PROCEDIMENTO DE MEDIÇÃO DE ILUMINÂNCIA DE EXTERIORES Rodrigo Sousa Frrira 1, João Paulo Viira Bonifácio 1, Daian Rznd Carrijo 1, Marcos Frnando Mnzs Villa 1, Clarissa Valadars Machado 1, Sbastião Camargo Guimarãs Jr. (Dr.) 2 1,2 Univrsidad Fdral d Ubrlândia, Faculdad d Engnharia Elétrica, Ubrlândia MG 1 Programa d Educação Tutorial - PET/Eng. Elétrica Grupo d Psquisa Sistmas d Enrgia Elétrica 2 Núclo d Eltricidad Rural Fonts Altrnativas d Enrgia -mail: rodrigosfufu@gmail.com, joaop.bonifacio@gmail.com, daiancarrijo51@gmail.com, marcos.frnando18@gmail.com, cissavaladars@gmail.com, scguimaras@ufu.br Rsumo A psquisa proposta visa a construção d um sistma autônomo d iluminação xtrna a sr instalado nos campi da Univrsidad Fdral d Ubrlândia (UFU) usando lâmpadas LED. Est trabalho tm por objtivo aprsntar uma das tapas iniciais da psquisa qu consist no procsso d mdição d iluminância d xtriors, d acordo com a norma NBR 5101. A mdição foi fita m um conjunto d iluminação xtrna xistnt no Campus Santa Mônica da UFU. Os rsultados obtidos srão usados m um studo d caso para s comparar os nívis d iluminação mdidos com os nívis mínimos stablcidos pla rfrida norma para postrior spcificação do nívl mínimo d iluminância a sr forncido pla lâmpada LED. Palavras-Chav Iluminância, Iluminação d Extriors, Lâmpadas LED, NBR 5101, Sistmas Fotovoltaicos. DEVELOPMENT AND ANALYSIS OF EFFICIENCY AND QUALITY OF AN OUTDOOR LIGHTING SYSTEM USING LED LAMPS FED BY AUTONOMOUS PHOTOVOLTAIC SYSTEM. PART I: ILLUMINANCE MEASURING PROCESS FOR OUTDOOR LIGHTING ACCORDING TO NBR 5101 1 Abstract Th proposd rsarch aims to th construction of an autonomous outdoor lighting systm to b usd at th campuss of th Univrsidad Fdral d Ubrlândia (UFU). Th objctiv of this papr is to prsnt on of th initial stps of th rsarch: th illuminanc masuring procss for outdoor lighting according to NBR 5101. Th masurmnts wr carrid out on an outdoor lighting systm locatd at th Campus Santa Mônica-UFU. Th rsults obtaind will b usd in a cas study to compar th masurd illuminanc lvls to th minimum lvls stablishd by th NBR 5101 that furthr will srv to spcify th LED lamp. Kywords Illuminanc, LED lamps, NBR 5101, Outdoor Lighting, Photovoltaic Systms. I. INTRODUÇÃO A socidad modrna faz intnsivo uso da Enrgia Elétrica para, sua sustntabilidad, xcução das suas atividads diárias, produção d bns srviços conforto dos sus indivíduos. No Brasil, além do uso das formas convncionais, são utilizados outros rcursos naturais tais como a nrgia hidrolétrica, biomassa, ólica, solar, dntr outros [1]. Nss sntido, o grupo d psquisa d Sistmas d Enrgia Elétrica do PET/ Eng. Elétrica dsnvolvrá um protótipo para o studo da viabilidad d um sistma fotovoltaico, indpndnt da rd létrica, como font nrgética, bm como uma brv anális das vantagns d substituir as lâmpadas convncionalmnt usadas na iluminação do campus Santa Mônica da Univrsidad Fdral d Ubrlândia com um novo modlo d lâmpadas utilizando LEDs d potência. O protótipo srá, basicamnt, constituído por um painl fotovoltaico, um convrsor stático, um conjunto d batrias um sistma d iluminação composto por lâmpadas LED. Nss sntido, st trabalho tm o propósito d aprsntar o procdimnto d mdição d iluminância d xtriors, d acordo com a norma NBR 5101, aplicando-o m um studo d caso comparativo ntr os nívis d iluminação adquiridos xprimntalmnt os critérios stablcidos pla rfrida norma, visto qu, st procsso d mdição srá utilizado nos studos comparativos ntr as lâmpadas. II. REGULAMENTAÇÃO DA MEDIÇÃO - NBR 5101 A iluminação pública é ssncial para a qualidad d vida da comunidad d fundamntal importância para o dsnvolvimnto social conômico dos municípios [2]. Além disso, constitui-s num dos fators importants: para a sgurança pública dos cntros urbanos, no qu s rfr ao tráfgo d vículos d pdstrs à prvnção da criminalidad [2]; para a saúd, no qu s rfr à finalidad d mlhorar as condiçõs da visão, visto qu uma iluminação inadquada lva à insônia a outros fitos prturbadors do sistma nrvoso [3]. Sndo assim, um bom projto d iluminação dv atndr aos fators d sgurança, conforto, conomia continuidad d acordo com as normas rlativas a ss assunto [3].
