1 de 9 01/11/2010 22:17 Iluminação de piscinas com fibras ópticas Fábio Magalhães O sistema mais utilizado atualmente para a iluminação de piscinas é composto por projetores submersíveis, portanto, instalados abaixo do nível da água. Até a década de 1970, uma tecnologia muito empregada na iluminação era com lâmpadas de automóvel do tipo Sealed Beam, adaptadas em grandes nichos normalmente feitos de cobre e introduzidos durante a construção das paredes da piscina. Essas peças grandes e relativamente desproporcionais interferiam muito na arquitetura e na construção da piscina. Além disso, em curto espaço de tempo ocorria deterioração do revestimento de cromo, expondo o cobre e, por conseqüência, aparecendo o zinabre esverdeado. A NBR 5410 - Instalações elétricas em baixa tensão, em seu capítulo 9.2 prescreve condições particulares às áreas envolvidas por uma piscina. O texto da norma determina as características dos volumes a serem protegidos, a forma de proteção contra choques elétricos, seleção e instalação de componentes, linhas elétricas, dispositivos de proteção e comandos e componentes adicionais à instalação. Em favor da segurança, a norma impõe aos sistemas de iluminação de piscinas restrições construtivas, especificando refletores com lâmpadas de baixa tensão e alta potência, com vida útil inferior às lâmpadas tradicionais. Esse tipo de iluminação, quando comparado com a anterior, é muito mais caro tanto em termos de custos iniciais quanto de manutenção. Uma boa iluminação de piscinas é baseada na distribuição uniforme da luz, evitando-se, quando possível, focos concentrados de iluminação. Essa uniformidade é difícil de ser obtida no sistema de refletores, com fachos concentrados de luz. Um sistema alternativo, com possibilidades de contornar as limitações dos refletores, é a iluminação de piscinas por fibra óptica. Esse sistema, quando comparado aos anteriores, é o mais seguro, pois a fibra óptica é um meio dielétrico.
2 de 9 01/11/2010 22:17 Figura 1 - Transmissão de luz em fibra óptica Justificativa do sistema As fibras ópticas são filamentos cilíndricos de sílica, vidro ou plástico, de altíssima pureza e dimensões bem reduzidas, constituídas de uma casca e um núcleo óptico concêntrico, cuja estrutura permite o direcionamento e a propagação da luz no núcleo. O princípio de funcionamento da fibra óptica baseia-se no efeito da reflexão total da luz, que ocorre devido à diferença entre o índice de refração do núcleo e da casca. Dessa forma pode-se dizer que a fibra óptica se comporta como um condutor de luz, capaz de transportá-la de uma origem conhecida a um destino conhecido. Baseando-se nessa propriedade, foi desenvolvido um sistema de iluminação de piscinas, na qual a fonte de luz é montada em uma edificação periférica à piscina. Por exemplo: na própria casa de bombas. A fibra óptica transporta essa luz até o interior da piscina, refletindo em pontos pré-determinados pelo projeto de arquitetura ou decoração. As principais vantagens do sistema são: Não há risco de choque elétrico Maior versatilidade Maior qualidade de iluminação, que pode ser traduzida na homogeneidade da distribuição luminosa e na quantidade de luz Possibilidade do uso de cores e efeitos de iluminação Menor consumo de energia Menor custo de manutenção Maior facilidade de manutenção Como desvantagens pode-se citar: Maior custo de implantação Relativa falta de capacitação técnica no mercado (tecnologia restrita a poucos distribuidores) Com o avanço da produção de fibras ópticas existe uma tendência natural para a diminuição de custos e otimização da qualidade das fibras, proporcionando maior rendimento ao sistema e tornando-o mais competitivo em relação aos sistemas convencionais. Descrição funcional do sistema Fontes de luz
