Iluminação Industrial- Conceitos Básicos e Eficiência Energética

21 Introdução A iluminação é responsável atualmente por cerca de 17 de toda energia consumida no Brasil No setor industrial a participação do consumo da iluminação é de aproximadamente 18 o que representa a produção de energia elétrica da Hidroelétrica de Sobradinho no rio São Francisco no Nordeste do Brasil Os recintos industriais devem ser suficientemente iluminados para se obter o melhor rendimento possível nas tarefas a executar O nível de detalhamento das tarefas exige um iluminamento adequado para se ter uma percepção visual apurada Um bom projeto de iluminação em geral requer a adoção dos seguintes pontos fundamentais nível de iluminamento suficiente para cada atividade específica distribuição espacial da luz sobre o ambiente escolha da cor da luz e seu respectivo rendimento escolha apropriada dos aparelhos de iluminação tipo de execução das paredes e pisos iluminação de acesso O projetista deve dispor das plantas de arquitetura da construção veja o Capítulo 1 com detalhes suficientes para fixar os aparelhos de iluminação O tipo de teto é de fundamental importância bem como a disposição das vigas de concreto ou dos tirantes de aço de sustentação que afinal podem definir o alinhamento das luminárias Além disso a existência de pontes rolantes e máquinas de grande porte deve ser analisada antecipadamente Muitas vezes é necessário complementar a iluminação do recinto para atender certas atividades específicas do processo industrial Assim devem ser localizados aparelhos de iluminação em pontos específicos e muitas vezes na estrutura das próprias máquinas Em uma planta industrial além do projeto de iluminação do recinto de produção propriamente dito há o desenvolvimento do projeto de iluminação dos escritórios almoxarifados laboratórios e da área externa tais como pátio de estacionamento jardins locais de carga e descarga de produtos primários e manufaturados entre outros 22 Conceitos básicos Para melhor entendimento do assunto serão abordados a seguir alguns conceitos clássicos de modo resumido 221 Luz É uma fonte de radiação que emite ondas eletromagnéticas em diferentes comprimentos apenas algumas ondas de comprimento de onda definido são visíveis ao olho humano As radiações de menor comprimento de onda como o violeta e o azul intensificam a sensação luminosa do olho humano quando o ambiente é iluminado com pouca luz como ocorre no fim de tarde e à noite Já as radiações de maior comprimento de onda como o laranja e o vermelho minimizam a sensação luminosa do olho humano quando o ambiente é iluminado com muita luz O ser humano em geral julga que os objetos possuem cores definidas já que os conhece normalmente em ambientes iluminados com luz contendo todos os espectros de cores No entanto as cores dos objetos se definem em função da radiação luminosa incidente A cor de uma banana tradicionalmente amarela é o resultado da radiação luminosa que se reflete quantitativamente maior no segmento amarelo Para radiação monocromática incidente como por exemplo o branco obtido através de filtro que obstacule a radiação amarela a banana se apresenta ao observador na cor negra já que refletiria pouquíssima luz 222 Iluminância É o limite da razão do fluxo luminoso recebido pela superfície em torno de um ponto considerado para a área da superfície quando esta tende a zero NB57 A iluminância é conhecida também como nível de iluminamento É expressa em lux que corresponde ao fluxo luminoso incidente numa determinada superfície por unidade de área Assim se uma superfície plana de 1 m2 é iluminada perpendicularmente por uma fonte de luz cujo fluxo luminoso é de 1 lúmen apresenta uma iluminância de 1 lux F fluxo luminoso em lumens S área da superfície iluminada em m2 São clássicos alguns exemplos de iluminância Dia de sol de verão a céu aberto 100000 lux Dia com sol encoberto no verão 20000 lux Noite de lua cheia sem nuvens 025 lux Noite à luz de estrelas 0001 lux Normalmente o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente resultando em iluminâncias diferentes em diversos pontos do ambiente iluminado Na prática considerase o fluxo luminoso médio 223 Fluxo luminoso É a potência de radiação emitida por uma fonte luminosa em todas as direções do espaço Sua unidade é o lúmen que representa a quantidade de luz irradiada através de uma abertura de 1 m2 feita na superfície de uma esfera de 1 m de raio por uma fonte luminosa de intensidade igual a 1 candela em todas as direções colocada no seu interior e posicionada no centro Como referência uma fonte luminosa de intensidade igual a uma candela emite uniformemente 1256 lumens ou seja 4 πR2 lumens para R 1 m O fluxo luminoso também pode ser definido como a potência de radiação emitida por uma determinada fonte de luz e avaliada pelo olho humano O fluxo luminoso não poderia ser expresso em watts já que é função da sensibilidade do olho humano cuja faixa de percepção varia para o espectro de cores entre os comprimentos de onda de 450 cor violeta a 700 nm cor vermelha A Figura 21 mostra a forma de irradiação do fluxo luminoso emitido por uma lâmpada incandescente Figura 21 Forma de irradiação da luz 224 Eficiência luminosa É a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma fonte luminosa e a potência em watts consumida por esta conforme está mostrado na Tabela 21 Devese ressaltar que a eficiência luminosa de uma fonte pode ser influenciada pelo tipo de vidro difusor da luminária caso este absorva alguma quantidade da energia luminosa irradiada É dada pela expressão ψ fluxo luminoso emitido em lumens Pc potência consumida em W Através da eficiência luminosa das fontes de radiação podem ser elaborados projetos mais eficientes selecionandose lâmpadas de maior eficiência luminosa A Tabela 21 fornece o rendimento luminoso para cada tipo de lâmpada 225 Intensidade luminosa É definida como o limite da relação entre o fluxo luminoso em um ângulo sólido em torno de uma direção dada e o valor desse ângulo sólido quando esse ângulo sólido tenda a zero ABNT ou seja Pode ser definida também como sendo a potência de radiação visível que uma determinada fonte de luz emite em uma direção especificada Sua unidade é denominada candela cd A Figura 22 mostra a relação que existe entre a