Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus de Cornélio Procópio ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA: ENGENHARIA DE ILUMINAÇÃO PROJETO - PARTE B

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1 Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus de Cornélio Procópio ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA: ENGENHARIA DE ILUMINAÇÃO PROJETO - PARTE B Prof. Me. Marco Antonio Ferreira Finocchio CORNÉLIO PROCÓPIO JANEIRO DE 2014

2 2 SUMÁRIO 1. PROJETO LUMINOTÉCNICO CÁLCULO DA ILUMINAÇÃO INTERNA ROTEIRO DE CÁLCULO PARA O MÉTODO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ESPECIAL DE EMERGÊNCIA 20 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PROJETO LUMINOTÉCNICO Para que se obtenha uma iluminação de qualidade, esta deve ser planejada obedecendo a critérios técnicos. Sabendo-se que a concepção do ambiente é um dado fundamental para a qualidade da iluminação, o arquiteto e o luminotécnico devem trabalhar em conjunto desde as fases iniciais do projeto arquitetônico. Um projeto de iluminação de qualidade pode ser caracterizado pelos seguintes aspectos: Nível de iluminamento adequado ao tipo de atividade; Redução ou total eliminação de ofuscamentos; Distribuição harmoniosa das iluminâncias no ambiente; Jogo equilibrado de sombras; Cor do ambiente e das fontes de luz adequadas; Não geração de cargas térmicas indesejáveis; Proporcionar aos usuários do ambiente impressão de bem-estar e conforto. A quantidade e qualidade da iluminação de uma área de trabalho interna deverão ser baseadas no desempenho visual, no conforto e em critérios de economia de energia. Uma análise do ambiente a ser iluminado e a tarefa visual a ser executa, determinam a escolha do sistema de iluminação a ser usado e a posição e distribuição das luminárias. Existem quatro formas de se iluminar artificialmente um ambiente: Iluminação geral; Iluminação geral localizada; Iluminação local; Iluminação da tarefa/ambiente. Iluminação geral Sistemas de iluminação geral proporcionam uma iluminação uniforme sobre toda a área do plano de trabalho de um ambiente. São sistemas nos quais a iluminação parte de luminárias fixadas regularmente no teto. Neste tipo de sistema toda a área de trabalho apresenta a iluminância de projeto. FIGURA 1.1 Iluminação geral.

3 3 Iluminação geral localizada Nos sistemas de iluminação geral localizada, as luminárias são colocadas para iluminar as regiões onde são realizadas as tarefas visuais e proporcionam uma iluminação de fundo para o resto do ambiente. Num sistema de iluminação geral localizada somente as áreas de tarefas apresentam o nível de iluminação de projeto. Iluminação local FIGURA 1.2 Iluminação geral localizada. Sistemas de iluminação local proporcionam iluminação sobre áreas relativamente pequenas e imediações (p.ex., uma lâmpada de escrivaninha). Para evitar problemas de ofuscamento e adaptação, este sistema é geralmente empregado em conjunto com um sistema de iluminação geral que fornece iluminação de fundo; no caso desta combinação, o sistema geral é chamado de sistema de iluminação de tarefa/fundo e o sistema local é chamado de sistema de iluminação suplementar. Iluminação tarefa/ambiente FIGURA 1.3 Iluminação local + tarefa/fundo. Sistemas de iluminação da tarefa/ambiente usam iluminação bem dirigida à tarefa visual, suplementada por uma iluminação indireta para produzir a iluminação de ambiente. Este sistema de iluminação é geralmente fixado diretamente na mobília ou partições internas e dispensam iluminação artificial no teto. FIGURA 1.4 Iluminação tarefa/ambiente.

4 VARIÁVEIS LUMINOTÉCNICAS A seguir são descritas as principais variáveis luminotécnicas a serem consideradas para a obtenção de uma iluminação adequada Nível de iluminação médio da tarefa Uma das primeiras etapas do projeto luminotécnico é a definição dos níveis de iluminação a serem obtidos nos ambientes em função das diferentes tarefas visuais. Durante muito tempo os sistemas de iluminação foram projetados de modo a economizar ao máximo a energia necessária para o seu funcionamento. No início do século XX os valores de iluminância recomendados oscilavam em torno de 2,5 a 35lux, valores muito inferiores aos atualmente utilizados. Com o desenvolvimento de fontes de luz de alta eficiência, os valores recomendados no momento chegam a ser de até 30 vezes ou mais os valores iniciais. O rendimento visual tende a crescer, a partir de 10 lux, com o logaritmo do nível de iluminamento até aproximadamente 1000 lux, ao mesmo tempo em que fadiga visual diminui sensivelmente, conforme pode ser visto na FIGURA 1.5. A partir deste ponto os aumentos de iluminância não acarretam em melhoras sensíveis no rendimento visual, começando a ocorrer um aumento na fadiga visual, logo, recomenda-se que os níveis de iluminamento para o desenvolvimento de tarefas visuais nunca ultrapassem a 2000 lux, exceto situações especiais tais como cirurgia e montagens na área de microeletrônica, onde os níveis recomendados chegam a lux. FIGURA 1.5 Variações no rendimento e na fadiga visual com variações na iluminância (Fonte: IIDA [1997]). Se antigamente a principal preocupação dos projetistas de iluminação era somente quantitativa, ou seja, sistemas de iluminação que fossem econômicos, hoje em dia esta tendência não se confirma. Cada vez mais os luminotécnicos procuram soluções que sejam energeticamente eficiente, mas que, principalmente, proporcione uma iluminação de qualidade, criando ambientes confortáveis, o que acarretará numa maior produtividade dos seus usuários. A iluminância média da tarefa é resultante da combinação de quatro elementos que determinam a quantidade de luz necessária para o desempenho de uma determinada tarefa visual: a cena visual (tarefa visual propriamente dita); a idade dos observadores; importância da velocidade e acuidade visual no desempenho visual; refletância da tarefa (do fundo no qual os detalhes são vistos).