3 de 9 01/11/2010 22:17 O sistema para iluminação de piscinas com uso de fibra óptica utiliza uma fonte de luz localizada em uma das extremidades da fibra, projetada de maneira que exerça as seguintes funções: Enviar a maior quantidade de luz possível na entrada da fibra óptica, mediante o emprego de conjunto refletor de luz. Esse dispositivo possui lentes para concentrar o foco de luz sobre a entrada da fibra Possibilitar o emprego de filtros coloridos, em alguns casos com comutação automática ou remota Dependendo do projeto, a fonte de luz pode ser aproveitada para a iluminação periférica São inúmeros os modelos de fonte de luz, porém o sistema construtivo é em geral o mesmo, com pequenas variações. Como exemplo, será adotado um sistema formado por um poste instalado no espaço lateral da piscina, que serve para iluminar a fibra óptica e ao mesmo tempo como iluminação balizadora. O chassi consiste em um cilindro de alumínio fundido soldado a uma base quadrada. A parte superior acaba em um difusor de cristal e uma tampa cônica. A fixação dos componentes internos é feita com suportes específicos. Fonte: Catálogo KOMLux Fibras Ópticas, 2005. Figura 2 - Componentes do sistema de iluminação de piscinas A fonte de luz sustenta-se numa base quadrada, com quatro pernas que se ancoram sobre uma base de concreto. A carcaça possui janelas de ventilação em pelo menos dois níveis. A função desse equipamento é concentrar ao máximo a luz gerada pela lâmpada, concentrando-as na entrada da fibra óptica. O conjunto é formado por um refletor elíptico em alumínio polido e lâmpada de vapor metálico. Normalmente esses refletores possuem geometria elipsoidal, que concentram os raios de luz quando a lâmpada se encontra no foco do refletor. Dependendo da aplicação e tipo de lâmpada, pode ser adotado refletor parabólico com lente
4 de 9 01/11/2010 22:17 concentradora ou refletor esférico com um conjunto de lentes de foco. O sistema elipsoidal é o que utiliza menor número de componentes, sendo mais simples, robusto, de mais fácil manutenção e menor sensibilidade às variações do tipo de lâmpada. Porém, é o que apresenta menor rendimento e maior aberração de cor. O tipo de lâmpada mais utilizado para essa aplicação é o multivapor metálico, com as seguintes características operacionais: Fluxo luminoso - 11.000 lm Temperatura de cor - 3.000 K a 5.000 K (dependendo do tipo da composição do vapor) Vida útil - 12.000 h Luz extremamente brilhante Alta intensidade de iluminação Baixa carga térmica Necessitam de reatores/ignitores Devem ser utilizadas em luminárias fechadas (com vidro) Fonte: Luces CEI, 2004. Figura 3 - Fonte de luz decorativa O sistema de fixação e proteção da entrada da fibra é constituído de uma base parafusada, na qual se fixa a extremidade da fibra. Os parafusos de fixação da base permitem ajustes de altura e centralização, garantindo que o centro da fibra fique no foco do refletor. A extremidade da fibra é protegida por um filtro anticalórico. O filtro anticalórico é um componente que realiza a função de proteção da entrada da fibra contra o aquecimento e o envelhecimento. É composto por um vidro temperado, pirex, resistente a uma temperatura de 350oC. As
5 de 9 01/11/2010 22:17 características do filtro são: Comprimento de onda filtrado - 750 nm a 1.500 nm Rendimento do filtro - 85% Rendimento na banda de passagem - 90% A maioria dos sistemas utiliza uma fonte de luz fechada, instalada na casa de bombas ou em algum outro ambiente fechado. Um outro sistema, com finalidade decorativa e também destinada à iluminação periférica da piscina, possui na parte superior um difusor de cristal e um soquete para lâmpadas de rosca padrão E27, para uso de lâmpadas incandescentes de até 40 W, ou fluorescentes compactas. Normalmente esse sistema é montado na entrada principal da piscina ou nos jardins ao redor. A recomendação é que esses dispositivos sejam instalados a uma distância superior a 2,5 m da borda da piscina, caracterizando o volume 2, descrito no capítulo 9 da NBR-5410. Dessa forma, a fonte de luz pode possuir grau de proteção IPX4, classe I ou classe II, conforme seu método construtivo. Seja qual for o grau de proteção, recomenda-se que a fonte de luz seja aterrada, adotando-se também dispositivo de proteção diferencial residual (DR) para a proteção dos circuitos próximos à piscina (tomadas, casa de bombas e iluminação). Um outro limitador de posicionamento da fonte é o comprimento da fibra. Não existe uma distância máxima de limite. Porém, quanto maior for o comprimento da fibra, maior será a perda de luz e, portanto, menor será o rendimento do sistema. Em sistemas de baixa potência essas perdas deverão ser seriamente consideradas, uma vez que interferem diretamente na quantidade de luz transmitida e posteriormente emitida pela fibra. Fibra óptica No caso específico de iluminação de piscinas, a fibra óptica é composta por um feixe de cabos ópticos. Esses cabos têm a finalidade de transporte e distribuição de luz em todo o volume da água.