intensidade luminosa e o ângulo sólido ocupando a fonte luminosa o vértice do referido ângulo Isto quer dizer que se uma determinada fonte luminosa localizada no centro de uma esfera de raio igual a 1 m emitir em todas as direções uma intensidade luminosa de 1 cd cada metro quadrado da superfície da referida esfera está sendo iluminado pelo fluxo luminoso de 1 lúmen A Figura 23 demonstra conceitualmente a definição de intensidade luminosa Figura 22 Figura 23 Tabela 21 Demonstração gráfica do ângulo sólido Representação do conceito de intensidade luminosa Rendimento luminoso das lâmpadas Tipos de lâmpadas Rendimento luminoso lumensW Incandescente 10 a 15 Halogêneas 15 a 25 Mista 20 a 35 Vapor de mercúrio 45 a 55 Leds 35 a 70 Fluorescente comum 55 a 75 Fluorescente compacta 50 a 80 Multivapores metálicos 65 a 90 Fluorescentes econômicas 75 a 90 Vapor de sódio 80 a 140 Figura 24 A intensidade luminosa é avaliada utilizandose como fonte de luz um corpo negro aquecido à temperatura de solidificação da platina que é de 1773 ºC à pressão constante de 101325 Nm2 e cuja intensidade luminosa resultante incide perpendicularmente sobre uma área plana igual a 1600000 m2 Na prática podese observar que as fontes de luz não emitem o fluxo luminoso uniformemente em todas as direções Basta que se observe uma lâmpada incandescente como a da Figura 24 em que a intensidade luminosa é maior em determinadas direções do que em outras A partir dessa definição são construídas as curvas de distribuição luminosa que caracterizam as luminárias dos diversos fabricantes e estão presentes basicamente em todos os catálogos técnicos sobre o assunto Neste caso a fonte de luz e a luminária são reduzidas a um ponto no diagrama polar a partir do qual são medidas as intensidades luminosas em todas as direções Para exemplificar a Figura 24a mostra uma fonte de luz constituída de uma lâmpada incandescente fixada em fio pendente e o correspondente diagrama da curva de distribuição luminosa tomandose como base o plano horizontal Já a Figura 24b mostra a mesma lâmpada onde se construiu o referido diagrama tomandose agora como base o plano vertical É comum expressar os valores da intensidade luminosa na curva de distribuição luminosa para um fluxo de 1000 lumens 226 Luminância É a relação entre a intensidade luminosa com a qual irradia em uma direção determinada uma superfície elementar contendo um ponto dado e a área aparente desta superfície para uma direção considerada quando esta área tende para zero ABNT Sua unidade é expressa em candela por metro quadrado cdm2 A luminância é entendida como a medida da sensação de claridade provocada por uma fonte de luz ou superfície iluminada e avaliada pelo cérebro Pode ser determinada pela Equação 24 S superfície iluminada α ângulo entre a superfície iluminada e a vertical que é ortogonal à direção do fluxo luminoso I intensidade luminosa Distribuição luminosa nos planos horizontal e vertical O fluxo luminoso a intensidade luminosa e a iluminância somente são visíveis se forem refletidos em uma superfície transmitindo a sensação de luz aos olhos cujo fenômeno é denominado luminância 227 Refletância a b É a relação entre o fluxo luminoso refletido por uma dada superfície e o fluxo luminoso incidente sobre a mesma É sabido que os objetos refletem luz diferentemente uns dos outros Assim dois objetos colocados em um ambiente de luminosidade conhecida originam luminâncias diferentes 228 Emitância É a quantidade de fluxo luminoso emitido por uma fonte superficial por unidade de área Sua unidade é expressa em lúmenm2 23 Lâmpadas elétricas Para o estudo de utilização das lâmpadas elétricas estas podem ser classificadas da seguinte maneira Quanto ao processo de emissão de luz Lâmpadas incandescentes Lâmpadas de descarga Lâmpadas LED Quanto ao desempenho Vida útil Rendimento luminoso Índice de reprodução de cores A seguir serão abordados os vários tipos de lâmpada de maior aplicação em projetos industriais 231 Lâmpadas incandescentes São constituídas de um filamento de tungstênio enrolado geralmente em forma espiralada que atinge a incandescência com a passagem de uma corrente elétrica e de um bulbo de vidro transparente translúcido ou opaco cheio de gás quimicamente inerte como o nitrogênio que evita a oxidação do filamento Devido às precárias características de sua eficiência luminosa vida média reduzida e custos de manutenção elevados é cada vez menor a sua aplicação em projetos industriais Sua utilização é mais sentida nas dependências administrativas mesmo assim em aplicações restritas Apresentam um custo de implantação muito reduzido porém custos elevados de manutenção As principais características das lâmpadas incandescentes são Vida útil entre 600 e 1000 horas Eficiência luminosa média 15 lumenswatts Índice de reprodução de cor 100 O rendimento cresce com a potência As lâmpadas de tensão mais baixa apresentam maior rendimento A vida útil depende da tensão de alimentação Para cada 10 de sobretensão sua vida útil se reduz em 50 O emprego de lâmpadas incandescentes em instalações industriais fica restrito a banheiros sociais instalações decorativas vitrines de amostra de produtos e aplicações outras onde o consumo de energia seja pequeno A Figura 25 mostra os principais componentes de uma lâmpada incandescente As fábricas brasileiras das populares e tradicionais lâmpadas incandescentes como se mostra na Figura 25 suspenderam sua fabricação para dar lugar ao uso de lâmpadas mais eficientes As lâmpadas dicroicas que são da família das lâmpadas incandescentes são intensivamente utilizadas na decoração de ambientes e vitrines A Figura 26 mostra uma lâmpada dicroica de 50 W 232 Lâmpadas halógenas de tungstênio Figura 25 Figura 26 A lâmpada halógena de tungstênio é um tipo especial de lâmpada incandescente em que um filamento é contido em um tubo de quartzo no qual é colocada uma certa quantidade de iodo Durante o seu funcionamento o tungstênio evaporase do filamento combinandose com o gás presente no interior do tubo formando o iodeto de tungstênio Devido às altas temperaturas parte do tungstênio se deposita no filamento regenerandoo criando assim um processo contínuo e repetitivo denominado de ciclo do iodo A Figura 27 mostra o aspecto externo de uma lâmpada halógena cuja maior