5 5 A idade dos usuários de um sistema de iluminação afeta a fadiga visual. A medida que se envelhece, o poder de acomodação, para focalizar objetos próximos diminui devido ao endurecimento do cristalino. Quando jovem uma pessoa é capaz de focalizar um objeto a 10 cm de distância, sendo que esta distância é aumenta podendo chegar a 100 cm quando se atinge os 60 anos de idade. Além do endurecimento do cristalino, ocorre também como envelhecimento uma redução no diâmetro da pupila, diminuindo assim a quantidade de luz que penetra nos olhos. Para um mesmo nível de iluminamento, a quantidade de luz que penetra nos olhos de uma pessoa de 60 anos de idade é um terço da quantidade de luz que penetrará nos olhos de uma de 20 anos. Isto significa dizer que pessoas idosas necessitarão de quantidades de luz maior, a fim de evitar a fadiga visual Outro problema acarretado pelo envelhecimento e a velocidade e a precisão na discriminação de pequenos detalhes no campo visual, que começa a ser notada a partir dos 30 anos. Para solucionar estes problemas são recomendados níveis de iluminação mais elevados. Na escolha do nível de iluminamento devem ser levados em consideração também os aspectos relativos aos contrastes no ambiente. Quando não existe um contraste adequado entre o objeto observado e o fundo, este ficará camuflado, e não será perfeitamente visível. De um modo geral, quanto maior for a iluminância mais fechada a pupila ficará, o que melhora a acuidade visual. Como visto anteriormente, a partir de um certo nível de iluminação, o ganho em termos de desempenho visual não compensa o custo efetuado para obtê-lo. No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), através da norma NB-57 (NBR5413 REVOGADA), indica a iluminância a ser obtida para cada tipo de tarefa, em função da faixa etária do observador, da precisão requerida pela tarefa e da refletância de fundo. Como o número de tarefas visuais são ilimitadas, as atividades que não constam nesta norma poderão ter seu nível de iluminamento determinado através de outras que apresentem características semelhantes Distribuição espacial da luz (uniformidade) A aparência de um ambiente é valorizada quando suas características estruturais, os objetos e as pessoas são iluminados de maneira que as formas e as texturas fiquem claramente reveladas. A iluminação não deverá ser por demais direcional, o que provocaria sombras muito acentuadas, não devendo também ser muito difusa, para evitar a eliminação do efeito modelador do ambiente que é proporcionado pela luz. Os dois extremos de iluminação deverão ser evitados em locais de trabalho. A escolha e o posicionamento correto das luminárias têm uma importância determinante para a obtenção de uma iluminação que proporcione uma visão boa e agradável. Como regra geral, um ambiente de trabalho não deve apresentar zonas com diferenças muito acentuadas de nível de iluminação FIGURA 1.6; num local com distribuição das áreas de trabalho uniforme, a relação entre as iluminâncias não deve ser superior a 3:1. FIGURA 1.6 Recomendações quanto a uniformidade das iluminâncias. Tanto a ausência de sombras, que dificulta percepção espacial e o reconhecimento de detalhes, como contrastes de sombra marcantes são desaconselhados e devem ser corrigidos pela adequada implementação dos sistemas de iluminação descritos anteriormente (ver FIGURA 1.7).

6 Controle do ofuscamento FIGURA 1.7 Posicionamento das fontes de luz. Em virtude da aplicação de elevadas luminâncias, atualmente, existe a possibilidade da luminosidade da luminária se tornar excessiva, causando ofuscamento, trazendo problemas de desconforto e fadiga visual. Um controle neste sentido é relativamente fácil e muitas vezes indispensável. Este ofuscamento poderá ser direto ou refletido. Ofuscamento direto O ofuscamento direto poderá ser causado por uma luminária de grande intensidade luminosa no campo visual do observador. Este ofuscamento poderá se apresentar de duas maneiras, um inabilitador e outro desconfortável ou perturbador. Um ofuscamento é dito inabilitador quando uma fonte luminosa muito intensa está dentro do campo visual podendo causar até cegueira no observador (FIGURA 1.8). Já o ofuscamento perturbador é aquele que a fonte luminosa que se encontra dentro do campo visual causa desconforto, irritação e distração visual (FIGURA 1.9). FIGURA 1.8 Exemplo de ofuscamento inabilitador. FIGURA 1.9 Exemplo de ofuscamento desconfortável ou perturbador. (Fonte:LAMBERTS[1997]). Na iluminação de interiores o ofuscamento desconfortável é um problema maior do que o ofuscamento inabilitador e geralmente as medidas adotadas para controlá-lo conseguem simultaneamente resolver

