Módulo 4 Iluminação Artificial Dezembro/2009
Cronograma HORÁRIO Sexta 18:00 20:00 Fontes de Luz 20:05 23:00 Qualidade da Luz Sábado 08:00 10:00 Percepção Espacial 10:00 11:30 Impressões Subjetivas 11:30 13:00 Técnicas de Iluminação 14:00 17:00 Grandezas e Unidades 17:05 18:00 Visita técnica Domingo 08:00 10:00 Lâmpadas e Luminárias 10:00 13:00 Avaliação MATÉRIA Pág.: 2
Índice 1 FONTES DE LUZ...4 1.1 Qualidade da Luz.. 4 1.2 Necessidades Humanas... 6 1.2.1 Conforto Visual.....6 1.2.2 Controle de Luminâncias.....8 1.2.3 Comunicação Social......8 1.3 Luz e Arquitetura.....9 1.4 Guia de Projeto de Iluminação......9 1.4.1 Modelagem de Faces e Objetos......10 1.4.2 Distribuição de Luz nas Superfícies...11 2 PERCEPÇÃO ESPACIAL..... 11 3 IMPRESSÕES SUBJETIVAS...12 3.1 Amplitude Espacial......12 3.2 Claridade Visual....12 3.3 Relaxamento.....12 3.4 Privacidade.......13 3.5 Agradabilidade.....13 4 TÉCNICAS DE ILUMINAÇÃO.....13 4.1 Direção e Distribuição de Luz...13 4.1.1 Direção Direta... 14 4.1.2 Direção Indireta.....14 4.1.3 Direção Multi Direcional.....14 4.2 Fontes Secundárias de Luz......14 4.3 Wall Washings......15 5 GRANDEZAS E UNIDADES.....15 5.1 Fluxo Luminoso......15 5.2 Eficiência Luminosa......16 5.3 Intensidade Luminosa......16 5.4 Iluminância.........16 5.5 Luminância......18 6 CARACTERÍSTICA DAS LÂMPADAS...19 6.1 Potência...19 6.2 Fluxo Luminoso...19 6.3 Eficiência...19 6.4 Índice de Reprodução de cor...20 6.5 Reprodução de cor...20 6.6 Aparência de cor...21 6.7 Temperatura de cor...21 6.8 Vida útil ou mediana...21 7 DISTRIBUIÇÃO LUMINOSA...22 8 CURVA DE DISTRIBUIÇÃO ESPECTRAL..23 9 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE LUMINÁRIAS..23 10 TIPOS DE LUMINÁRIAS...25 BIBLIOGRAFIA..27 Pág.: 3
1. - Fontes de Luz O Sol, as Estrelas, as velas e as lâmpadas são as fontes de luz ou corpos luminosos conhecidos e que possibilitam nossa existência e sobrevivência neste planeta e é fonte vital da atividade e da evolução humana. Nossos olhos foram feitos para que possamos ver o mundo a nossa volta e é sob a luz que visualizamos os objetos, os espaços e ambientes e as pessoas com quem convivemos. É através da percepção visual que enxergamos a luz e o que os nossos olhos têm a capacidade de ver em uma estreita faixa de luz visível do espectro eletromagnético (de 380 a 760 nm), a luz refletida das superfícies e dos objetos. Sem luz não há visão e não há vida. A criação pelo homem da luz artificial, desde nossos ancestrais com a descoberta do fogo, portanto da fogueira às tochas, depois a criação das velas no período egípcio, as lâmparinas de óleo de oliva, vegetais, de peixe ou de baleia usadas na idade média, e em 1784 com a invenção da lâmpada de Argand, as lâmpadas de querosene com o surgimento da indústria do petróleo, e em 1800 o uso das lâmpadas de gás, originalmente utilizadas na iluminação pública de Londres e que depois foram substituídas pelas elétricas de arco de carbono nos finais de 1800 e inicio de 1900. Indubitavelmente, o motor que impulsionou a grande evolução da raça humana foi a invenção da lâmpada incandescente patenteada em 1879 por Thomas Edison nos Estados Unidos, que popularizou a utilização de uma fonte de luz artificial tornando-a comercialmente viável, trazendo e ampliando segurança aos espaços e vias urbanas, contribuindo com as atividades noturnas ao ar livre, possibilitando o trabalho dentro de espaços internos com conforto e qualidade, estendendo nossas atividades mesmo após o por do sol, e estimulando o convívio social, educativo e cultural em ambientes fechados. Portanto o modelo de que a luz do sol regia e controlava o ritmo de toda a atividade humana, cedia espaço a um novo modo de vida moderna, onde se iniciou a corrida infindável da evolução da lâmpada de Edison que persiste até os dias de hoje. Com a luz artificial há mais vida e uma vez que a luz natural é inerente à vontade humana e está além do nosso controle, a luz artificial foi a revolução plena do domínio do homem sobre a escuridão da noite. 1.1. Qualidade da Luz Uma vez este domínio estabelecido, só nos resta incessantemente através dos estudos da luminotecnia a busca pela qualidade desta luz e desvendar os mistérios que sua descoberta trouxe à tona. Portanto, os estudos buscam uma maior perfeição na sua utilização, tanto na busca por maior eficiência das fontes de luz e seus equipamentos auxiliares, no maior rendimento e melhoria do design das luminárias, quanto na descoberta de novas tecnologias na geração de luz. Por outro lado se intensificam os estudos na área da sua aplicação para alcançar o ideal de sua performance técnica, na melhor otimização e racionalização de energia, e mais recentemente intensificam-se os estudos da análise sob o critério do julgamento estético e como o ser humano interage com esta luz sob o ponto de vista fisiológico e psicológico. Podemos dizer que um ambiente bem iluminado, é aquele que podemos enxergar os objetos, realizar bem as tarefas e, sobretudo, nos é agradável. Esta frase foi dita por um engenheiro alemão em 1938. Pág.: 4