6 de 9 01/11/2010 22:17 Fonte: Catálogo Fasa, 2005. Figura 5 - Fonte de luz Esses feixes são compostos por vários cabos de fibra, que podem ter diâmetros e comprimentos diferenciados, adequados aos locais de término no interior da piscina. Na outra extremidade, quando os cabos estão no feixe, é instalado um conector de latão. Cada cabo possui uma capa flexível e estanque que protege mecanicamente as fibras. A tubulação que interliga o sistema é composta por eletrodutos de PVC flexível. Não se recomenda o uso de bitolas inferiores a 20 mm. Um outro cuidado é que a soma das seções transversais das fibras não superem 40% da seção interna da tubulação. A seleção da fibra óptica é influenciada por três fatores: Número de pontos para obter a iluminação desejada na piscina Rendimento global do sistema para cobrir a quantidade de lumens necessários (esse item afeta diretamente o número, o comprimento dos cabos e seus diâmetros) A padronização de fabricação das fibras disponíveis no mercado (diâmetros e arranjos) Os terminais (projetores) de fibra óptica são normalmente fabricados com aço inox, com frente de metacrilato (em alguns casos lentes de vidro), e impermeabilização. Esses dispositivos são instalados nas paredes internas das piscinas e têm como finalidade a proteção e o acabamento da fibra. Alguns modelos de terminais são orientáveis, permitindo a modificação da direção do feixe de luz dentro da piscina, flexibilizando, portanto, a distribuição de luz.
7 de 9 01/11/2010 22:17 Fonte: Catálogo Fasa, 2005 Figura 7 - Terminal de fibra Instalações elétricas O sistema deverá obedecer às prescrições do capítulo 9.2 da NBR-5410, que leva em consideração os riscos de choque elétrico devido à diminuição da resistência elétrica do corpo humano. E também ao capítulo 5.1 da referida norma, que prescreve quanto às medidas de proteção para garantir a segurança, principalmente aquelas que utilizam a "extrabaixa tensão". A norma classifica três volumes a serem protegidos, conforme mostra a figura 8. A tabela 1 discrimina essa classificação e resume as soluções apontadas, porém a norma é bem mais completa. Para um projeto específico essa norma deverá ser obrigatoriamente consultada, e as suas prescrições deverão ser respeitadas de forma a garantir segurança aos usuários da piscina. Mesmo atendendo todas as condições de segurança estipuladas pela norma, recomenda-se para os circuitos pertencentes ao entorno da piscina (inclusive a piscina) o uso de DR's de alta sensibilidade. Recomendações para o projeto de iluminação A escolha dos componentes deve seguir uma série de critérios específicos para uma boa solução no projeto de iluminação da piscina. Esses critérios podem ser resumidos em: Rendimento da fibra óptica: a fibra óptica tem um certo rendimento em função de sua qualidade, expresso em db/km. Quanto maior for a distância a ser percorrida pela fibra, maiores são os custos de instalação e maiores são as perdas de rendimento do sistema Ângulo de abertura: a luz concentrada tem que incidir sobre a fibra óptica com um certo ângulo máximo, caso contrário a fibra irá rejeitar a luz. Esse ângulo depende da fibra utilizada Rendimento do conjunto refletor (concentração de luz): existem diferentes sistemas eficazes para a concentração de luz artificial. Em função do sistema e dos componentes chega-se a certas relações entre rendimento, dimensões do ponto de luz e complexidade do refletor. Todos os sistemas estão fortemente
8 de 9 01/11/2010 22:17 condicionados ao tipo de lâmpada utilizada Temperatura na zona de concentração: a radiação infravermelha emitida pela lâmpada deverá ser convenientemente tratada, em função das altas temperaturas produzidas na zona de concentração de luz. Esse aquecimento é diretamente condicionado ao tipo de lâmpada utilizada. A observação desses critérios resulta em uma maior eficiência na iluminação, com o uso de equipamentos mais simples e de menor custo. Conclusão O sistema de iluminação de piscinas com fibra óptica apresenta grande flexibilidade na distribuição de luz, com rendimento energético superior ao sistema convencional para um mesmo fluxo luminoso no interior da piscina, significando economia de energia elétrica. O sistema pode ser aplicado em outros ambientes, inclusive locais mais agressivos tais como saunas e ambientes com riscos de explosões e etc. O efeito decorativo é muito valorizado, uma vez que a iluminação se torna homogênea, sem zona de sombras, com possibilidade de uso de cores, inclusive com variação e movimento.
9 de 9 01/11/2010 22:17 Figura 8 - Volumes de proteção Leia Mais NBR 5410 - Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 1997. Iluminación de piscinas mediante la tecnología de fibra óptica. E.R. Elias, e R.O. Romero. Luces CEI, pp. 47-57, setembro 1994. Sites consultados www.orsram.com.br www.komlux.com.br www.fibraotica.com.br Fábio Magalhães, engenheiro da Tecnofutura Planejamento e Consultoria Técnica tecnofutura@tecnofutura.com.br