7 7 também os problemas do ofuscamento inabilitador. Embora o ofuscamento perturbador não produza a incapacidade visual ele as vezes leva a uma grande fadiga visual. O grau de ofuscamento perturbador depende, primeiramente: da luminância das fontes de luz quando comparadas com a luminância geral do ambiente; do número e tamanho aparente das fontes de luz; e da posição das fontes no campo de visão. Existem vários sistemas de avaliação de ofuscamento, adotados por diversos países, podendo-se citar os seguintes: Sistemas de classificação do conforto visual (método Americano) Para avaliação dos problemas de ofuscamento os Estados Unidos da América e o Canadá utilizam um sistema de classificação do conforto visual para um dado sistema de iluminação interno. Este sistema baseia-se na porcentagem das pessoas que consideram visualmente confortável uma dada instalação quando vista do fundo da sala. Uma instalação é considerada sem ofuscamento se a probabilidade de conforto visual (PCV) for de, pelo menos, 70 %. Sistema de índices de ofuscamento (método Britânico) Na Grã-Bretanha, Países Escandinavos e África do Sul, o sistema de índices de ofuscamento IES, descrito no "British IES Tecnical Report l0", é usado para especificar e avaliar o grau de desconforto para a maior parte das áreas interiores de trabalho, para uma série de luminárias com distribuição de luz padronizada. Sistema de limitação de luminâncias (método Australiano) O "Australian Standard Code", para a iluminação artificial de edifícios, estabelece limites para a luminância média de uma luminária (ou lâmpada nua), dependendo das dimensões da sala e da altura de montagem acima do nível do olho. Esta é complementada por um número de ângulos empíricos de limitação de luz para luminárias de distribuição limitada. Sistema de curvas de luminância O sistema de curvas de luminância foi adotado pela CIE e é utilizado na Áustria, França, Alemanha, Itália e Holanda, e é considerado o mais simples e prático dos métodos, sendo também o mais comumente utilizado no Brasil. Por ser o mais utilizado no Brasil, ele será descrito a seguir. Este sistema é utilizado para verificar possíveis ofuscamentos causados por luminárias uniformemente distribuídas em um plano superior ao observador, como pode ser visto na FIGURA Este sistema mostra os limites de luminâncias para luminárias em diferentes classes de qualidade, numa faixa de ângulos críticos de 45 o a 85 o a partir da vertical. FIGURA 1.10 Verificação do ângulo de ofuscamento.

8 8 A faixa de ângulos críticos é entre 45 o e o ângulo λ para um observador situado no limite do ambiente. O ângulo λ é o ângulo entre a vertical e alinha do olho do observador até a fonte de luz mais distante. O máximo valor do ângulo λ é de 85 o. A limitação do ofuscamento direto é suficiente quando a luminância média de uma dada luminária na faixa de ângulos críticos não excede os valores especificados pelas curvas de limitação de um dos dois gráficos da FIGURA TABELA 1.1 Curva de luminância em função da iluminância e da classe da luminária. FIGURA 1.11 Curvas de limitação de luminâncias. Uma luminária é considerada como tendo lados luminosos quando tiver um lado luminoso com uma altura maior do que 30mm e é alongada quando a razão do comprimento contra a largura da sua superfície luminosa for maior que 2:1. As curvas cobrem uma escala graduada de valores de ofuscamento, representando classes de qualidade de A até E para diversos valores de iluminâncias práticas. As classes de qualidade das luminárias são definidas em função das diferentes necessidades de controle de ofuscamento para cada atividade e ambiente, tendo a seguinte definição:

9 9 Classe A: Qualidade muito elevada; Classe B: Qualidade elevada; Classe C: Qualidade média; Classe D: Qualidade baixa; Classe E: Qualidade muito baixa. Recomenda-se a utilização das classes de luminárias A e B para escolas, escritórios e hospitais. No caso de lojas, áreas de exposição, cinemas, teatros, igrejas, residências, hotéis as classes de luminárias B ou C são bem aceitas. Para se utilizar as curvas de limitação de luminâncias no controle de ofuscamento, deve-se considerar a distribuição de luminâncias da luminária nas direções longitudinal (90 o 270o) e transversal (0 o 90 o ) como pode ser visto na FIGURA 1.4. Este sistema é válido somente para ambientes cujas refletâncias sejam de no mínimo: 50% para o teto e 25% para as paredes, não ocorrendo ofuscamento quando as luminâncias da luminária estiverem (em todos os ângulos) à esquerda da curva limitante selecionada. Ofuscamento indireto: É provocado pela visão do reflexo da fonte de luz no plano da tarefa visual; pode inabilitar a visão principalmente por diminuição de contraste (ex., reflexo em telas de vídeo) e causar desconforto visual (reflexo em superfícies de trabalho polidas). Como medidas corretivas, além de se evitar acabamentos polidos e brilhantes nos ambientes de trabalho, recomenda-se verificar o posicionamento das luminárias com relação aos usuários e, em especial, a análise do diagrama fotométrico das luminárias para se proceder um controle da emissão de luz em determinados ângulos: superfícies horizontais - 0 a 30 ; superfícies verticais - > Distribuição das luminâncias Para um observador, localizado num ambiente, a luz torna-se significativa ao atingir objetos e superfícies; a luz refletida por estes na direção do olho do observador é que os tornam visíveis. Assim, a primeira causa de percepção visual é a luminância dos objetos e superfícies contidos no campo visual. Iluminância é a etapa anterior do processo de propagação da luz e serve para determinar as luminâncias. A distribuição harmônica de luminâncias, que contribui para um efeito agradável da iluminação, é conseguida com paredes (ρ>50%) e teto (ρ>70%) suficientemente claros. O piso não deverá ser muito escuro (ρ>20%) para evitar contrastes exagerados de luminâncias. O reconhecimento espacial de obstáculos, bem como o seu aspecto superficial, é ressaltado por um jogo adequado de sombras. A iluminação não deve, portanto, ser demasiadamente pobre em sombras. A profundidade das sombras (sombreamento) deve, no entanto, ser limitada. Os limites das sombras devem ser suaves. Sombras perturbadoras no objeto principal a ser visto, devem ser totalmente evitadas. Sombras com profundidade limitada são obtidas através de uma disposição regular dos pontos de luz com área suficientemente grande, como é o caso das luminárias de lâmpadas fluorescentes. A iluminação totalmente difusa (iluminação indireta), somente é recomendável em casos especiais, devido ao reduzido efeito de sombras. Nos planos de trabalho, a direção principal de incidência da luz deve vir de cima e da esquerda do plano.