Assim, os parâmetros que julgavam um bom resultado de projeto de iluminação pela quantidade correta das iluminâncias nos ambientes e nos planos de trabalho, atualmente tornam-se apenas uma das peças dentro do complexo quebra cabeças que é o chamado projeto de iluminação. Isto se refletiu até mesmo no mais tradicional guia de referência da engenharia da iluminação do IESNA que introduziu no Lighting Handbook o tópico Qualidade de Luz. Diferente do que acontecia nas edições passadas que estabelecia apenas as categorias de iluminâncias recomendadas que o sistema de iluminação devesse prover para as diferentes tarefas listadas e onde outras premissas de qualidade eram consideradas como critérios adicionais. Portanto, com esta alteração passa agora a estabelecer como critérios de projeto as Necessidades Humanas, as necessidades relacionadas à Economia e o Meio Ambiente e a Arquitetura e aos espaços (vide figura 1.1). Portanto, considera-se hoje um grande número de fatores que contribuem para a qualidade da luz eliminando a falsa impressão de que é a quantidade e o correto nível de iluminação que gera uma melhor resposta ao projeto realizado e ao nosso bem estar. Pág.: 5
1.2. Necessidades Humanas No gráfico do IESNA, na premissa das Necessidades Humanas, a visibilidade é a principal necessidade dentro do processo de desenvolvimento do projeto e da qualidade da iluminação, isto se deve ao fato de que o principal objetivo da instalação da iluminação é possibilitar a acuidade visual (que é uma medida da habilidade do sistema visual de distinguir detalhes), e que durante muitos anos a principal meta e objetivo do projeto em si era justamente possibilitar a visualização dos espaços, objetos e exercer de forma correta as tarefas e funções dos espaços (ver imagem 1.2). Desta forma, muito se sabe e se aprofundou sobre este assunto, sua importância e os fatores que definem uma melhor performance (desempenho) visual, tais como tamanho (ângulo visual), contraste, tempo de visualização e adaptação de luminâncias, inclusive que a idade modifica esta relação, onde as crianças, os jovens e os idosos, respondem de forma diferente à luz. Torna-se também essencial à necessidade humana promover a performance da tarefa e a luz tem que dar a possibilidade ao usuário de realizar as suas tarefas, sejam elas quais forem. 1.2.1.- Conforto Visual Estabelecer o conforto visual é evitar o ofuscamento indesejável, seja ele da visualização direta das fontes de luz (ver imagem 1.3), da alta incidência de luz natural de uma janela (ver imagem 1.4)ou de forma indireta pelo reflexo das luminárias incidindo nas telas de um computador (ver imagem 1.5) ou nas superfícies refletivas das paredes, pisos ou tetos (ver imagem 1.6). Pág.: 6
Imagem 1.3 Imagem 1.4 Imagem 1.5 Pág.: 7
1.2.2 - Controle de Luminâncias Imagem 1.6 1.2.2 - Comunicação Social Comunicação social é estabelecer a relação com as pessoas, através da utilização correta da iluminação para uma melhor aparência facial, e seu reconhecimento se dá não só pela quantidade de luz necessária para visualizar uma face, mas também pela correta modelagem das características da face humana criada pelo padrão da iluminação utilizada. E em particular estabelece-se um novo padrão neste novo conceito de qualidade da luz, que é priorizar também as necessidades de se definir a atmosfera e clima do ambiente, como respostas emocionais e comportamentais ao ambiente iluminado, onde a luz pode influenciar indiretamente sentimentos de preferências, satisfação, relaxamento e estimulação. Estabelecer a segurança, bem estar e saúde destes usuários devem ser premissas incondicionais, seja através da utilização de sistemas de emergência, seja pelo balizamento de degraus em escadas, desníveis de piso, entre outros. Definir através da luz o critério do julgamento estético é comunicar o significado e reforçar os padrões e ritmo da arquitetura, criando uma hierarquia social no campo visual. É reforçada com a utilização de sistemas mistos e não uniforme de iluminação onde se cria cenários coerentes e que transmitem um interesse visual sem ser desordenado ou caótico visualmente. No aspecto de economia de energia e meio ambiente cabe ao projeto estabelecer uma consciência e bom senso ao definir critérios que possam utilizar produtos eficientes e aperfeiçoar seus estudos para redução no consumo e nos custos operacionais proporcionando melhores resultados de eficientização. 1.3. Luz e Arquitetura Pág.: 8