aplicação se faz sentir na iluminação de cena Lâmpada incandescente Lâmpada dicroica Nas lâmpadas incandescentes convencionais o tungstênio evaporado do filamento se deposita nas paredes internas do bulbo reduzindo a sua eficiência No entanto nas lâmpadas halógenas de tungstênio o halogênio bloqueia as moléculas de tungstênio impedindo que elas se depositem nas paredes internas do bulbo resultando em uma combinação química após a qual retornam ao filamento As paredes da lâmpada são de vidro de quartzo resistente a elevadas temperaturas 233 Lâmpadas de luz mista As lâmpadas de luz mista são constituídas de um tubo de descarga a vapor de mercúrio conectado em série com um filamento de tungstênio ambos encapsulados por um bulbo ovoide cujas paredes internas são recobertas por uma camada de fosfato de ítrio vanadato Esse tipo de lâmpada tem as características básicas das lâmpadas incandescentes O seu filamento atua como fonte de luz de cor quente e ao mesmo tempo funciona como limitador do fluxo de corrente As lâmpadas de luz mista são comercializadas nas potências de 160 a 500 W Essas lâmpadas combinam a elevada eficiência das lâmpadas de descarga com as vantagens da excelente reprodução de cor característica das lâmpadas de filamento de tungstênio A Figura 28 mostra o aspecto físico de uma lâmpada de luz mista com os seus diversos componentes Figura 27 Vida útil 6000 horas Eficiência luminosa média 22 lumenswatts Índice de reprodução de cor IRC 061 a 063 Lâmpada halógena 234 Lâmpadas de descarga Podem ser classificadas em vários tipos que serão resumidamente estudados A vida útil das lâmpadas de descarga varia muito de acordo com o tipo desde 7500 horas para lâmpadas fluorescentes até 24000 horas para lâmpadas a vapor de sódio Seu custo inicial é normalmente elevado porém apresentam um custo de manutenção relativamente reduzido As lâmpadas de descargas mais empregadas serão estudadas a seguir 2341 Lâmpadas fluorescentes São aquelas constituídas de um longo cilindro de vidro cujo interior é revestido por uma camada de fósforo de diferentes tipos O fósforo é um produto químico que detém as características de emitir luz quando ativado por energia ultravioleta isto é não visível Cada extremidade da lâmpada possui um eletrodo de filamento de tungstênio revestido de óxido que quando aquecido por uma corrente elétrica libera uma nuvem de elétrons Ao ser energizada a lâmpada os eletrodos ficam submetidos a uma tensão elevada o que resulta na formação de um arco entre os mesmos de forma alternada Os elétrons que constituem o arco se chocam com os átomos do gás argônio e de mercúrio liberando certa quantidade de luz ultravioleta que ativa a camada de fósforo anteriormente referida transformandose em luz visível O fluxo luminoso varia em função da temperatura ambiente sendo 25 C em geral a temperatura de máximo rendimento Para valores superiores ou inferiores o rendimento tornase declinante As lâmpadas de descarga apresentam uma elevada eficiência luminosa compreendida entre 40 e 80 lumenswatt e vida útil entre 7500 e 12000 horas de operação São constituídas de um tubo de vidro revestido internamente por uma camada de substâncias fluorescentes quando resulta nos seguintes tipos de luz emitidos Tungstênio de cálcio luz emitida azulescura Silicato de zinco luz emitida amareloverde Borato de cálcio luz emitida róseoclara Figura 28 a b Lâmpada de luz mista Essas substâncias são ativadas pela energia ultravioleta resultante da descarga no interior do tubo contendo gás inerte argônio e mercúrio que se vaporiza no instante da partida O fluxo luminoso varia em função da temperatura ambiente sendo 25 ºC em geral a temperatura de máximo rendimento Para valores superiores ou inferiores o rendimento tornase declinante As lâmpadas fluorescentes são reconhecidas pelo diâmetro do seu tubo Na década de 1980 eram comercializadas as lâmpadas T12 128 de polegada de diâmetro sendo substituídas pelas lâmpadas T8 bem mais eficientes e que agora estão perdendo mercado para lâmpadas T5 de maior eficiência e menor diâmetro permitindo um maior aproveitamento das superfícies reflexivas das luminárias As lâmpadas fluorescentes ao contrário das incandescentes não podem sozinhas controlar o fluxo de corrente É necessário que se ligue um reator reatância série entre as suas extremidades externas para limitar o valor da corrente As lâmpadas pequenas usam o reator somente para limitar a corrente enquanto as lâmpadas fluorescentes grandes além do reator fazem uso de um transformador para elevar a tensão A Figura 29 mostra o aspecto externo de uma lâmpada fluorescente base bipino Como anteriormente mencionado nas extremidades do tubo de vidro das lâmpadas fluorescentes são fixados os eletrodos filamentos recobertos com substâncias emissoras de luz com características próprias de emissão dos elétrons dando às lâmpadas a seguinte classificação Lâmpadas fluorescentes de catodo quente preaquecido A utilização destas lâmpadas implica o uso do starter que se constitui no elemento de partida cuja descrição e modo de operação estão apresentados na Seção 242 A Figura 210 mostra a ligação da lâmpada associada aos respectivos starter e reator Lâmpadas fluorescentes de catodo sem preaquecimento A utilização destas lâmpadas dispensa a aplicação do starter S e emprega reatores especiais que provocam uma tensão elevada de partida iniciando o processo de emissão de elétrons sem a necessidade de um preaquecimento dos eletrodos E A Figura 211 mostra a ligação deste tipo de lâmpada Figura 29 c Figura 210 Lâmpada fluorescente bipino Lâmpadas fluorescentes de catodo frio Como vantagem sobre as demais possuem uma vida longa de aproximadamente 25000 horas Semelhante às lâmpadas de catodo sem preaquecimento têm partida instantânea Sua tensão de partida é da ordem de 6 vezes a tensão de funcionamento Eficiência luminosa média 50 a 80 lumenswatts Índice de reprodução de cor IRC 80 a 85 2342 Lâmpadas a vapor de mercúrio São constituídas de um pequeno tubo de quartzo onde são instalados nas extremidades em geral dois eletrodos principais e um eletrodo auxiliar ligados em série com uma resistência de valor elevado Dentro do tubo são colocadas algumas gotas de mercúrio juntamente com o gás inerte como o argônio cuja finalidade é facilitar a formação