INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS Prof.: Luís M. Nodari luis.nodari@ifsc.edu.br http://www.joinville.ifsc.edu.br/~luis.nodari/ 1

Luminotécnica Revisão 2

1- DEFINIÇÃO 2- RESGATE HISTÓRICO 3- ESPECTRO VISÍVEL 4- CONCEITOS E GRANDEZAS FUNDAMENTAIS DA LUMINOTÉCNICA 5- TIPOS DE LÂMPADAS 6- CÁLCULO LUMINOTÉCNICO 7- EXEMPLOS E APLICAÇÕES 8- BIBLIOGRAFIA 3

4 Definição Luz, ou radiação visível, é energia em forma de ondas eletromagnéticas capazes de excitar o sistema humano, olho-cérebro, produzindo diretamente uma sensação visual. As ondas eletromagnéticas não necessitam do meio para sua transmissão, elas passam através de sólidos, líquidos ou gases, mas se propagam mais eficientemente no vácuo, onde não há nada para absorver a energia radiante. A parcela da radiação eletromagnética compreendida entre os comprimentos de onda de 380 a 780 nm é conhecida como luz, sendo a faixa do espectro que o olho humano consegue perceber. Dependendo do comprimento de onda será a cor da luz percebida pelo olho humano. Nos comprimentos de onda de 380 a 440 nm tem-se a cor violeta, de 440 a 500 nm a cor azul, de 500 a570 nm a cor verde, de 570 a 590 nm a cor amarela, de 590 a 630 nm a cor laranja e finalmente de 630 a 780 nm a cor vermelha.

Definição 5

6 Importância Atualmente passamos a maior parte do tempo em ambientes iluminados parcialmente por aberturas, mas predominantemente iluminados artificialmente. Nas estradas, à noite, estamos totalmente dependentes dos faróis dos veículos e das luminárias das ruas para nossa segurança.

7 Resgate Histórico Teoria do Corpuscular : teoria defendida por Isaac Newton (1642-1727), que no século XVII imaginou que a luz poderia ser constituída de partículas. Corpos luminosos emitem energia radiante em partículas; Que estas partículas são lançadas intermitentemente em linha reta; Que as partículas atingem a retina e estimulam uma resposta que produz uma sensação visual.

8 Resgate Histórico Thomas Young (1773-1829) juntamente com Augustin Fresnel (1788-1827) conseguiu reunir importantes evidências para validar a teoria ondulatória, foi o primeiro a concluir que as cores diferentes são produzidas por diferentes comprimentos de onda. Em 1865, o físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) explicou matematicamente esse relacionamento, elaborando a teoria do eletromagnetismo, com base nas teorias já desenvolvidas por Faraday.

9 Resgate Histórico Maxwell percebeu que ao fazer uma corrente elétrica oscilar em dois sentidos, para frente e para trás, esta produz ondas eletromagnéticas variáveis que se irradiam a uma grande velocidade demonstrou que estas ondas eletromagnéticas se deslocavam a velocidade da luz, o que o levou a concluir que a própria luz era uma forma de onda eletromagnética. A teoria defendida por Maxwell baseia-se nos seguintes princípios: Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante; A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnéticas; As ondas eletromagnéticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz uma sensação visual.

10 Resgate Histórico Teoria Quântica No final da década de 1850, o físico alemão Gustav Kirchoff (1824-1887) descobriu que todos os átomos podem emitir ou absorver determinados comprimentos de onda. Esta descoberta demonstrou a existência de fortes ligações entre os átomos e a luz. Max Planck (1858-1947) desafiou a todos sugerindo que a energia na radiação não era contínua, mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. Sua teoria quântica mostrou que em certas circunstâncias a luz podia ser concebida como partículas, como acreditavam os seguidores da teoria corpuscular de Isaac Newton.

11 Resgate Histórico Se um elétron desloca-se de uma órbita externa para outra mais interna, ele perde energia, que é liberada como um quantum de luz, ou fóton. A teoria defendida por Planck possui as seguintes premissas: A energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton; A magnitude de cada quantum é determinada pelo produto de h e f onde: h é a constante de Planck (6,626x10-34 J.s) f é a frequência de vibração do fóton em Hertz.

12 Resgate Histórico Teoria de Unificação Esta teoria foi proposta pelo físico francês De Broglie (1892-1987) e o físico alemão Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte: Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja duração é determinada por >> λ = h/(m*v) Onde: λ é o comprimento de onda h é a constante de Planck m é a massa v é a velocidade da partícula. É impossível determinar simultaneamente todas as propriedades que são distintas de uma onda ou de um corpúsculo. (teoria quântica) A explicação satisfatória para o efeito fotoelétrico foi dada em 1905, por Albert Einstein, e em 1921 deu ao cientista alemão o prêmio Nobel de Física. (E = MC²)

Resgate Histórico No final do Sec XIX foram desenvolvidas as primeiras lâmpas artificiais. Lâmpada de Arco Voltaico: formada por 2 eletrodos de carvão, gera luz a partir da abertura de um arco voltaico. Inventada por Humphry Davy, químico que descobriu separar o potássio e o sódio em 1807 e o cálcio, estrôncio, bário e magnésio Lâmpada incandescente. Gera luz a partir da dissipação de potência em uma resistência que acende em função da energia dissipada. Inventada por Thomas Edison a primeira gerava 1,41 lm/w. 13

14 Espectro Visível Como já visto, a luz é a parte visível do espectro eletromagnético. Corresponde a uma pequena parte do espectro em que o comprimento de onda varia entre 380 e 780 nm. Cada cor corresponde a uma frequência específica e por tanto tem um comprimento de onda específico.