Na premissa de arquitetura, levanta-se a discussão conceitual da interferência da luz na interpretação da forma, da leitura do edifício e da fidelidade da luz ao estilo aplicado ao edifício e a decoração. A luz pode ser definida como um elemento arquitetônico e de design e é através dela que podemos identificar as formas, os volumes, as texturas, os detalhes e ornatos. A arquitetura é um jogo sábio, correto e magnífico dos volumes reunidos sob a luz; nossos olhos são feitos para perceber as formas sob a luz. Le Corbusier A luz é que nos possibilita perceber estes espaços e a sua composição estética se caracteriza através das diversas técnicas hoje utilizadas. A integração da luz com a arquitetura contribui sobremaneira para um melhor entendimento do espaço e do edifício. Mais e mais, tenho a sensação de que a luz é que dá ao edifício sua grandiosidade. Frank Lloyd Wright Estes diferentes fatores e sua aplicação nos diversos projetos devem ser analisados caso a caso, pois diferem em ordem de importância e necessidade, pois em um restaurante a necessidade estética se faz mais presente do que a de acuidade visual, esta de grande importância em escolas e escritórios e maior ainda em indústrias. Portanto, não deve ser considerado de forma generalizada e constante a todas as aplicações. 1.4.-Guia de Projeto de Iluminação Para complementar estas informações o IES estabelece no Lighting Handbook um Guia de Projeto de Iluminação (Lighting Design Guide) e define com sendo recomendações dentro de quatro categorias: muito importante, importante, um tanto importante, não importante, alguns itens de qualificação da luz definidos em uma lista de diversos espaços e ambientes. Os itens listados são: Aparência do espaço e luminárias. Aparência de cor e contraste de cor considera a temperatura de cor e o índice de reprodução de cores. Integração e controle de iluminação natural. Ofuscamento direto. Flicker e efeito estroboscópico. Distribuição de luz nas superfícies. Distribuição de luz no plano de trabalho (uniformidade). Luminâncias das superfícies do ambiente. Modelagem de faces ou objetos. Pontos de interesse. Ofuscamento refletido. Sombras. Geometria da Fonte/ Tarefa/ Olho Brilho / Ponto de interesse refletido. Características das superfícies texturas, cores, especularidade e refletâncias impactam significantemente no resultado da iluminação. Sistemas de controle e flexibilidade. Nota: Estes itens foram desenvolvidos em consenso por um grupo de experientes lighting designers norte-americanos e dentro da sua realidade de desenvolvimento de projetos e devemos, portanto Pág.: 9
considerar apenas como referência e analisar dentro dos parâmetros da nossa realidade e experiência, respeitando nossa diversidade cultural. 1.4.1 - Modelagem de faces e objetos 1.4.2 Distribuição de luz nas superfícies Pág.: 10
2 - Percepção Espacial As pessoas definem o ambiente que enxergam através de um processo chamado de percepção aditiva, é através de um ambiente iluminado dentro do campo de visão que a informação é enviada pelo olho ao nosso cérebro, e transmitida pelo escaneamento dele e formando a concepção de direção, estabelecendo o limite físico deste espaço e ajudando a definir o senso de direção e entender a forma espacial com o mínimo de distração, reforçando a prioridade de orientação e contribuindo para sua atividade e seu envolvimento participativo. Nosso senso de visão é a sensibilidade ao contraste, é o mecanismo de visualização das diferenças, de detectar uma pessoa no entorno, um objeto em cima de uma mesa, uma palavra na folha de um livro, uma árvore sobre o fundo da paisagem. Portanto, a impressão subjetiva de um espaço é a presença de níveis de contrastes presentes neste ambiente, o balanço entre a superfície iluminada em contraposição à sombra do entorno, o jogo dos Pág.: 11
contrastes e intensidades que transmitem sensações e impacto emocional e que causa reações emocionais ao usuário. Não que a luz geral não possibilita a visão, mas é através da estimulação do contraste que se promove a estimulação sensorial e a impressão subjetiva da luz. 3.- Impressões subjetivas Através de uma pesquisa realizada há vinte anos atrás feita pelo professor John Flynn, da Penn State University, foi constatado como as diferentes aplicações de luz, seja em uniformidade e localização dos pontos, podem afetar a impressão que as pessoas têm de um espaço. As impressões básicas subjetivas determinadas pelo experimento são: Amplitude espacial Claridade visual Relaxamento Privacidade Agradabilidade 3.1. Amplitude Espacial É uma impressão obtida quando as superfícies verticais e o teto de um espaço são relativamente claros e bem iluminados. Por esta razão, iluminação uniforme nos perímetros é recomendada para dar a sensação de maior profundidade e fazem com que os espaços se pareçam menos apertados. Altas iluminâncias nestes ambientes são descritas como claro, luminoso, maior, grande, estas são as respostas dos usuários a este tipo de sistema utilizado. 3.2.-Claridade Visual Refere-se a se distinguir as bordas e cores dentro de um espaço, e a distribuição de luz uniforme, indireta, livre de sombras, e chamada de dia nublado, por iluminar as superfícies verticais em todas as direções e com os mesmos níveis, é a luz difusa, sem contrastes nos cantos e ao longo dos contornos das paredes. Como resultado, a modelagem tridimensional das superfícies e objetos fica completamente reduzida. Este efeito é mais eficaz se a posição da luminária estiver no centro do espaço e sua luz for distribuída uniformemente e se a fonte de luz for de aparência de cor mais próxima ao branco neutro ou azulado, melhor será a impressão de claridade remetida ao ambiente. Flynn pensava que a luz azul ajudava a reduzir o tamanho da pupila, e consequentemente causava maior sensação de profundidade. 