Para a validação das mdiçõs, o procdimnto adotado basou-s na norma da Associação Brasilira d Normas Técnicas (ABNT) NBR 5101, rlativa à Iluminação Pública. Esta Norma fixa rquisitos, considrados como mínimos ncssários, à iluminação d vias públicas, os quais são dstinados a propiciar algum nívl d sgurança ao tráfgo d pdstrs vículos [5]. A rgulamntação da mdição, conform a Norma NBR 5101 stá dividida m três parts: método d mdição d iluminância d xtriors; classificação das vias públicas; rquisitos mínimos. A. Método d Mdição d Iluminância d xtriors Um dos métodos d mdição d iluminância d xtriors consist na divisão da suprfíci, qu s dsja fazr a mdição, m rtângulos lmntars, no cntro dos quais s fazm as mdiçõs com o auxílio d um luxímtro [4]. A norma NBR 5101 stablc qu para uma distância ntr as luminárias (S) infrior ou igual a 50m, o númro d pontos d mdiçõs transvrsais (n) é 10, para (S) suprior a 50m, n dv sr o maior intiro dado pla Equação 1. S d = (1) n Ond: d - distância limit ntr as filas (para d 5 ). Na Figura 1 é mostrado o squma dtrminado pla norma NBR 5101: Fig. 1. Dtrminação dos pontos d mdição d iluminância d xtriors d acordo com a norma NBR 5101. Font: NBR 5101 B. Classificação das Vias Públicas Para utilização dos parâmtros fixados pla norma, dvs classificar a via m studo quanto ao tipo tráfgo, sndo st d vículos pdstrs, conform mostrados plas Tablas I II. TABELA I Tráfgo motorizado (NBR 5101) Classificação Volum d tráfgo noturno (A) d vículos por hora, m ambos os sntidos (B), m pista única Lv (L) 150 a 500 Médio (M) 501 a 1200 Intnso (I) Acima d 1200 (A) Valor máximo das médias horárias obtidas nos príodos comprndidos ntr 18h 21h. (B) Valor para vlocidads rgulamntadas por li. Nota: Para vias com tráfgo mnor do qu 150 vículos por hora, dvm sr considradas as xigências mínimas do grupo lv, para vias com tráfgo muito intnso, suprior a 2400 vículos por hora, dvm sr considradas as xigências do grupo d tráfgo intnso. TABELA II Tráfgo d pdstrs (NBR 5101) Classificação Pdstrs cruzando vias com tráfgo motorizado Sm(S) Como nas vias artriais rurais Lv (L) Como nas vias rsidnciais médias Médio (M) Como nas vias comrciais scundárias Intnso (I) Como nas vias comrciais principais C. Rquisitos mínimos D acordo com a classificação da via quanto ao tipo ao tráfgo a norma NBR 5101 prvê nívis mínimos para iluminação adquada das vias públicas, os quais são: Iluminância d pontos adjacnts: a variação da iluminância ntr dois pontos adjacnts quaisqur (distância máxima ntr ls d 1,5m), situados na pista d rolamnto da via d tráfgo motorizado, dv sr tal qu a razão da mnor para a maior iluminância obdça aos valors mínimos da tabla III [5]. Iluminância média mínima: a iluminância média E, valor obtido plo cálculo da média mínima ( ) méd. mín. aritmética das lituras ralizadas, dv