da descarga inicial Por outro lado o mercúrio é vaporizado durante o período de preaquecimento da lâmpada O tubo de quartzo é colocado dentro de um invólucro de vidro contendo certa quantidade de azoto cuja função é a distribuição uniforme da temperatura Ligação do starter Figura 211 Ligação do reatortransformador Ao se aplicar a tensão nos terminais da lâmpada criase um campo elétrico entre os eletrodos auxiliar e o principal mais próximo provocando a formação de um arco elétrico entre os mesmos aquecendo as substâncias emissoras de luz o que resulta na ionização do gás e na consequente formação do vapor de mercúrio O choque dos elétrons com os átomos do vapor de mercúrio no interior do tubo transforma sua estrutura atômica A luz finalmente é produzida pela energia liberada pelos átomos atingidos quando retornam a sua estrutura normal As lâmpadas de mercúrio comuns não emitem no seu espectro a luz vermelha limitando seu uso a ambientes em que não haja necessidade de boa reprodução de cores Para corrigir essa deficiência utilizase o fósforo em alguns tipos de lâmpadas As lâmpadas a vapor de mercúrio têm uma elevada eficiência luminosa Nesse particular apresentam uma séria desvantagem ao longo de sua vida útil média durante a qual a sua eficiência cai para um nível de aproximadamente 35 lumenswatt Quando se desliga uma lâmpada a vapor de mercúrio é necessário um tempo de 5 a 10 minutos para que se possa reacendêla tempo suficiente para possibilitar as condições mínimas de reionização do mercúrio Quando a queda de tensão no circuito de alimentação é de 1 o fluxo luminoso das lâmpadas VM cai para 3 aproximadamente Já quedas de tensão de 5 comprometem a ignição das lâmpadas Uma característica particular do bulbo externo é absorver as radiações potencialmente perigosas emitidas do interior do tubo de arco quartzo As paredes internas do bulbo externo são revestidas de substâncias fluorescentes tais como o vanadato de ítrio que permitem uma maior ou menor reprodução de cores A Figura 212 mostra os detalhes principais de uma lâmpada a vapor de mercúrio Vida útil 18000 horas Eficiência luminosa média 55 lumenswatts Índice de reprodução de cor IRC 40 Figura 212 a b Lâmpada a vapor de mercúrio 2343 Lâmpadas a vapor de sódio São fabricadas em dois tipos relativamente à pressão no tubo de descarga Lâmpadas a vapor de sódio a baixa pressão Construtivamente são formadas por um tubo especial de vidro na forma de U no interior do qual se produz a descarga O tubo é colocado no interior de uma ampola tubular de vidro que atua como proteção mecânica e isolamento térmico e cujas paredes internas são cobertas por uma fina camada de óxido de estanho para refletir as radiações infravermelhas que são produzidas durante o processo de descarga Os eletrodos de filamento são fixados nos extremos do tubo de descarga Sobre os eletrodos é depositado um material especial emissor de elétrons No interior do tubo de descarga injetase certa quantidade de gás neon que favorece o acendimento acrescida também de outra quantidade de sódio que se condensa e se deposita em pequenas cavidades do tubo quando a lâmpada se resfria Os gases são submetidos a uma pressão da ordem de 600 Nm2 As lâmpadas a vapor de sódio a baixa pressão são caracterizadas por emitir uma radiação quase monocromática luz amarela ter alta eficiência luminosa e apresentar uma elevada vida útil de operação Devido a sua característica monocromática é desaconselhável o seu uso interno em instalações industriais No entanto podem ser utilizadas na iluminação de pátios de descarga A Figura 213 fornece os principais componentes de diferentes modelos de lâmpadas a vapor de sódio Vida útil 18000 a 24000 horas Eficiência luminosa média 200 lumenswatts Índice de reprodução de cor IRC 20 Lâmpadas a vapor de sódio a alta pressão São constituídas de um tubo de descarga contendo um excesso de sódio que se vaporiza durante o período de acendimento em condições de saturação É utilizado um gás inerte o xenônio em alta pressão para se obter uma baixa tensão de ignição Ao contrário das lâmpadas a vapor de sódio à baixa pressão apresentam um espectro visível contínuo propiciando uma razoável reprodução de cor Devido à sua característica de reprodução de cores podem ser utilizadas no interior de instalações industriais cujas tarefas não necessitem de uma fidelidade de cor Vida útil 18000 a 24000 horas Eficiência luminosa média 130 lumenswatts Índice de reprodução de cor 30 Figura 213 2344 Lâmpadas a vapor metálico É um tipo particular da lâmpada a vapor de mercúrio em que são adicionados iodeto de índio tálio e sódio A mistura adequada destes compostos no tubo de descarga proporciona um fluxo luminoso de excelente reprodução de cores Sua temperatura da cor é de 4000 K e apresentam uma elevada eficiência luminosa vida longa alta e baixa depreciação São industrializadas nas formas ovoidal e tubular As lâmpadas ovoidais possuem uma cobertura que aumenta a superfície de emissão de luz reduzindo a sua luminância Lâmpadas a vapor de sódio São fornecidas lâmpadas a vapor metálico nas potências de 400 a 2000 W Estas lâmpadas são indicadas particularmente para a aplicação em áreas de pátios de estacionamento quadras esportivas campos de futebol e galpões destinados a produtos de exposição A Figura 214 mostra os principais componentes de diferentes tipos de lâmpadas a vapor metálico Vida útil 24000 horas Eficiência luminosa média 98 lumenswatts Índice de reprodução de cor IRC 80 a 90 Base Suporte com isolamento cerâmica Tubo de descarga Anel para manutenção do vácuo Bulbo Suporte Tubo de descarga Base Suporte cerâmico Bulbo Anel para manutenção do vácuo Bulbo Suporte Tubo de descarga Base Figura 214 Lâmpadas a vapor metálico A Tabela 23 sugere os diversos tipos de aplicação das lâmpadas elétricas estudadas anteriormente mostrando as vantagens e desvantagens de seu emprego o fluxo luminoso a eficiência luminosa e a vida útil média esperada quando em operação e que serve de orientação aos projetistas 24 Dispositivos de controle São dispositivos utilizados para proporcionar a partida das lâmpadas de descarga e controlar o fluxo de corrente no seu circuito As lâmpadas de descarga necessitam dos seguintes dispositivos para a estabilização da corrente e para a ignição 241 Reatores