3.3.-Relaxamento Ao contrário da impressão de claridade, o relaxamento é causado pela não uniformidade da distribuição de luz, causando um sentimento de maior aconchego. Portanto, a utilização de pontos focais em móveis e objetos e efeitos com altos contrastes, invocam sentimento de relaxamento e o uso de fontes de luz com aparência de cor mais quente se torna imprescindível. Iluminar as paredes com focos não uniformes é um recurso bastante utilizado. Deve-se evitar o ofuscamento dos pontos de luz. 3.4.-Privacidade O que define esta impressão e utilizar as fontes de luz distanciadas das pessoas, fazendo com que elas não sejam diretamente iluminadas e livres de pontos focais e de luminárias localizadas próximas a elas. Pág.: 12
Mas isto não quer dizer que o ambiente seja escuro, apenas que elas devem receber a iluminação refletida de superfícies que estejam longe delas, e recebam os menores níveis de iluminação do ambiente. Um bom recurso é enfatizar pontos de interesse no ambiente que chamem mais atenção, como quadros, objetos e elementos de decoração. Esta impressão é muito utilizada em restaurantes de luxo, casas noturnas, lounges de hotéis sofisticados e até em residências. Portanto, Flynn demonstrava que claridade visual na face das pessoas tornava os ambientes de aspecto mais publico e social e que a falta dela caracterizava a intimidade e privacidade. Portanto, em ambientes de festas sociais a existência de claridade facial nas pessoas bem dosada e de baixos níveis, é um convite a sociabilização. 3.5.- Agradabilidade Ambientes agradáveis são determinados pela variedade de sistema de iluminação empregado, e devese sempre se evitar a uniformidade, provendo este ambiente com um aspecto mais relaxante e confortável possível, promovendo impressão de bem estar no usuário. Portanto, a variedade de sistemas evita-se a monotonia e promove e estimula o interesse e encoraja a participação social, evita o desinteresse visual e estimula as reações emocionais ao uso da correta e luz com qualidade. 4 - Técnicas de Iluminação A luz ajuda a definir visualmente este espaço e através dos diversos sistemas de iluminação que podemos utilizar, resulta-se em cenários diversificados e únicos, fazendo com que tenhamos inúmeras interpretações visuais. 4.1 Direção e distribuição de luz Uma luminária emite luz em uma de três direções: Direta, Indireta ou Multidirecional e em uma de duas distribuições: Concentrada Difusa Tanto no sistema de iluminação direta quanto indireta, a luz é emitida em padrões de ângulos ou fachos de abertura definidos através dos diferentes sistemas óticos dos refletores das luminárias resultado de sua distribuição luminosa, que varia dos fachos concentrados aos abertos. Na distribuição concentrada o padrão é a utilização do facho concentrado e na difusa, o padrão é o ângulo aberto. Pode-se também obter variados efeitos de distribuição de luz ao se utilizar lâmpadas com seus determinados ângulos de aberturas de fachos. 4.1.1 Direção direta Pág.: 13
Ao se utilizar uma distribuição concentrada direta em ambientes com pé direito baixo, os objetos, superfícies e faces recebem alta intensidade de luz na parte superior resultando em sombras desagradáveis e paredes que recebem pouca luz, obtendo um efeito de alto contraste. Na distribuição difusa com abertura de fachos abertos em ângulos que variam de 80 a 120 resultam em ambientes mais uniformemente iluminados e provem maior luminosidade nas superfícies verticais, favorecem a modelagem de faces e objetos, minimizam as sombras e reduzem o contraste do ambiente. 4.1.2 Direção indireta Uma distribuição indireta de luz direcionada ao teto e de padrão de facho aberto, favorece a luminosidade ambiental através da reflexão, tornando-se uma fonte secundária de geração de luz. O resultado em ambientes de pé direito alto é mais uniforme, sendo que em ambientes com pé direito baixo a quantidade de pontos deverá ser maior para obter o mesmo resultad. Deve-se evitar pontos concentrados de luz, incorrendo em efeitos indesejáveis, os chamados spots de luz e alta intensidade, evitando-se o desconforto e ofuscamento indireto, principalmente em áreas com existência de terminais de computadores. É importante para melhor eficiência, utilizar este recurso em tetos com alto grau de reflexão (cor branco ou cores bem claras) e evitar superfícies especulares que pudessem refletir o brilho da fonte de luz. Evitar, portanto a luz indireta em tetos com superfícies de vidro ou cores escuras. Favorece a modelagem de faces e objetos, sem sombras e contrastes do ambiente e com maior uniformidade nos planos horizontais e verticais. 