sr igual ou suprior ao valor stablcido pla norma, o qual stá rlacionado com a classificação da via m rlação ao tráfgo d vículos pdstrs [5]. Mnor valor d iluminância: o mnor valor d iluminância ( ) mín. E obtido das lituras ralizadas dv sr ncssariamnt igual ou suprior a 1,0 lux [5]. Fator d uniformidad d iluminância simpls: o valor do fator d uniformidad d iluminância simpls, dfinido pla quação 2, dv sr igual ou suprior ao valor stablcido pla norma, o qual stá rlacionado com a classificação da via m rlação ao tráfgo d vículos pdstrs [5]. Emín. U = (2) E méd. III. PROCESSO DE MEDIÇÃO Para alcançar os objtivos propostos foram utilizados os procdimntos dscritos pla Norma NBR 5101. Sndo assim o procsso d mdição foi dividido m quatro tapas as quais são dscritas a sguir. A. Local Escolhido A mdição ocorru m uma via do campus Santa Mônica na Univrsidad Fdral d Ubrlândia, a qual stá mostrada na Figura 2.
Fig. 2. Local ond foram ralizadas as mdiçõs. As mdidas (distância ntr as luminárias largura da via) do local podm sr obsrvadas na Figura 3. Fig. 4. Conjunto nsaiado. As caractrísticas da lâmpada nsaiada são: lâmpada d vapor d sódio m alta prssão VIALOX NAV 4Y, 70W, 5600lm, índic d rprodução d cor d 20% a 39%, tmpratura d cor d 2000K vida útil d 28000h. E o post m studo tm uma altura d 3,53m. Fig. 3. Mdidas do local ond foram fitas as mdiçõs. A via scolhida é classificada, quanto ao tipo, como uma via urbana scundária, uma vz qu, sta rprsnta avnidas ruas com ou sm calçamnto, ond há construçõs o trânsito d vículos pdstrs não é intnso [5]. Quanto ao tráfgo d pdstrs vículos, a via foi classificada como Lv, já qu s trata d uma via qu aprsnta volum d tráfgo mnor do qu 150 vículos por hora, um volum d tráfgo d pdstrs qu s aproxima daqul obsrvado m vias rsidnciais médias, d acordo com as tablas I II. Nss sntido, os rquisitos mínimos xigidos pla Norma NBR 5101 para uma via urbana scundária com volum d tráfgo d vículos pdstrs Lv são aprsntados na Tabla III. TABELA III Rquisitos mínimos para vias scundárias (NBR 5101) Vículo Classificação do Tráfgo P d s t r E méd.mín. (lux) L U mín. E méd.mín. (lux) L 2 2 0,25 M 4 5 M U mín. O conjunto post, luminária lâmpada, nsaiado pod sr visualizado na Figura 4. 0,2 B. Dtrminação dos Pontos d Mdição Os pontos d mdição foram dtrminados d acordo com o método citado no itm II-A. Como a distância ntr as luminárias (S) é 10m, o númro d pontos transvrsais (n) é 10. Portanto o spaçamnto longitudinal ntr os pontos d mdição (d), dado pla quação 2 é 1m. Sndo a largura da via l = 8,07m com 10 linhas d pontos, a distância vrtical ntr os pontos d 8,07 mdição é y = = 80, 7cm. 10 Dst modo os pontos ond dvm sr fitas as mdiçõs stão mostrados na Figura 5: Fig. 5. Pontos d mdição. A Figura 6 mostra os pontos marcados no local m qu foram ralizadas as mdiçõs.