São elementos do circuito da lâmpada responsáveis pela estabilização da corrente a um nível adequado de projeto da lâmpada Os reatores se apresentam como uma reatância série do circuito da lâmpada Tabela 22 Características das lâmpadas fluxo luminoso inicial Características das lâmpadas Tipo de lâmpada Potência watts Fluxo luminoso lumens Eficiência luminosa média lmwatts Vida média horas Vantagens Desvantagens Observação Incandescente comum 40 60 100 150 470 780 1480 2360 12 13 15 16 1000 Iluminação geral e localizada de interiores Tamanho reduzido e custo baixo Baixa eficiência luminosa e por isto custo de uso elevado alta produção de calor vida média curta Ligação imediata sem necessidade de dispositivos auxiliares Mista 160 250 3000 5500 19 22 6000 Substituem lâmpadas incandescentes normais Custo elevado demora 5 min para atingir 80 do Não necessita de dispositivos auxiliares 500 13500 27 de elevada potência Pequeno volume Boa vida média fluxo luminoso auxiliares e é ligada somente em 220 volts Vapor de mercúrio 80 125 250 400 700 3500 6000 12600 22000 35000 44 48 50 55 58 15000 Boa eficiência luminosa pequeno volume longa vida média Custo elevado que no entanto pode ser amortizado durante o uso demora de 4 a 5 minutos para conseguir a emissão luminosa máxima Necessita de dispositivos auxiliares reator e é ligada somente em 220 volts Fluorescente comum 15 20 30 40 850 1200 2000 3000 57 53 69 69 7500 10000 Ótima eficiência luminosa e baixo custo de funcionamento Boa reprodução de cores Boa vida média Custo elevado de instalação Necessita de dispositivos auxiliares reator starter ou somente reator de partida rápida Fluorescente HO 60 85 110 3850 5900 8300 64 69 76 10000 Fluorescente econômica 16 32 1020 2500 64 78 7500 Fluorescente compacta 5 7 9 11 13 15 20 23 250 400 600 900 900 1100 1200 1400 50 57 67 62 69 70 72 74 5000 Vapor de sódio a alta pressão 50 70 150 250 400 3000 5500 12500 26000 47500 60 79 83 104 119 18000 Ótima eficiência luminosa longa vida útil baixo custo de funcionamento dimensões reduzidas razoável rendimento cromático luz de cor brancodourada Custo elevado que é amortizado com o uso Demora em torno de 5 minutos para atingir 90 do fluxo luminoso total Necessita de dispositivos auxiliares específicos reator ignitor e é ligada em 220 volts Vapor metálico 400 1000 2000 28500 90000 182000 98 24000 Ótima eficiência luminosa longa vida útil Custo elevado que é amortizado com o uso Necessita de dispositivos auxiliares Fonte ABILUX88 Na eficiência destas lâmpadas não foram consideradas as perdas dos reatores Nenhuma limitação para a posição de funcionamento Tabela 23 Aplicação das lâmpadas elétricas Aplicação das lâmpadas elétricas Tipo de ambiente Tipos de lâmpadas Comércio A B C D E F G H Alimentício x x x x Mercearia x x x Açougue x x x x Confecção x x Ferragens x x Armarinhos x x Móveis x x Relojoarias x x x x Livrarias e papelarias x x Florista x x x Escritórios Ambientes de trabalho burocrático x x Salas de reuniões x x Salas de análise de desenhos x x Locais públicos Escolas x x x x Auditórios x x x x Clínicas x x x x Cinemas x x x Teatros x x x Restaurantes x x x Ambientes externos Rodovias x Avenidas x x Vias expressas x x Vias secundárias x x Viadutos e vias elevadas x x x Pátios de manobra estacionamento etc x x x x Estádios x Túneis x x Vias fluviais x x Praças jardins etc x x x Fachadas e monumentos x x x x A lâmpada incandescente B lâmpada mista C lâmpada fluorescente D lâmpada fluorescente compacta E lâmpada a vapor de mercúrio F lâmpada a vapor de sódio de alta pressão G lâmpada a vapor metálico H lâmpada de halogênio Figura 215 Reator para lâmpadas de descarga Quando a tensão na rede é suficiente para permitir a partida da lâmpada de descarga basta que se utilizem reatores série que são formados por uma simples bobina enrolada sobre um núcleo de ferro cuja função é regular o fluxo de corrente da lâmpada O reator é de construção simples e de menor custo porém opera com fator de potência entre 040 e 060 indutivo Se for agregado a esse reator um capacitor ligado em paralelo formando um único dispositivo melhorase a condição operacional da rede devido ao novo fator de potência que é da ordem de 095 a 098 A conexão dos dois tipos de reatores com as respectivas lâmpadas é dada nas Figuras 215a e b No entanto podese agregar ao reator simples um capacitor ligado em série São reatores aplicados em redes onde a regulação de tensão é muito elevada Em geral as lâmpadas de descarga funcionam conectadas com reatores O fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas de descarga depende do desempenho do reator denominado de fator de fluxo luminoso ou conhecido ainda como ballast factor que corresponde à relação entre o fluxo luminoso obtido e o fluxo luminoso nominal da lâmpada Normalmente os reatores para qualquer tipo de lâmpada trazem impresso o diagrama de ligação na parte superior da carcaça como se pode observar na Figura 216 Como exemplo a Figura 217 mostra alguns diagramas de ligação referentes a vários tipos de reatores Existem no mercado dois diferentes tipos de reatores a b a Figura 216 b c 2411 Reatores eletromagnéticos São de fabricação convencional dotados de um núcleo de ferro e de um enrolamento de cobre No entanto são comercializados dois tipos diferentes Reator eletromagnético a baixo fator de potência O reator eletromagnético consiste basicamente em um núcleo de lâminas de aço especial coladas e soldadas associado a uma bobina de fio de cobre esmaltado O conjunto é montado no interior de caixa metálica denominada carcaça construída em chapa de aço Os espaços vazios no interior da carcaça são preenchidos com uma massa de poliéster Os reatores para lâmpadas fluorescentes são fornecidos para ligação de uma única lâmpada reatores simples ou para ligação de duas lâmpadas reatores duplos Reator eletromagnético a alto fator de potência São dotados de um núcleo de ferro e um enrolamento de cobre além de um capacitor ligado em paralelo que permite elevar o fator de potência conforme a informação anterior 2412 Reatores eletrônicos Esses reatores são constituídos por três diferentes blocos funcionais Fonte Responsável pela redução da tensão da rede de alimentação e conversão dessa tensão na frequência de 5060 Hz em tensão contínua