4.1.3 Direção multi-direcional É produzida por luminárias que emitem simultaneamente luz direta e indireta (em distribuição fechada) ou difusa. As luminárias de direção de luz direta e indireta com fachos concentrados são muito aplicadas como efeitos decorativos e dramáticos, como as arandelas, pendentes e lustres, que podem ser classificadas também como multi-direcional concentrada e também semi-direta se 60% a 90% do fluxo for para baixo, ou semi-indireta, se 60% a 90% do fluxo for emitido para cima. As de facho aberto com luz difusa e indireta e sem emissão lateral de luz são muito utilizadas em escritórios para iluminar planos de trabalho com maior uniformidade e maior conforto visual, evitando o ofuscamento direto, mas é pouco eficiente. 4.2.- Fontes secundárias de luz Qualquer objeto ou superfície que reflete ou transmite luz pode ser considerado uma fonte secundária de luz. A lua é um bom exemplo, mesmo não sendo capaz de gerar ou produzir luz, a consideramos como uma fonte de luz e até denominamos seu efeito como a luz do luar, que de fato o que vemos é a luz do sol refletida pela superfície da lua. Da mesma maneira em ambientes internos, podemos utilizar as paredes e o teto como fontes secundárias de luz, gerando luminosidade através da reflexão das suas superfícies. Portanto o estudo do tipo de material empregado e de suas características, suas refletâncias e transmitâncias devem ser considerados para a utilização deste recurso. Pág.: 14
Altas refletâncias irão gerar maiores iluminâncias e superfícies de maior fator de luminância irão possibilitar maior eficiência do sistema, por outro lado deve-se evitar superfícies especulares como pedras polidas, pisos, paredes e tetos brilhantes, vidros e espelhos. 4.3. - Wall washings Este recurso é utilizado para criar uma ilusão de profundidade e alargamento espacial, onde a luminosidade das superfícies verticais nos causa a impressão de amplitude visual fazendo com que pensemos que os ambientes são maiores e mais profundos do que fisicamente eles o são. Também é para gerar ponto de interesse e de atração visual para o entorno, uma vez que as paredes têm grande importância na percepção espacial, sendo o maior elemento arquitetural dentro do campo de visão ambiental e ainda para valorizar obras de arte, desde que não tenham molduras acentuadas. Evitar em superficies com imperfeições. São usados dois sistemas: luminárias individuais e de linha contínua. Em ambos, para minimizar a reflexão especular no topo das paredes, os refletores devem ter acabamento fosco ou os chamados matte e sua distribuição ser assimétrica. Seu resultado eficaz depende da qualidade e alta performance das luminárias, para alcançar eficiência e efeito perfeito de uniformidade. A melhor localização das luminárias que são desenvolvidas para este uso, é de 1/3 da altura da parede e nas individuais a distância entre elas deve ser a mesma utilizada da parede, e ainda podem ser usadas sancas invertidas ou luminárias adjacentes ao término da parede e teto. 5. Grandezas e Unidades 5.1 - Fluxo luminoso ( Lm ) O fluxo luminoso é a "quantidade " de energia produzida por uma fonte luminosa por segundo medida conforme a sensação luminosa que produz. Sua unidade de medida é o LÚMEN, que se define como o fluxo luminoso emitido por um foco puntiforme, com intensidade de 1 candela, segundo um ângulo sólido de um esferorradiano. 5.2 - Eficiência Luminosa ( Lm/w) Toda fonte de luz ao emitir fluxo luminoso consome energia, expressa em watts e a relação entre o número de lúmens irradiados pelos watts consumidos exprime sua eficiência luminosa em lúmens por Pág.: 15
watt (Lm/w). 5.3 - Intensidade Luminosa ( cd ) É a concentração de luz, ou uma porção do fluxo luminoso, numa direção específica, radiado por unidade de ângulo sólido. Sua unidade é a CANDELA ( cd ). 5.4 - Iluminância ( lux ) É a quantidade de luz (fluxo luminoso) atingindo uma área de uma superfície. Sua unidade é o LUX. 1 lux equivale a um lúmen por metro quadrado (1 Lux = 1 Lm I m2 ). Portanto, iluminância é a razão do fluxo Iuminoso incidente numa superfície pela área da mesma Alguns exemplos:. Verão, sob céu claro, ao meio dia o - 100.000 lux Pág.: 16
Idem, na sombra de uma árvore o - 10.000 lux. Céu encoberto o - 5.000 lux Lua cheia, noite clara o - 0.25 lux Iluminação pública o - 5 a 30 lux Descrição da Atividade Em (lx) Escritórios 500 Depósito 200 Circulação/corredor/escadas 150 Garagem 150 Residências (cômodos gerais) 150 Sala de leitura (biblioteca) 500 Sala de aula (escola) 300 Sala de espera (foyer) 100 Escritórios 500 Sala de desenhos (arquit.e eng.) 1000 Editoras (impressoras) 1000 Lojas (vitrines) 1000 Lojas (sala de vendas) 500 Padarias (sala de preparação) 200 Lavanderias 200 Restaurantes (geral) 150 Laboratórios 750 Museus (geral) 100 Indústria/montagem (ativ. visual de precisão média) 500 Indústria/inspeção (ativ. de controle de qualidade) 1000 Indústria (trabalho rude geral) 200 Indústria/soldagem (ativ. de muita precisão) 2000 5.5 - Luminância ( cd/m2 ) De todas as grandezas até agora descritas, nenhuma é visível, os raios de luz não são vistos, o que nos causa a sensação de claridade é chamada de Luminância. Podemos, assim, conceituar Luminância como sendo a quantidade da radiação emitida por uma Pág.: 17
