janela a esquerda do programa mostra um esquema de distribuição de luminárias prévio, assim observamos a distribuição homogênea;

20 Na janela imediatamente abaixo concluímos as definições dos parâmetros indicando a orientação de instalação da luminária e a possível rotação em 90º em seu eixo longitudinal, e o possível rebaixamento de instalação do mesmo caso esta não seja embutida, mas instalada abaixo do forro ou laje cujo pé direito estará indicado acima. Na parte lateral concluímos a alimentação dos dados indicado o índice de refletância do ambiente, sendo os valores padrões para as áreas limpas já pré definidas. Em seguinda selecionar APLICAR, na seqüência aparecerá uma solicitação das dimensões da grade de dimensionamento, esta grade é definida pelo usuário, é o espaço que deverá ser levado em conta no cálculo luminotécnico, como padrão é 1mt.x1mt. mas para áreas maiores podem ser levado em conta valores maiores, sempre iguais. Quanto menor as dimensões mais dados serão mostrados nos resultados, uma vez definido selecionar APLICAR:

21 Analisando o resultado acima vemos à esquerda os resultados luminotécnicos quadro a quadro, como a opção do quadrado foi de 1x1mt. Observe o congestionamento de dados, aumentaremos o valor do quadrado de cálculo para 3x3mts. pois a área do cálculo é consideravelmente grande e obtemos os seguintes resultados:

22 O resultado obtido fica mais claro, à esquerda podemos ver o esquema de distribuição das luminárias no ambiente, bem como o valor calculado da iluminância em determinados pontos, na coluna à direita vemos os dados do projeto finalizado, observe que o valor da iluminância média é o primeiro valor indicado, os demais valores são o valor mínimo o máximo calculados ponto a ponto, bem como a quantidade de luminárias e a forma de distribuição. O quadro em destaque são utilizados para a apresentação das curvas luminotécnicas, que se apresentam em projetos luminotécnicos avançados, os valores definem os limites das curvas isométricas:

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