Adicionalmente a fonte desempenha as seguintes funções suprime os sinais de radiofrequência para compatibilizar com a classe de imunidade do reator protege os diversos componentes eletrônicos do conversor contra surtos de tensão protege a rede de alimentação contra falhas do conversor limita a injeção de componentes harmônicos no sistema de alimentação Reator Inversor É responsável pela conversão da tensão contínua em tensão ou corrente alternada de alta frequência dependendo do tipo de lâmpada utilizado Circuito de partida e estabilização Este circuito está associado normalmente ao inversor Em geral são utilizadas indutâncias e capacitâncias combinadas de forma a fornecer adequadamente os parâmetros elétricos que a lâmpada requer Tabela 24 Os reatores eletrônicos possuem grandes vantagens sobre os reatores eletromagnéticos apesar de seu preço ser ligeiramente superior ao daqueles reduzem as oscilações das lâmpadas devido à alta frequência com que operam atenuam ou praticamente eliminam o efeito estroboscópico operam a alto fator de potência alcançando cerca de 099 operam com baixas perdas ôhmicas apresentam em geral baixa distorção harmônica permitem o uso de dimer e consequentemente possibilitam obterse redução do custo de energia permitem elevar a vida útil da lâmpada permitem ser associados a sistemas automáticos de controle e conservação de energia A Tabela 24 fornece as principais características técnicas dos reatores Philips 242 Starters São dispositivos constituídos de um pequeno tubo de vidro dentro do qual são colocados dois eletrodos imersos em gás inerte responsável pela formação inicial do arco que permitirá estabelecer um contato direto entre os referidos eletrodos Somente um eletrodo é constituído de uma lâmina bimetálica que volta ao estado inicial decorridos alguns instantes Sua operação é feita da seguinte forma ao acionarmos o interruptor I da Figura 217a produzse um arco no dispositivo de partida S starter entre as lâminas A e B conforme Figura 218a cujo calor resultante provoca o estabelecimento do contato elétrico entre as mesmas fazendo a corrente elétrica percorrer o circuito no qual estão inseridos os eletrodos E da lâmpada os quais se aquecem e emitem elétrons Decorrido um pequeno intervalo de tempo o contato entre as lâminas A e B é desfeito pois a corrente que as atravessa não é suficiente para mantêlas em operação Neste instante produzse uma variação de corrente responsável pelo aparecimento da força eletromotriz de elevado valor na indutância do reator provocando um arco entre os eletrodos E da lâmpada e em consequência o acendimento da mesma Pelo efeito da reatância série a tensão entre os eletrodos diminui não mais estabelecendo um arco entre as lâminas A e B do starter A partir de então o reator passa a funcionar como estabilizador de corrente através de sua impedância própria limitando a tensão ao valor requerido O capacitor C acoplado ao circuito do starter tem por finalidade diminuir a interferência sobre os aparelhos de rádio e comunicação durante o processo de acendimento da lâmpada Características dos reatores Philips Lâmpadas Tensão Corrente Fator de potência Perdas W Modelo Reatores simples 1 16 127 063 033 11 1 16 220 040 033 12 1 20 127 075 035 120 1 20 220 040 040 100 1 32 127 065 046 70 TL 1 32 220 037 050 90 1 40 127 092 045 100 1 40 220 050 049 100 1 110 220 060 095 150 Reatores duplos Figura 217 2 16 127 040 095 130 2 16 220 024 095 110 2 20 127 045 095 150 2 20 220 027 095 190 2 32 127 067 095 90 TL HO 2 32 220 037 095 90 2 40 127 080 095 120 2 40 220 047 095 120 2 110 127 190 095 190 2 110 220 110 095 190 Ligações típicas dos reatores às respectivas lâmpadas As Figuras 218a e b mostram respectivamente os componentes de um starter e o seu aspecto externo 243 Ignitores São elementos utilizados em lâmpadas a vapor metálico e vapor de sódio e que atuam gerando uma série de pulsações de tensão elevada da ordem de 1 a 5 kV a fim de iniciar a descarga destas Uma vez que a lâmpada inicie a sua operação o ignitor deixa automaticamente de emitir pulsos As lâmpadas a vapor de sódio de baixa e alta pressão e as lâmpadas a vapor metálico devido à composição e à construção dos seus tubos de descarga necessitam na sua partida de uma tensão superior à tensão da rede normalmente utilizada Os reatores reator transformador em geral são os responsáveis pela geração dessa tensão No entanto essas lâmpadas requerem uma tensão tão elevada que é necessário um equipamento auxiliar denominado de ignitor para proporcionar o nível de tensão exigido Quando as lâmpadas são desligadas por um determinado intervalo de tempo a pressão do gás diminui Se a lâmpada for novamente energizada o ignitor inicia o disparo até que a pressão do gás atinja o valor mínimo de reacendimento Quando a lâmpada inicia sua operação normal o ignitor para de emitir pulso As lâmpadas a vapor de sódio de alta pressão apresentam um tempo de reignição de cerca de 1 minuto enquanto as lâmpadas a vapor metálico requerem um tempo de aproximadamente 15 minutos Como os estádios de futebol destinados a jogos oficiais somente utilizam lâmpadas a vapor metálico o excessivo tempo de reignição tem ocasionado grandes transtornos quando há uma falha momentânea no suprimento de energia O jogo é paralisado durante o tempo de reignição da lâmpada Nesse tipo de atividade é conveniente a utilização de algumas lâmpadas incandescentes cujo acendimento é instantâneo e possibilita uma luminosidade aceitável para a movimentação das pessoas Figura 218 Os ignitores são comercializados em três diferentes tipos 2431 Ignitor derivação Esse tipo de ignitor é constituído de três terminais conectados segundo o diagrama da Figura 219a Nesse caso o capacitor C se descarrega mediante o dispositivo controlador D Os pulsos gerados pelo ignitor são aplicados sobre o reator ligado entre os pontos 2 e 3 vistos no diagrama Através de um adequado número de espiras o reator amplia o módulo dos pulsos e os aplica sobre os terminais da lâmpada Starter Esse tipo de ignitor apresenta as seguintes características utiliza o reator como transformador de impulso o reator deve suportar os impulsos de tensão o reator e o ignitor devem estar juntos e o conjunto afastado da lâmpada 2432 Ignitor série Esse tipo de ignitor é constituído de