superfície luminosa, vista de uma direção específica. É expressa em candelas por metro quadrado (cd/lm2). ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 6. Características das Lâmpadas As lâmpadas são apresentadas com algumas características fundamentais para uma boa avaliação e comparação, das quais destacamos: Potência (W) Pág.: 18
6.1.- Potência Fluxo Luminoso Inicial e Mantido (Lm) Eficiência (Lm/W) Índice de Reprodução de Cores (IRC) Aparência de cor ( o K) Vida útil ou vida mediana (h) A potência elétrica de uma lâmpada é a quantidades de unidade de energia elétrica, medida em Watts (W), durante 1 hora de utilização. Sendo assim, uma lâmpada de 60W, consome este valor em 1 hora. 6.2.- Fluxo Luminoso Inicial e Mantido (Lm) Uma lâmpada quando nova, produz uma certa quantidade de luz, que é medida em Lúmens (Lm), que vai diminuindo no decorrer de sua vida útil. Esta diminuição é expressa por um valor de manutenção de lúmens, que exprime o quanto devemos supor de diminuição da luz produzida pela lâmpada, durante sua vida. Os fabricantes também podem informar tais valores, simplesmente apresentando um valor inicial e um valor de fluxo chamado mantido, sempre menor que o primeiro. É importante salientar-mos que estes valores são sempre informados pelos fabricantes de lâmpadas. 6.3.- Eficiência (Lm/W) A eficiência de uma lâmpada é medida em função da quantidade de energia consumida e transformada em radiação visível (Luz). Portanto, uma lâmpada incandescente, que produz somente 10% da energia consumida em luz visível e o restante em calor, quando tiver sua eficiência apresentada, somente terá a porção de luz visível considerada para o cálculo. As lâmpadas apresentam as seguintes eficiências em ordens de grandeza: Eficiência através dos tempos Lm/W 250 200 150 100 50 0 1930 1960 1970 1980 ano Incand. Halóg. Fluor. Merc. Met. Sd AP SD BP 6.4.- Índice de Reprodução de Cor (IRC) Pág.: 19
Mesmo sob luz artificial, queremos observar o mundo ao nosso redor de uma forma natural. As diversas fontes de luz têm a característica de reproduzirem cor dos objetos de diferentes maneiras, para se poder analisar essa característica foi estabelecido um índice de reprodução de cores, baseado na aparência de um número de cores de testes sob diferentes fontes de luz, variando de O a 100, quanto mais próximo desse valor, melhor. Durante muito tempo usou-se o SOL como fonte padrão de referência, hoje consideramos os seguintes padrões:. Radiador absoluto de uma temperatura de cor próxima para fontes com aparência de cor correlata abaixo de 5.000 K.. Luz do dia natural em localidades distintas ( Engield - Inglaterra, Rochester - USA, Otawa -Canadá) para fontes de luz com aparência de cor correlata superior a 5.000 K. A capacidade de reproduzir as cores com fidelidade é uma característica de cada lâmpada, variando de fabricante para fabricante, pois é um resultado de diferentes tecnologias adotadas, e, dependendo da aplicação, é uma característica fundamental a ser verificada para obter os resultados esperados. Principalmente as lâmpadas de descarga, como as fluorescentes e vapores metálicos apresentam valores de IRC bastante diferentes, para mesmas aparências de cores, portanto, visualmente para lâmpadas similares. Com o advento, por exemplo, do pó fluorescente chamado trifósforo, conseguimos lâmpadas com aparência de cor similar às lâmpadas com pó fluorescente comuns, porém passando o IRC de 60 para 85 e até acima de 90. 6.5.- Reprodução de cor As fontes de luz com a mesma aparência de cor não implica necessariamente que superfícies coloridas pareçam iguais quando iluminadas por ela. Não há relação direta entre aparência de cor e reprodução de cor, pois como já vimos a cor de um objeto é devido a sua reflexão seletiva e depende exclusivamente dos comprimentos de onda espectrais contidos na luz incidente, determinando assim a capacidade de reprodução de cor da fonte de luz. 6.6.- Aparência de cor A luz branca é a energia luminosa que contém todos os comprimentos de onda eletromagnética das demais cores percebidas pelo olho humano, que transforma todos estes comprimentos de onda em uma informação para o cérebro. O balançeamento dos diversos comprimentos de onda existentes em uma luz branca determina a aparência desta luz, sendo uma luz branca fria ou morna, e como as pessoas e objetos irão ser percebidas, quando iluminadas. Para aparências de cor, ou temperaturas de cor abaixo de 3000K, é usual a definição de aparência morna. Aparências de cor próximas de 3500K, são chamadas de neutras, e aparências de cor acima de 4000K são consideradas frias. 6.7.- Temperatura de cor 6.7.1 - Radiador de corpo negro O corpo negro, ou radiador absoluto, apresenta a característica de emitir luz com o mesmo Pág.: 20