10 10 A cor da luz artificial e a reprodução de cores, resultante de seu conteúdo espectral em conjunto com a pintura do recinto determinarão o clima de cores e o aspecto cromático dos objetos existentes no recinto. As cores de luz branco-neutras (TCC de 3.000K a 4.000K), resultarão num clima de cor neutro, não causando mistura desagradável da luz artificial com a luz natural. São, portanto, preferidas em ambientes de trabalho. As cores de luz branca luz do dia (TCC maiores que 5.000K), resultaram num efeito de cores semelhantes à luz solar, desde que o nível de iluminamento atinja 1000lux. As cores de luz brancomornas (TCC menores que 3.000K), causam um realce de tons alaranjados e vermelhos. São recomendadas para recintos de descanso, de preferência com níveis de iluminamento baixos. 2. CÁLCULO DA ILUMINAÇÃO INTERNA São três os métodos gerais mais usados para o cálculo da quantidade de luz num ambiente devido a fontes de luz artificiais e definição do número e distribuição das luminárias: método ponto a ponto; método da iluminância média (ou lumen ou fluxo total); método do fluxo transferido (ou radiosidade diferenças finitas). A escolha sobre qual dos três métodos deve ser utilizado deve ser baseada na complexidade das exigências de iluminação (distribuição das tarefas visuais e geometria do ambiente) e do tipo de sistema de iluminação escolhido. Os métodos ponto a ponto e da iluminância média oferecem técnicas da análise simplificadas que podem ser fácil e rapidamente empregadas, mas que envolvem uma certa perda na precisão final. Caso o objetivo seja garantir uma iluminação de projeto sobre toda a área do plano de trabalho, a iluminância média fornece uma avaliação razoável da situação em cada local. Em situações em que são utilizados sistemas de iluminação localizada para tarefas visuais específicas, o método ponto a ponto deve ser o empregado, que também é o adequado para a maioria das situações de iluminação externa. O método do fluxo transferido pode parecer demasiadamente complexo para situações simples, mas, sem dúvida, é o único método capaz de produzir resultados confiáveis no projeto de sistemas de iluminação complexos. Este método necessita do uso de computador para resolver as equações envolvidas. Atualmente no mercado internacional existem muitos programas de computador baseados neste método MÉTODO PONTO A PONTO É empregado principalmente na análise de fontes em ambientes de iluminação localizada e não uniforme (várias fontes irregularmente espaçadas contribuindo para iluminar uma determinada área). Leva em consideração apenas a componente direta da emissão de luz, a parcela refletida é desconsiderada. O nível de iluminamento em um determinado ponto poderá ser calculado pela EQUAÇÃO 1.7 quando o tamanho da fonte for muito pequeno quando comparado com a distância entre a fonte e o ponto considerado. Em situações em que isto não ocorre, outros procedimentos de cálculo deverão ser utilizados. Pode-se, então, considerar três tipos básicos de fonte: fontes puntiformes, fontes lineares e fontes superficiais.

11 Fontes puntiformes Uma fonte de luz (lâmpada ou luminária mais lâmpada) será considerada puntiforme se sua maior dimensão for menor que um quinto da distância entre a fonte e o ponto a ser iluminado. Para fontes puntiformes os níveis de iluminamento poderão ser determinados pela EQUAÇÃO 1, que poderá ser adaptada através de relações trigonométricas para situações práticas mais freqüentes: I E cos d (1) 2 Iluminância (E β ) em um plano cuja normal forma um ângulo β com a linha que une o ponto a fonte FIGURA 2.1 Iluminância de uma fonte puntiforme em um plano qualquer I E cos 2 cos (A) H 2 Iluminância horizontal (E h ) causada por uma fonte puntiforme FIGURA 2.2 Iluminância de uma fonte puntiforme no plano horizontal I 3 E h cos (B) H 2 Iluminância vertical (E V ) causada por uma fonte puntiforme FIGURA 2.3 Iluminância de uma fonte puntiforme no plano vertical

12 12 E V I 2 cos sen (C) 2 H Nas EQUAÇÕES (A), (B) e (C), I (θ) é a intensidade luminosa na direção que faz um ângulo θ com a vertical que passa pela fonte luminosa puntual Fonte luminosa linear Uma fonte de luz só pode ser chamada de fonte puntual em relação a um determinado ponto conforme for a distância entre os dois. Assim, uma lâmpada fluorescente de 2,4 m de comprimento (ex: H.O. de 110W) só poderá ser tratada como fonte puntual para pontos distantes a mais de 12m (5 vezes o seu comprimento), distância na qual os erros causados pela EQUAÇÃO (B) são toleráveis. Para distâncias menores que 12m este tipo de fonte deve ser tratado como uma fonte luminosa linear. Uma fonte luminosa será considerada linear quando o seu comprimento for maior do que cinco vezes a distância entre o centro da fonte e o ponto considerado, e sua largura for menor que um quinto desta distância. FIGURA 2.4 Iluminância de uma fonte linear. Na maioria das situações, as luminárias para lâmpadas fluorescentes enquadram-se na categoria de fontes lineares. Para determinar a iluminância produzida por fontes lineares é necessário integrar o efeito de cada pequeno elemento da fonte Fonte luminosa superficial Quando o comprimento e a largura de uma fonte são maiores que um quinto da distância entre o seu centro e o ponto considerado ela deve ser considerada como uma fonte superficial. FIGURA 2.5 Iluminância de uma fonte superficial.