três terminais conectados segundo a Figura 219b Neste caso o capacitor C se descarrega mediante o dispositivo controlador D Os pulsos gerados pelo ignitor são aplicados às espiras do transformador em T que amplifica os pulsos adequadamente cujo módulo da tensão depende do próprio ignitor O ignitor série apresenta as seguintes características o ignitor e o transformador estão incorporados em um único invólucro o ignitor funciona independentemente do reator instalado deve estar próximo à lâmpada para evitar a redução da intensidade dos pulsos o transformador pode estar distante da lâmpada 2433 Ignitor paralelo Esse tipo de ignitor é constituído de dois terminais conectados de acordo com o diagrama da Figura 219c Neste caso a energia armazenada no capacitor C e fornecida à lâmpada através da intervenção do circuito de disparo D no instante em que a tensão alcança o seu valor máximo resulta em um pulso de tensão da ordem de 2 a 4 vezes a tensão da rede de alimentação isto é entre 600 e 1200 V O ignitor paralelo apresenta as seguintes características é utilizado somente com alguns tipos de lâmpadas a vapor de mercúrio e a vapor de sódio de baixa pressão a tensão de impulso de 1200 V pode perfurar o isolamento dos componentes do circuito da lâmpada caso esta não chegue a acender Figura 219 25 Luminárias São aparelhos destinados à fixação das lâmpadas devendo apresentar as seguintes características básicas serem agradáveis ao observador modificarem o fluxo luminoso da fonte de luz possibilitarem fácil instalação e posterior manutenção Ignitores A seleção de luminárias em recintos industriais deve ser precedida de algumas precauções relativamente à atividade produtiva do projeto Assim para ambientes onde haja presença de gases combustíveis em suspensão é necessário escolher luminárias fabricadas com corpo resistente à pressão ou de segurança reforçada prevenindo desta forma acidentes sérios provocados por exemplo pela explosão de uma lâmpada Também em indústrias têxteis onde há uma excessiva poluição de pó de algodão em estado de suspensão no ar a tendência é adotar no projeto luminárias do tipo fechado Já para ambientes onde existe vapor de substâncias oleaginosas ou de fácil impregnação é aconselhável não se utilizar luminárias abertas com refletor de alumínio pois sua superfície é porosa e absorve facilmente essas substâncias reduzindo a sua refletância e consequentemente a sua eficiência O uso de um vidro plano resistente ao calor fechando hermeticamente a luminária protege um pouco mais o refletor porém quando a lâmpada é desligada ocorre uma pressão negativa na parte interna da luminária propiciando a entrada do ar externo contaminado cujos poluentes se depositam na superfície do refletor tornandoa escura e pouco refletiva No entanto o uso do refletor de vidro de borossilicato mesmo utilizando a luminária aberta o ar ascendente contaminado circulando pelo seu interior devido ao calor desenvolvido pela lâmpada não se deposita na superfície do borossilicato fazendo com que a lâmpada permaneça com as características originais Assim no caso de ambientes industriais com temperatura elevada e onde há presença de poeira em suspensão fumaça vapor de óleo têm sido utilizadas luminárias com refletor em vidro borossilicato prismático com as seguintes vantagens o vidro de borossilicato não está sujeito a alterações devido aos raios ultravioletas ou ao calor gerado pela lâmpada o vidro de borossilicato é inerte eletrostaticamente o que evita que as partículas de poeira em suspensão sejam aderentes ao refletor os refletores de borossilicato após a limpeza adquirem praticamente a sua condição original apresenta maior eficiência em função de a reflexão e a refração ocorrerem através de prismas 251 Características quanto à direção do fluxo luminoso Para a iluminação geral a IEC adotou as seguintes classes para as luminárias 2511 Direta Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente ao plano de trabalho Nesta classe se enquadram as luminárias refletoras espelhadas comumente chamadas de spots 2512 Indireta Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente em oposição ao plano de trabalho As luminárias que atendem a esta classe em geral assumem uma função decorativa no ambiente iluminado 2513 Semidireta Quando parte do fluxo luminoso chega ao plano de trabalho diretamente dirigido e outra parte atinge o mesmo plano por reflexão Neste caso deve haver predominância do efeito direto 2514 Semiindireta Quando parte do fluxo luminoso chega ao plano de trabalho por efeito indireto e outra parte é diretamente dirigida ao mesmo Neste caso o efeito predominante deve ser o indireto 2515 Geraldifusa Quando o fluxo luminoso apresenta praticamente a mesma intensidade em todas as direções Para mais informações sobre o assunto consultar literatura específica 252 Características quanto à modificação do fluxo luminoso As luminárias têm a propriedade de poder modificar o fluxo luminoso produzido por sua fonte luminosa a lâmpada Assim se uma luminária é dotada de um vidro protetor transparente parte do fluxo luminoso é refletida para o interior da luminária parte é transformada em calor e finalmente a maior parte é dirigida ao ambiente a iluminar Dessa forma as luminárias podem ser assim classificadas de acordo com as suas propriedades de modificar o fluxo luminoso 2521 Absorção É a característica da luminária de absorver parte do fluxo luminoso incidente na sua superfície Quanto mais escura for a superfície interna da luminária maior será o índice de absorção 2522 Refração É a característica das luminárias de poder direcionar o fluxo luminoso da fonte que é composta pela lâmpada e refletor através de um vidro transparente de construção específica podendo ser plano não há modificação da direção do fluxo ou prismático Os faróis de automóveis são exemplos de luminárias refratoras prismáticas 2523 Reflexão É a característica das luminárias de modificar a distribuição do fluxo luminoso através da sua superfície interna e segundo a sua forma geométrica de construção parabólica elíptica etc 2524 Difusão É a característica das luminárias de reduzir a sua luminância diminuindo consequentemente os efeitos inconvenientes do ofuscamento através de uma placa de acrílico ou de vidro 2525 Louvers O painel destas