comprimento de onda a determinadas temperaturas, sendo por isso usado como padrão de referência na definição de cor das fontes de luz. 6.7.2 - Temperatura de cor correlata A radiação visível de uma cor emitida pelo corpo negro quando aquecido a uma certa temperatura, é chamada de "temperatura de cor", ou seja, a cor da luz emitida, e é expressa em graus Kelvin. Comparando-se essa cor emitida com a das fontes de luz, define-se sua aparência de cor ou temperatura cor correlata, também expressa em graus Kelvin. Assim lâmpadas com temperatura de cor menor que 3300 K apresentam aparência de cor branca ( amarelado) quente, entre 3300 K a 5000 K, branco intermediário e maior que 5000 K branca ( azulado ) frio. Portanto, verifica-se que fontes de luz com a mesma temperatura de cor se apresentam com aparência de cor idêntica. 6.8.- Vida útil ou vida mediana Uma lâmpada, durante sua vida, pelo fato de haver um desgaste dos componentes envolvidos, tais como filamentos, gás, etc..., diminui a quantidade de luz emitida, e, num determinado tempo, mesmo ainda funcionando, emite tão pouca luz que economicamente não é mais interessante sua utilização. O conceito de vida útil exprime justamente este fato, ou seja, o período economicamente viável de uma lâmpada. Já o conceito de vida mediana, normalmente exprimindo valores maiores que os apresentados pelo conceito de vida útil, deve ser complementado por duas outras informações, que são: A curva de mortalidade A curva de manutenção de lúmens Na curva de mortalidade, é mostrado o valor estatístico no qual 50% de um determinado lote mantém-se ainda aceso (motivo do nome vida mediana). Manutençao de Lúmens Mortalidade 100 100 % do fluxo luminoso 80 60 40 20 % sobrevivente 80 60 50 40 20 0 0 2 4 6 8 10 12 Horas de Operação (x1000) 0 100 40 80 120 160 200 % vida nominal Já na curva de manutenção de lúmens, verificamos a diminuição da emissão de luz durante as horas de operação. Os gráficos apresentados são característicos de uma lâmpada fluorescente, e podemos verificar que em 8.000 horas de operação, esta determinada lâmpada produz 80% da luz produzida inicialmente. Pág.: 21
A curva de manutenção de lúmens é baseada no padrão industrial de 3 horas de operação por partida, com o valor inicial medido após a maturação da lâmpada, ou seja, após 100 horas de acendimento contínuo. Estes diferentes conceitos devem ser considerados, pois números muito diferentes são apresentados no mercado, e alguma confusão pode ser criada, caso não sejam verificadas estas diferenças. Portanto, verifique sempre o valor de vida útil ou vida mediana do produto que você estiver especificando, e na dúvida, entre em contato com os fabricantes de lâmpada para um maior esclarecimento do tipo de vida que se está sendo apresentado. 7.- Distribuição Luminosa A distribuição da intensidade luminosa de uma fonte é a representação, por meio de curvas ou tabelas, dos valores de intensidade luminosa da fonte em função de suas direções no espaço. Esta distribuição pode apresentar aspectos variados, dependendo da variação espacial dos valores de intensidade luminosa. Curva de distribuição luminosa para lâmpada halógena refletora de facho concentrado de 8, onde apresenta o resultado de 3100 cd máximo no centro do facho. 8.- Curva de distribuição espectral A distribuição espectral é geralmente representada de um gráfico que identifica o comportamento da potência energética ao longo de uma faixa de comprimento de onda, medida dentro de intervalos de comprimentos menores. Esses intervalos são em geral de 10 nm, 5 nm ou 1 nm. O valor da potência espectral é dado em uma unidade de potência por 10, 5 ou 1 nm. Pág.: 22
9. Tipos e Características de Luminárias Existem mais luminárias no mercado que qualquer outro equipamento de iluminação, sendo muitos e muitos tipos diferentes, feitos por vários fabricantes. Escolher uma luminária que resolva todas as nossas exigências de luminâncias e controle optico, uniformidade e eficiência é uma parte importantíssima do projeto de iluminação. A função da luminária é dirigir eficientemente a luz produzida pela lâmpada, para direções apropriadas, não causando desconforto visual, tal como o ofuscamento. Idealmente, a lâmpada direciona a luz produzida pela lâmpada, escondendo esta de nossos olhos. As luminárias existentes são classificadas como: Direta Semi-Direta Pág.: 23
Difusa Direta-Indireta Semi-Indireta Pág.: 24
Indireta Lâmpadas mais sofisticadas requerem luminárias especiais, objetivando o uso correto das diversas tecnologias existentes. As luminárias também afetam significantemente a operação das lâmpadas, pois a temperatura interna resultante da operação da lâmpada é um fator importante para atingirmos o ponto ideal de operação do sistema. Estes e outros fatores mostram o quão importante é uma boa seleção de luminárias no mercado, pois de nada serve um bom projeto de iluminação, se as luminárias utilizadas forem de má qualidade. 10.- Tipos de luminárias : 10.1- Luminárias diretas abertas Sistemas diretos abertos não utilizam nenhum sistema de controle óptico, sendo muito eficientes, porém normalmente causando desconforto e ofuscamento aos usuários do ambiente. São compostas de uma estrutura metálica que contém o reator, os soquetes, e por si só são também a estrutura de reflexão da luz. Normalmente pintadas de branco, este sistema é muito utilizado em ambientes pouco nobres, como corredores de serviço, garagens, etc... 10.2- Luminárias abertas com refletor especular Pág.: 25