13 13 A EQUAÇÃO (D) serve apenas para uma fonte superficial uniforme e fornece a iluminância diretamente em um ponto em baixo de um canto da luminária. Os dados geométricos utilizados na EQUAÇÃO (D) são representados na FIGURA 2.6. FIGURA 2.6 Iluminância de uma fonte superficial em baixo de um canto da luminária. I P E A2. senb1 B2 sena1 (D) 2 Na EQUAÇÃO (D), I P é a intensidade luminosa máxima da fonte. Para se obter a iluminância em um ponto que não esteja diretamente abaixo de um dos cantos da luminária, torna-se necessário somar ou subtrair a contribuição de quatro fontes imaginárias, cada uma com um canto em cima do ponto considerado MÉTODO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA (MÉTODO DOS LUMENS) O método da iluminância média, também chamado método dos lumens ou do fluxo total, é uma das ferramentas mais simples na elaboração de projetos luminotécnicos e tornou-se a mais conhecida entre os profissionais da área. Este método assume que a luz emitida por uma luminária é uniformemente distribuída sobre o plano horizontal de trabalho (Pht). Embora uma só luminária não garanta uma iluminação uniforme, várias luminárias iguais, espaçadas regularmente, produzem uma iluminação próxima da uniforme em todas as partes de um ambiente. Portanto, a iluminância média num determinado ponto no plano horizontal de trabalho é função do fluxo luminoso da luminária e da área iluminada. A EQUAÇÃO (E) expressa a iluminância média no plano de trabalho (E Pht ) em função do fluxo luminoso de cada luminária (φ L ), do número de luminárias (N), do coeficiente de utilização da luminária (CU), do fator de depreciação (FD) e da área total do plano de trabalho (S Pht ). E Pht N L CU FD S Pht [lux] (E) Caso a iluminância desejada no plano de trabalho E Pht já esteja definida, o número de luminárias N necessário para garantir esta iluminância é obtido pela EQUAÇÃO (F):

14 14 N EPht. S Pht CU FD L (F) Para determinar o fluxo luminoso da luminária ( L ) deve-se multiplicar o fluxo luminoso da lâmpada ( Lâmpada ) escolhida pelo número de lâmpadas (n) contidas na luminária, conforme mostra a EQUAÇÃO (G). n (G) L Lâmpada O Coeficiente de Utilização (CU) é um número complexo, obtido em laboratório, que representa a eficácia da luminária e as características físicas e geométricas das superfícies que compõe um ambiente. Parte do fluxo luminoso emitido por uma lâmpada é absorvida pela luminária enquanto o restante divide-se nas direções especificadas pelas regiões da FIGURA 2.7. FIGURA 2.7 Distribuição do fluxo luminoso de uma fonte. Cada região da FIGURA 2.7 caracteriza uma parcela do fluxo luminoso: Região 1: parcela do fluxo luminoso diretamente sobre o plano de trabalho; Região 2: parcela do fluxo na direção das paredes abaixo do plano das luminárias e acima do plano de trabalho; Região 3: parcela do fluxo na direção das paredes acima do plano das luminárias; Região 4: parcela do fluxo na direção do teto. A luz emitida diretamente para o plano de trabalho (região 1) é a mais significativa para o iluminamento final; seguida pela luz refletida na cavidade mediana do ambiente (região 2) e finalmente vem as parcelas que após repetidas reflexões chegam até o plano de trabalho (regiões 3 e 4). Desta forma o coeficiente de utilização (CU) é função dos seguintes aspectos: Distribuição espacial de luz pela luminária; Rendimento da luminária; Refletância das diversas superfícies que compõe o ambiente (teto, paredes e piso); Índice do ambiente (K); Distribuição e localização das luminárias.

15 15 O índice do ambiente (K), também conhecido como índice do local, depende das dimensões do recinto: comprimento (C), largura (L) e da altura de montagem da luminária (H m distância entre a luminária e o plano de trabalho) e é calculado pela EQUAÇÃO (H). K C L (H) H C L m Os coeficientes de utilização (CU) são fornecidos pelos fabricantes em tabelas (encartes fotométricos), como função do índice do ambiente (K) e das refletâncias das superfícies (teto, paredes e piso), assumindo uma razão espaçamento/altura das luminárias fixa, como pode ser visto na TABELA 2.1 que serve como exemplo. Alguns encartes fotométricos são obtidos em função de um índice do ambiente (K) calculado pela EQUAÇÃO (I) e não pela EQUAÇÃO (H), as duas estão corretas, o importante é empregar a equação adequada para o encarte em uso. A variação do CU é invertida conforme o uso da EQUAÇÃO (I) ou a EQUAÇÃO (H). K 5 H m C L C L (I) Na TABELA 2.1, tem-se o exemplo de coeficientes de utilização para uma luminária fictícia. Neste exemplo, o índice do ambiente é igual a 1,0 e o teto, parede e piso têm refletâncias de 50%, 30% e 10% respectivamente, resultando em um coeficiente de utilização CU = 0,55. TABELA 2.1 Tabela de coeficientes de utilização (exemplo) Um outro fator considerado em cálculos de iluminação é o fator de depreciação FD (ou fator de perda de luz) que pode ser descrito como a razão entre o nível de iluminação médio após um determinado período de funcionamento e o nível de iluminação médio da instalação nova. Assim, leva-se em consideração a redução do desempenho de uma instalação de iluminação, provocada pelo acúmulo de pó no bulbo das lâmpadas, nas superfícies de distribuição de luz (refletores) das luminárias e nas superfícies do próprio ambiente. Esta forma de depreciação ou decaimento do fluxo luminoso efetivo não depende somente das características das lâmpadas, luminárias e superfícies em geral em acumular mais ou menos sujeira, mas também das condições de sujeira do local e da freqüência de limpeza em geral (TABELA 2.2). O fator de depreciação FD pode também incorporar perdas de luz devidas ao decaimento do fluxo luminoso provocado pelo ciclo de funcionamento das luminárias (em sistemas de ligação automática esta perda pode ser maior); pode incorporar ainda uma estimativa de redução do nível de iluminação, permitindo uma percentagem de lâmpadas queimarem antes de serem trocadas. De maneira geral, caso