15 Espectro Visível É o resultado da Impressão Luminosa somado a impressão de cor. Diferentes sensações de cores produzem diferentes sensações de luminosidade. Sensações de cores podem gerar diferentes estímulos cerebrais. (agitação, sono...) O olho humano não é igualmente sensível a todas as cores do espectro visível. Por isso a utilização de lâmpadas especiais para destacar ambientes e ou objetos especiais.

16 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica

17 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica FLUXO LUMINOSO: É a potência de irradiação total emitida por uma determinada fonte de luz e é medido em Lumens - (lm) Exemplo : Lâmpada Incandescente de 100W - 1000 lm Lâmpada Fluorescente de 40W - 1700 6000 lm Lâmpada de Vapor de mercúrio 250W - 12700 lm Lâmpada Multi-vapor Metálico de 250W - 17000 lm EFICIÊNCIA LUMINOSA: É a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma fonte luminosa e a potência elétrica consumida pela mesma. = / P = (lm/w)

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19 INTENSIDADE LUMINOSA: É a potência da radiação luminosa em uma dada direção e é medida em Candelas. (cd) CURVA LUMINOSA: Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica É um diagrama polar em que se considera a lâmpada como um ponto no centro do diagrama e se representa a intensidade luminosa em várias direções por vetores. A curva obtida ligando a extremidade dos vetores é dita como curva de distribuição luminosa.

20 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica ILUMINANCIA OU ILUMINAMENTO: E É a relação entre o fluxo luminoso que incide sobre uma superfície e a área da mesma. Também pode ser descrito como a densidade de fluxo luminoso sobre a superfície incidente. É medido em LUX, onde um LUX é igual a 1 lúmen distribuído uniformemente em uma área de 1 m² de uma fonte uniforme a 1m de distância. O nível de iluminamento indicado para um dado ambiente é obtido a partir de tabelas, na norma NBR ISSO 8995 1. De acordo com a finalidade de sua utilização. Exemplo: Dia ensolarado 100.000 Lux = 100.000 cd/m²

21 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica Luminância: (L) É a iluminação média resultante para um determinado ambiente com um dada intensidade luminosa. Ainda pode ser descrita como a razão entre a intensidade Luminosa ( ) e a área iluminada (A). L = I/A = cd /m² Indice de Reprodução de Cores: (IRC) Consiste na avaliação das cores padrão quando submetidas a uma fonte de luz a ser avaliada, comparando os resultados aos obtidos com uma fonte de referência, com IRC=100%

22 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica EXEMPLOS Fonte de Luz IRC Lâmpada Incandescente 100% Lâmpada Fluorescente 60% Lâmpada Vapor de Hg 55% Lâmpada Vapor Metálico 70% Lâmpada Vapor de Sódio 30%

23 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica TEMPERAURA DE COR: Consiste na região do espectro visível em que se concentra a luz gerada por uma determinada fonte de luz.

24 Conceitos e Grandezas Fundamentais da Luminotécnica LEI DE PLANK: Um material adquire diferentes colorações a medida que sua temperatura aumenta. A utilização de uma fonte de luz com temperatura de cor especifica pode gerar diferentes sensações de conforto em relação ao ambiente.

25 Tipos de Lâmpadas Atualmente existem vários tipos e tecnologias de lâmpadas diferentes. Algumas são decorativas, enquanto outras tem finalidade de iluminação geral. As mais comuns são: Lâmpadas incandescentes Lâmpadas halógenas Lâmpadas halógenas dicroicas Lâmpadas de descarga Fluorescentes Mista Vapor metálico Vapor de Mercúrio Vapor de Sódio Luz Negra Lampadas LED

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28 Cálculo Luminotécnico Cálculo Luminotécnico O cálculo luminotécnico visa atender demandas de iluminação de locais e ambientes, de acordo com sua utilização. Principais Critérios: - Quantidade de Luz - Equilíbrio da Iluminação - Ofuscamento - Reprodução de cores Em função das características do projeto deve-se definir o padrão de iluminação, tipos de lâmpadas, tipos de luminárias, etc...

29 Cálculo Luminotécnico Métodos de Cálculos: Atualmente existem vários métodos e ferramentas de software para o cálculo e simulação da Iluminação de ambientes. Contudo, os principais métodos ainda utilizados são : - Método dos Lumens ou Fluxo Luminoso - Método Ponto a Ponto

30 Cálculo Luminotécnico Método dos Lumens ou Fluxo Luminoso Consiste em determinar a quantidade de fluxo luminoso total é necessário para iluminar um determinado ambiente. Para tanto, toma-se por base a norma NBR ISSO 8995-1, nas características de geometria e acabamento do ambiente e nas características das lâmpadas e luminárias utilizadas no projeto. Passos para Determinar o Cálculo Luminitécnico 1- Determinar a Iluminância (E) em Lux do ambiente: A iluminância é obtida em tabelas presentes na norma NBR ISSO 8995-1, e varia de acordo com a utilização do ambiente.