As luminárias abertas básicas podem ser equipadas com os refletores especulares, que podem não aumentar a eficiência da luminária, más aumentam o valor do coeficiente de utilização, pois mais luz é direcionada para o plano de trabalho. 10.3- Luminárias diretas com shield São as luminárias que utilizam lentes, louvres ou outro dispositivo que impede a visualização direta da lâmpada em ângulos normais de visão. 10.4- Luminárias com shield e refletor especular São similares às luminárias abertas industriais ou comerciais, porém utilizam louvres e refletores especulares, aumentando assim a eficiência e o coeficiente de utilização das luminárias. 10.5- Luminárias embutidas com troffers parabólicos Estas luminárias estão se tornando as mais utilizadas na iluminação comercial, podendo ser encontradas com células parabólicas grandes ou pequenas, variando assim o grau de controle de ofuscamento e a eficiência. As luminárias parabólicas de células grandes são mais eficientes, apresentando maiores coeficientes de utilização, enquanto que as luminárias com células parabólicas pequenas apresentam um maior controle de ofuscamento. Estas luminárias são utilizadas onde há um grande número de terminais de vídeo ( video display terminal - VDT), pois evitam o reflexo das lâmpadas nos terminais. 10.6- Componentes As luminárias são compostas pelas seguintes partes: Lâmpadas com seu respectivo soquetes Reator Refletor Difusor Housing Uma luminária eficiente otimiza a performance de cada parte que compõem o sistema, e muitas vezes, em uma verificação cuidadosa na curva fotométrica de uma determinada luminária, podemos avalizar o grau de qualidade do projeto desta luminária. Na avaliação de uma luminária, a eficiência (ou a relação de lúmens emitido pela lâmpada e dos lúmens emitido pela luminária que a contém) e a distribuição de luz são consideravelmente importantes, e devem ser, normalmente avalizadas por laboratórios que possam emitir dados com confiabilidade. Quando acessamos aos dados de distribuição devemos considerar o grau de controle óptico ou grau de ofuscamento proporcionado, e a proporção de luz produzida pela lâmpada que atinge o plano de trabalho. 10.7- Materiais de reflexão (refletores) Avanços na ciência de materiais resultaram em muitos novos materiais, capazes de aumentar significantemente a eficiência em sistemas ópticos. Estes materiais apresentam um acabamento especular, como o espelho, permitindo um preciso direcionamento da luz. Pág.: 26
Dentre os novos materiais, destacamos: Alumínio especular, anodizado, com refletância total de 85-90% Alumínio especular anodizado com múltiplas camadas de filme dielétrico, com refletância total de 88-94% Polyester claro com depósito de prata à vácuo, aderente, com refletância total de 91-95% Algumas luminárias eficientes utilizam estes materiais especulares, em refletores cuidadosamente projetados para máximo controle de luz e eficiência. BIBLIOGRAFIA SUGERIDA REA, Mark S., Lighting Handbook, 9 th Edition, USA, Illumination Engineering Society of North América, 2000 PONTE, Silvio de, Architetture di Luce, Città di Castello,Itália, Gangemi Editore, 1996 GORDON Gary, Interior Lighting for Designers, 4 th Edition, USA, John Wiley & Sons, Inc, 2003 PENN STATE UNIVERSITY, Architectural Lighting Design Pratice I, USA, 2004 KARLEN, Mark and BENYA, James, Ligthing Design Basics, USA, John Wiley & Sons, Inc, 2004 Good Lighting for Offices and Offices Buidings, Germany, Fördergemeinschaft Gutes Licht, 1998 PHILIPS, Manual de Iluminação, Eindhoven, Philips Lighting Division, 1975 OSRAM, Manual Prático de Iluminação, Brasil, 1995 Modulor Ingenieria y diseño em iluminación, catálogo de produtos, 1998 Designing with light and shadow / Kaoru Mende & Lighting Planners Associates Inc. Mulgrave, Vic. : Images Publishing Group, 2000. Architektur-Licht-Architektur / Ingeborg Flagge, hrsg. Stuttgart : K. Krämer, 1991. Light & space: modern architecture / edited and photographed by Yukio Futagawa ; text by Riichi Miyake. Tokyo : A.D.A. EDITA, 1994- The Colours of Light: Tadao Ando architecture. Phaidon Press, 1996. Between Silence and Light: Spirit in the architecture of Louis Kahn / John Lobell. Boulder : Shambhala, 1979. James Turrell : the art of light and space/ C. Adcock. University of California Press, Berkeley., 1990. Vision in motion / L. Moholy-Nagy. P.Theobald, Chicago, 1965. Jean Nouvel : the elements of architecture / Conway Lloyd Morgan. New York : Universe Pub., 1998. Sites de pesquisa: www.iald.org www.pldplus.com www.lighting.com www.lightingacademy.com Fica expressamente proibida a cópia ou reprodução total ou parcial do conteúdo desta apostila, além de sua publicação, sem a devida autorização do autor. Pág.: 27