16 16 não exista informações específicas sobre depreciação do fluxo luminoso, freqüência de limpeza, etc. Recomenda-se a adoção dos valores contidos na TABELA 2.2. TABELA 2.2 Fatores de depreciação do fluxo luminoso 2.3. MÉTODO DO FLUXO TRANSFERIDO (DIFERENÇAS FINITAS) Este é o método mais preciso para a determinação da iluminação num ponto devido tanto à luz natural como luz artificial. Neste método, um ambiente é descrito em termos da luminância inicial (L 01, L 02 e L 03 ) das paredes, teto e piso, respectivamente. A luminância final (L 1, L 2 e L 3 ) é maior que a inicial, para cada superfície, devido a componente da refletida no ambiente. Fatores de forma ou configuração são usados para descrever o fluxo luminoso refletido ou emitido por uma superfície e que incide em outra superfície. Portanto, o fluxo luminoso final emitido pelo piso pode ser descrito pela EQUAÇÃO (J): L 3 L03 3 L2 f 23 L1 f13 (J) Similarmente, o fluxo do teto é definido pela EQUAÇÃO (K): L 2 L02 2 L2 f32 L1 f12 (K) Enquanto, para as paredes a luminância é representada pela EQUAÇÃO (L): L 1 L01 1 L1 f11 L2 f 21 L3 f31 (L) A EQUAÇÃO (L) difere-se um pouco das demais, pois uma determinada parede pode "ver" as outras paredes que formam o ambiente. Assim, as luminâncias finais podem ser obtidas pela solução de um conjunto de equações simultâneas. Obviamente, quanto mais complexa for a cena, mais difícil será a obtenção dos fatores de forma e mais difícil será a solução do conjunto de equações resultante. Este método tornou-se viável somente após o advento do computador digital. 3. ROTEIRO DE CÁLCULO PARA O MÉTODO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA Um roteiro prático e simples que poderá ser seguido na elaboração de um projeto luminotécnico utilizando o método da iluminância média (método os lumens) é o seguinte: Escolha do nível de iluminamento (E Pht ); Determinação do índice do ambiente (K);

17 17 Escolha das lâmpadas e luminárias; Determinação do coeficiente de utilização (CU); Determinação do fator de depreciação (FD); Determinação do fluxo total ( Total ); Cálculo do número de luminárias (N, N C, N L ); Distribuição das luminárias (A, B) ESCOLHA DO NÍVEL DE ILUMINAMENTO (E PHT ) Como já foi dito anteriormente, está é a primeira etapa em um projeto luminotécnico. O nível de iluminamento do ambiente será então determinado em função da tarefa visual que será desenvolvida no local projetado. Estes níveis são obtidos na NBR 5413 (revogada) que fornece o valor mínimo, médio e máximo recomendado para cada tipo de atividade e em função do usuário. Porém deverão considerar o citado na nova NBR DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DO AMBIENTE (K) O índice do ambiente (K) que depende das características geométricas do local é determinado através da EQUAÇÃO (H) ou (I), dependendo de como o fabricante da luminária que se pretende utilizar fornece os dados de coeficiente de utilização (CU) ESCOLHA DAS LÂMPADAS E LUMINÁRIAS A escolha das lâmpadas que serão utilizadas em um determinado ambiente deve ser feita em função do local e da atividade visual que será desenvolvida. Alguns aspectos devem ser considerados a fim de que se faça a escolha mais adequada: Dimensões e forma do local a iluminar; Tipo de tarefa visual que será desenvolvida no ambiente; O nível de iluminamento de projeto; O período de funcionamento do sistema de iluminação; A vida útil da lâmpada; A eficiência luminosa da lâmpada; A temperatura de cor correlata e o índice de reprodução de cor da lâmpada; O custo inicial e de operação do sistema. Na escolha da luminária, deve-se levar em conta o tipo de iluminação que se deseja para o ambiente: direta, semidireta, geral difusa, semi-indireta e indireta. Também devem ser considerados os seguintes aspectos: Adaptabilidade ao ambiente; Características construtivas; Efeito estético; O seu rendimento; Facilidade de manutenção e conservação; Facilidade de troca das lâmpadas; Possíveis problemas de ofuscamento.