Fig. 6. Pontos d mdição marcados. C. Valors d Iluminância Mdidos Para mdição da iluminância nos pontos marcados foi utilizado o luxímtro Minolta T-10 Illuminanc Mtr com faixa d opração d 0.01 a 299,900 lx, o qual stá mostrado na Figura 7. D. Anális d Rsultados Para vrificar s os valors d iluminância mdidos satisfazm os rquisitos mínimos xigidos pla norma foi dsnvolvido um softwar no MATLAB qu raliza os cálculos ncssários, visando facilitar o trabalho, obtr maior confiabilidad mlhor visualizar os rsultados. Para ftuar os cálculos no programa, basta carrgar um arquivo.xls qu contnha os dados (valors d iluminância mdidos) na forma d uma matriz. Após carrgar o arquivo dsjado dv-s prssionar a tcla Calcular, os rsultados são mostrados m sguida. O programa dsnvolvido ncontra a iluminância mínima, calcula a iluminância média o fator d uniformidad d iluminância simpls, xib os valors da razão ntr iluminâncias d pontos adjacnts m um gráfico gra um arquivo.txt qu mostra s os rquisitos mínimos foram atndidos. A intrfac do softwar é aprsntada na Figura 9, m qu os rsultados mostrados rfrm-s às mdiçõs ralizadas. Fig. 9. Intrfac do softwar dsnvolvido. Fig. 7. Luxímtro utilizado nas mdiçõs. Os valors d iluminância (m lux) mdidos m cada ponto stão listados na Figura 8: Na Tabla IV é aprsntada a comparação ntr os parâmtros xigidos os obtidos na mdição mdidos. TABELA IV Parâmtros xigidos obtidos na mdição Parâmtros Exigidos Obtidos na Mdição Iluminância Mínima ( E mín. ) [lux] 1,0 1,5 Iluminância Média Mínima ( ) E [lux] 2,0 19,7027 méd. mín. Fator d Uniformidad d Iluminância U Simpls Mínimo ( ) mín. Razão Mínima ntr Iluminância d Pontos Adjacnts 0,25 0,076132 0,4 0,455 IV. CONCLUSÕES Fig. 8. Valors d Iluminância mdidos. D poss dos rsultados obtidos por mio do programa dsnvolvido pod-s vrificar a adquação dsts aos rquisitos mínimos da norma NBR 5101. Analisando os rsultados aprsntados na Tabla IV, pod-s concluir qu o conjunto nsaiado stá d acordo com a norma NBR 5101 nos sguints rquisitos: Iluminância Mínima, Iluminância Média Razão ntr Iluminância d
Pontos Adjacnts, porém no rquisito Fator d Uniformidad d Iluminância Simpls o conjunto nsaiado stá m dsacordo com a rfrida norma. Nst sntido, o conjunto nsaiado no procsso d mdição d iluminância d xtriors não s adqua às xigências da norma NBR 5101. Os rsultados dos parâmtros d iluminância obtidos para o conjunto nsaiado srvirão, numa tapa postrior da psquisa, para comparação com os rsultados a srm obtidos no nsaio com as lâmpadas LED. Tal comparação srvirá para dfinir a potência mínima das lâmpadas LED qu forncrão o msmo nívl d iluminação das lâmpadas hoj utilizadas. Com a dfinição da potência das lâmpadas LED pod-s também dfinir a potência dos convrsors CC/CC, a potência do banco d batrias finalmnt a potência das células fotovoltaicas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] F. B., BARBOSA, Modlagm Computacional d Células Fotovoltaicas basado nas Propridads Físicas dos Matriais, Dissrtação d Mstrado da Univrsidad Fdral d Ubrlândia, 2006. [2] Iluminação Pública Qualidad d Vida, acssado m 7 d março d 2009, m: http:cidadsdobrasil.com.br. [3] D. P., GUERRINI, Iluminação Toria Projto, Editora Érica Ltda., 1 Edição, São Paulo, 2007. [4] V. A. MOREIRA, Iluminação Elétrica, Edgard Blüchr Ltda., 1 a Edição, São Paulo, 1999. [5] Associação Brasilira d Normas Técnicas, NBR 5101: Iluminação Pública, Rio d Janiro, 1992. [6] Tolmasquim, M. T. (organizador) Fonts Rnovávis d Enrgia no Brasil, Editora Intrciência, 1 a Edição, Rio d Janiro, 2003. [7] Patl, M. P. Wind and Solar Powr Systms, CRC Prss, USA, 1999.