31 Cálculo Luminotécnico 2- Determinar o coeficiente K do ambiente: É um índice que depende das características de geometria do ambiente. K - Índice do local C - Comprimento (m) L - Largura (m) Hu Altura útil (m)

32 Cálculo Luminotécnico 3- Determinar os tipos de lâmpadas / luminárias que serão utilizadas no ambiente. 4- Determinar a Refletância do Ambiente: A refletância é um índice obtido através das características de acabamento das partes internas do ambiente, parede,teto e piso. Refletâncias recomendadas para parede, teto e piso. Variando os percentuais em função das características de pintura e acabamento. (Branco, cinza e escuro).

33 Cálculo Luminotécnico 5- Com os dados da luminária, índice K e refletância, determinar o Coeficiente de Utilização. (Cu) Obtendo este valor em tabelas fornecidas pelos fabricantes da própria luminária.

34 Cálculo Luminotécnico 6- Fator de Manutenção ou de Depreciação: Este fator prevê a perda de eficiência de iluminação da lâmpada / Luminária ao longo do tempo de sua vida útil. Este fator depende das características das lâmpadas e luminárias utilizadas, das características do ambiente onde se encontram instaladas e do período de tempo do intervalo de manutenção. Finalmente, com estas características obtense os valores de FD em tabelas. A norma NBR ISSO 8995-1 traz no anexo D a explicação de como obter e tabelas que trazem valores de fatores de manutenção. Com os dados da luminária, índice K e refletância, determinar o Coeficiente de Utilização. (Cu) Obtendo este valor em tabelas fornecidas pelos fabricantes da própria luminária.

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37 Cálculo Luminotécnico 7- Cálculo do Fluxo Total: Com os dados obtidos anteriormente calcula-se o Fluxo total ( ) em lumens (lm) para o ambiente. Fluxo total em lm E Iluminância para o ambiente A Área do ambiente Cu Coeficiente de Utilização Fd Fator de Depreciação

38 Cálculo Luminotécnico 8- Cálculo do Número de Luminárias: Com o fluxo total obtido no cálculo anterior e o fluxo emitido por uma luminária pode-se determinar o número de luminárias necessárias para o correto iluminamento do ambiente. Fluxo total em lm Fluxo de uma luminária em lm N Número de luminárias

39 Cálculo Luminotécnico 9- Distribuição Geométrica das Luminárias: Com o número final de luminárias distribui-se as mesmas geometricamente no ambiente.

40 Cálculo Luminotécnico Método por Ponto ou Ponto a Ponto: Permite o cálculo de qualquer ponto individualmente da superfície a ser iluminada. O Iluminamento total será a soma dos iluminamentos. É utilizado quando se necessita a iluminação especifica de um ponto de uma superfície ou quando a fonte luminosa é muito pequena em relação ao plano a ser iluminado.

41 Cálculo Luminotécnico Lei de Lambert: O iluminamento de uma determinada superfície varia com o quadrado da distância (d) do ponto ou foco luminoso até o plano a ser iluminado. E Iluminamento em Lux Ângulo entre a superfície e a fonte de Luz Intensidade Luminosa em Candelas H Distância do foco ao Plano

42 Cálculo Luminotécnico Utilizando a Lei de Lambert pode-se calcular o iluminamento em um determinado ponto a partir de um foco de luz da seguinte forma: Para um Plano Horizontal Para um Plano Vertical

43 Cálculo Luminotécnico Para uma superfície diretamente abaixo do foco de luz o iluminamento final depende somente da intensidade luminosa do foco e do quadrado da distância do plano a ser iluminado.

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47 BIBLIOGRAFIA MAMEDE FILHO, João. Instalações Elétricas Industriais. 8ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2010. CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, 15ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2007. COTRIM, Ademaro. Instalações Elétricas, 5ª Edição. Editora Pearson Prentice-Hall, São Paulo, 2009. LIMA FILHO, Domingos Leite. Projeto de Instalações Elétricas Prediais, 11ª Edição, Editora Érica, São Paulo, 2007. CAVALIN, Geraldo; CERVELIN, Severino. Instalações Elétricas, 21ª Edição, Editora Érica, São Paulo, 2006. NISKIER, Julio. Manual de Instalações Elétricas, 1ª Edição, Editora LTC, Rio de Janeiro, 2005. Norma Técnica ABNT NBR ISSO 8995-1. Catálogos e sites das empresas: SYLVANIA, PHILIPS, PRYSMIAN. Luz, Jeanine Marchiori da, Luminotécnica, Apostila de Disciplina. Pereira, Fernando O. Ruttkay; Souza, Marcos Barros de. Iluminação - Apostila de conforto Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Florianópolis 2005.