18 DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE UTILIZAÇÃO (CU) Após calculado o índice do ambiente (K) é necessário estabelecer as refletâncias do teto, paredes e piso para que se consiga determinar o coeficiente de utilização desta combinação de valores. Na FIGURA 3.1 são mostradas as cavidades do teto e piso e paredes que possuem recomendações diferenciadas quanto as respectivas refletâncias. FIGURA 3.1 Cavidades do piso e teto e paredes. Para a cavidade do teto recomenda-se que a refletância seja a mais alta possível, nunca inferiores a 60%. No caso das paredes também é desejável que se tenha refletâncias elevadas tendo-se um cuidado especial com as paredes que contem janelas, estas não deverão ter refletâncias inferiores a 60%. Finalmente, para a cavidade do piso, as refletâncias não devem ser inferiores a 20% sem ultrapassarem 40%. A TABELA 3.1 apresenta valores de refletâncias de algumas superfícies. Após determinadas as refletâncias do local e de posse do índice do ambiente (K), retira-se do catálogo da luminária escolhida o respectivo fator de utilização. TABELA 3.1 Refletâncias aproximadas de algumas superfícies de edificações.

19 DETERMINAÇÃO DO FATOR DE DEPRECIAÇÃO (FD) Na determinação do fator de depreciação podem ser usados tanto os dados fornecidos nos catálogos dos fabricantes de luminárias ou os valores recomendados na TABELA DETERMINAÇÃO DO FLUXO TOTAL ( Total ) Para a determinação do fluxo total utiliza-se a EQUAÇÃO 3.1 que fornecerá a iluminância média do ambiente. Onde: EPht. S Pht Total (3.1) CU FD Total - Fluxo luminoso total necessário para se obter a iluminância de projeto; E Pht - Iluminância no plano horizontal de trabalho (iluminância de projeto); A Pht - Área do plano horizontal de trabalho; CU - Coeficiente de utilização da instalação; FD - Fator de depreciação da instalação CÁLCULO DO NÚMERO DE LUMINÁRIAS O número de luminárias (N) necessário é obtido por: N Total L 3.8. DISTRIBUIÇÃO DAS LUMINÁRIAS O espaçamento entre luminárias em um ambiente depende da distância entre as luminárias e o plano de trabalho (H m ) e da sua distribuição do fluxo luminoso. Recomenda-se que o espaçamento entre o centro das luminárias fique entre 1,0 a 1,5 vezes a altura de montagem (H m ), tanto na largura como no comprimento do ambiente, sendo que a distância entre o centro das luminárias e as paredes deverá ser metade deste valor (FIGURA 3.2). FIGURA 3.2 Distribuição das luminárias.

20 20 Os valores de A e B são determinados pelas equações abaixo: A C B L N C N L onde A - Distância entre luminárias no comprimento; C - Comprimento do ambiente; N C - Número de luminárias na direção do comprimento; B - Distância entre luminárias na largura; L - Largura do ambiente; N L - Número de luminárias na direção da largura. Se o número de luminárias resultar em valores para A e B fora dos limites estabelecidos, corre-se o risco de uma iluminação não uniforme, com a existência de sobras indesejáveis. Para resolver este problema eleva-se o número de luminária ou modifica-se a sua distribuição no ambiente. 4. SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ESPECIAL DE EMERGÊNCIA 4.1. INTRODUÇÃO O objetivo principal deste sistema de iluminação é o de garantir, em caso de falta de energia na rede de alimentação, iluminação adequada para permitir a evacuação fácil e segura do público; como também, garantir a continuidade das atividades que, por sua natureza, não possam sofrer interrupções. A Norma Brasileira (ABNT) NBR Sistema de Iluminação de Emergência estabelece as exigências principais que um sistema deste tipo deve satisfazer CLASSIFICAÇÃO Os sistemas de iluminação de emergência podem ser classificados de várias formas, segundo sua função específica, sua fonte alimentadora e sua condição de permanência Função específica Evacuação do público: Pode ser dividida em iluminação ambiente e iluminação p/sinalização. Iluminação ambiente: é obrigatória nas circulações verticais e horizontais (elevadores, escadas e corredores), locais de concentração de pessoas (hall de distribuição, cinemas, teatros, etc.), zonas de saída, áreas de perigo (indústrias) e locais de equipamento de apoio (ver ANEXO A, NBR 10898). Iluminação de sinalização: serve para mostrar as mudanças de direção, obstáculos, escadas, saídas, etc. A distância entre 2 pontos de luz deve ser no máximo 15m e o fluxo luminoso deve ser no mínimo de 30lm. A função da iluminação pode ser auxiliada por textos escritos ou símbolos gráficos, cujas especificações (dimensões e cores) encontram-se no item e no ANEXO B da NBR10898.

21 21 TABELA Iluminamento mínimo ao nível do piso. Continuidade das atividades: Nos ambientes onde, pela natureza da atividade, a iluminação não pode sofrer interrupções, o sistema de emergência deve ser capaz de suprir uma iluminação que proporcione no mínimo 70 % do nível de iluminação do sistema normal. Isto é válido para locais tal como: salas de atendimento de urgência e de cirurgia; laboratórios de produtos químicos; salas de controle de tráfego (ferroviário e aeroviário) Fonte alimentadora A alimentação de qualquer sistema de iluminação de emergência deve garantir pelo menos 1 hora de funcionamento. Quanto à fonte alimentadora os sistemas podem ser classificados em três tipos distintos: Sistema centralizado de acumuladores: Este tipo é recomendado para edifícios médio, indústrias pequenas, casas de espetáculo (teatros e cinemas), hospitais, restaurantes, etc.; sendo adequado quando o problema maior é apenas a iluminação de emergência e não existe a necessidade de alimentar máquinas de porte. Apresenta as seguintes vantagens: fácil automação; boa capacidade de armazenamento de energia em pequenas dimensões (baterias); não exige manutenção freqüente e especializada; não exige depósito ou alimentação com substâncias inflamáveis. Grupo moto-gerador: São recomendados para grandes edifícios, grandes áreas industriais e comerciais e em qualquer local onde existam muitas lâmpadas ou equipamentos de porte a serem alimentados. Apresentam alguns inconvenientes: manter pessoal especializado na manutenção dos motores e guarda e manuseio do combustível; funcionar o motor periodicamente; evitar a poluição produzida pela combustão.

22 22 A NBR fixa várias condições específicas para a localização dos diversos componentes da fonte de energia para os dois sistemas acima descritos. Conjunto de blocos autônomos: Também chamados de sistemas unitários, são sistemas onde a fonte luminosa (lâmpada), a fonte de energia (bateria) e os dispositivos necessários para colocá-los em funcionamento são incorporados num conjunto compacto de iluminação de emergência. São bastante seguros, de simples manutenção, baixo custo e são recomendados para áreas independentes de dimensões reduzidas e para edifícios antigos ou locais de difícil instalação de cabos de distribuição Condição de permanência Quanto à condição de permanência da iluminação nos pontos os sistemas podem ser classificados em: permanentes e não permanentes. Permanentes: São aqueles sistemas nos quais as fontes luminosas de emergência estão ligadas na rede de alimentação e funcionam em serviço normal; passando automaticamente a serem alimentadas por fonte própria, no caso de falha da fonte normal. Não permanentes: São aqueles nos quais os aparelhos de iluminação não são alimentados em serviço normal, pela rede de alimentação normal e, em caso de falha, passam automaticamente a serem alimentados pela fonte própria. Ou seja, ao contrário do sistema permanente, as lâmpadas de emergência permanecem desligadas quando a alimentação é feita pela fonte normal. Segundo o tipo de fonte de alimentação e condição de permanência da iluminação os sistemas são classificados pela NBR conforme a TABELA 4.2. TABELA 4.2 Classificação dos sistemas de acordo com a fonte de energia e permanência. De acordo com o tipo e setor do estabelecimento e do efetivo de público que o utiliza, o sistema de iluminação de emergência a ser adotado é obtido pelo emprego da TABELA 5 em conjunto com o ANEXO A, ambos da NBR PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO As instalações de iluminação de emergência devem ser projetadas buscando-se priorizar as áreas (já definidas anteriormente) em função risco de acidentes; quanto maior o risco, maior deverá ser o nível de iluminação.

23 23 As fontes luminosas que podem ser usadas são: luminárias com lâmpadas incandescentes; luminárias com lâmpadas fluorescentes; projetores ou faróis. As luminárias devem satisfazer as exigências da NBR 6854, resistir a uma temperatura de 70 C por 1 hora e para o controle do ofuscamento devem seguir os níveis de intensidade luminosa da TABELA 4.3. Tabela 4.3: Intensidade máxima para controle do ofuscamento (fonte NBR 10898). Projetores ou faróis, dependendo do facho de luz podem iluminar grandes áreas a partir de um ponto. Entretanto, não devem ser empregados em áreas de dimensões reduzidas, de passagem e escadas; quando utilizados para iluminar áreas de acesso ou saída, o facho luminoso deve ser ajustado ao sentido do fluxo do público. O método de cálculo dos níveis de iluminação deve ser o ponto-a-ponto e a relação de iluminação entre as áreas claras e escuras deve ser no máximo 1:20. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BURNIE, D. Aventura na Ciência: Luz. Editora Globo S.A. São Paulo, CIBSE. Code for interior lighting. The chartered Institution of Building Services Engineers: London, COTRIM, A. A. M. B. Instalações elétricas. Capítulo 16, Makron Books, editora Mc Graw Hill, 3a edição, São Paulo, pp , ELEY, C.: TOLEN, T.M. Advanced Lighting Guidelines. Final Report. U.S. Department of Energy. Office of building technologies. Washington, D.C , FITT, B., THORNLEY, J. Lighting Technology: a guide for the entertainment industry. Butterworth- Heinemann Ltd, Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP. Great Britain GARCIA JÚNIOR, E. Luminotécnica. Coleção estude e use - Série instalações elétricas. Editora Érica Ltda, São Paulo, GRIEVE, P. W. Measuring light. Brüel & Kjaer, Denmark, IESNA. Lighting handbook: reference & application. Illuminating Engineering Society of North America, 8th edition, New York, IIDA, Itiro. Ergonomia: Projeto e Produção. Capítulo 13. Editora E. Blücher, 4a reimpressão, São Paulo, , 1997.

24 24 LAMBERTS, R., PEREIRA, F.; DUTRA, L. Eficiência Energética na Arquitetura. PW Gráficos e Editores Associados LTDA. São Paulo, MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. Capítulo 3, Editora LTC, 4a edição, Rio de Janeiro, pp , MASCARÓ, L. R. e MASCARÓ, J. L. Uso Racional de Energia Elétrica em Edificações - Iluminação. Agência para Aplicação de Energia - ABILUX-PROCEL, São Paulo, MOORE, F. Concepts and practice of architectural daylighting. Van Nostrand Reinhold Company, New York, NBR Iluminância de Interiores. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Abril/1992. PILOTTO NETO, E. Cor e iluminação nos ambientes de trabalho. Livraria Ciência e Tecnologia Editora Ltda. São Paulo, 131 p, NISKIER, J. MACINTYRE, A. J. Instalações elétricas. Capítulo 8. Editora Guanabara Koogan, Rio de Janeiro, pp ROBBINS, C. L. (1986). Daylighting: design and analysis. Van Nostrand Reinhold Company. New York, United States of America, RYER, A. Light measurement handbook. International light. Library of Congress Catalog Card Number: , Second Printing, printed in the United States of America, STEFFY, G. R. (1990). Architectural lighting design. Van Nostrand Reinhold Company, New York.

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