luminárias é constituído por aletas de material plástico ou metálico em geral esmaltado na cor branca não permitindo que a lâmpada seja vista pelo observador dentro de um determinado ângulo 253 Aplicação As luminárias devem ser aplicadas de acordo com o ambiente a iluminar e com o tipo de atividade desenvolvida no local Em geral são conhecidos os seguintes tipos luminárias comerciais luminárias industriais luminárias para logradouros públicos luminárias para jardins Figura 220 Nas instalações comerciais as luminárias mais empregadas são as fluorescentes Há vários tipos disponíveis no mercado e a escolha de um deles deve ser estudada tanto do ponto de vista econômico como técnico Em geral a sua aplicação é conveniente em ambientes cuja altura não ultrapasse 6 m Nas instalações industriais é mais frequente o emprego de luminárias de facho de abertura média para lâmpadas de descarga sendo que a preferência recai sobre as lâmpadas a vapor de mercúrio São aplicadas mais comumente em galpões industriais com altura superior a 6 m A Figura 220a mostra um modelo de projetor industrial muito utilizado em instalações industriais e próprio para lâmpadas a vapor de mercúrio ou a vapor de sódio Se o projeto utiliza lâmpadas a vapor metálico é comum o uso do projetor da Figura 220b As luminárias para áreas externas são construídas para fixação em poste A Figura 221 mostra uma luminária de uso muito comum em áreas externas de complexos industriais Alternativamente são também utilizadas luminárias específicas montadas em postes tubulares metálicos do tipo apresentado na Figura 222 No ajardinamento dessas áreas são frequentemente aplicadas luminárias específicas com aparência agradável com fins decorativos A sensibilidade estética do projetista aliada aos conhecimentos necessários de luminotécnica leva à elaboração de bons projetos de iluminação 254 Características fotométricas Cada tipo de luminária juntamente com a sua fonte luminosa produz um fluxo luminoso de efeito não uniforme Se a fonte luminosa distribui o fluxo de maneira espacialmente uniforme em todas as direções a intensidade luminosa é igual para cada distância tomada da referida fonte Caso contrário para cada plano em uma dada direção a intensidade luminosa toma diferentes valores A distribuição deste fluxo em forma de intensidade luminosa é representada através de um diagrama de coordenadas polares cuja fonte luminosa se localiza no seu centro Tomando como base este ponto a intensidade é determinada em função das várias direções consideradas Para citar um exemplo observar o diagrama da Figura 223 no qual a intensidade luminosa para ângulo de 0º diretamente abaixo da luminária é de 260 candelas para 1000 lumens da lâmpada e a um ângulo de 60º a intensidade luminosa se reduz a 40 candelas para 1000 lumens Como a intensidade luminosa é proporcional ao fluxo luminoso emitido pela lâmpada os fabricantes de luminárias convencionalmente elaboram estas curvas tomando como base um fluxo luminoso de 1000 lumens Já a Figura 224 mostra a luminária que produz a distribuição luminosa da Figura 223 Tipos de projetor industrial As curvas de distribuição luminosa são utilizadas com frequência nos projetos de iluminação empregando o método ponto por ponto a ser estudado posteriormente Figura 221 Figura 222 255 Ofuscamento É o fenômeno produzido por excesso de luminância de uma fonte de luz O ofuscamento oferece ao espectador uma sensação de desconforto visual quando este permanece no recinto iluminado durante certo intervalo de tempo O ofuscamento direto provocado pela luminância excessiva de uma determinada fonte de luz pode ser reduzido ou eliminado através do emprego de vidros difusores ou opacos colmeias etc O limite de ofuscamento é dado pela Equação 25 e está representado na Figura 225 D distância horizontal do espectador à fonte luminosa em m Hno altura da fonte luminosa no nível do olho em m Luminária externa Sistema de iluminação externa Há vários métodos de avaliação do ofuscamento adotados em diferentes países europeus Um dos mais utilizados baseiase na satisfação visual dos observadores em função dos níveis de iluminação ângulo de visão φ e das dimensões D e Hno O ângulo φ igual a 45º representa o valor máximo acima do qual são considerados os limites de luminância para luminárias observadas sob uma direção normal da visão a Figura 223 Figura 224 As normas alemãs DIN 5035 apresentam três classes de ofuscamento de acordo com a qualidade exigida para o ambiente de trabalho Classe C1 Devese adotar uma excelente qualidade em relação ao ofuscamento São ambientes característicos de salas de aula lojas de exposição museus salas de desenho recintos de trabalho manual fino recintos com máquinas operatrizes de produção de alta velocidade Curva de distribuição luminosa Luminária Figura 225 b c Ofuscamento de um operador de máquina Classe C2 Condições médias em relação ao ofuscamento São ambientes característicos de fabricação industrial bruta tais como galvanização sala de máquinas vestiários fabris oficinas mecânicas e similares Classe C3 Condições desfavoráveis em relação ao ofuscamento e que devem ser evitadas em qualquer tipo de iluminação industrial 256 Superfícies internas das luminárias O tipo e a qualidade das superfícies reflexivas das luminárias são responsáveis pelo nível de eficiência da iluminação de uma determinada área As luminárias podem então ser classificadas a partir do material de cobertura da sua superfície em três diferentes tipos luminárias de superfície esmaltada luminárias de superfície anodizada luminárias de superfície pelicular Independentemente do tipo as luminárias em geral são fabricadas em chapas de alumínio Alguns fabricantes têm lançado luminárias confeccionadas em fibras especiais utilizadas notadamente em iluminação pública reduzindo o efeito do vandalismo 2561 Luminárias de superfície esmaltada Também conhecidas como luminárias convencionais recebem uma camada de tinta branca esmaltada e polida que permite um nível de reflexão médio de 50 No entanto há luminárias com cobertura de esmalte branco especial que alcança um nível de reflexão de até 87 2562 Luminárias de superfície anodizada São luminárias confeccionadas em chapa de alumínio revestida internamente por uma camada de óxido de alumínio cuja finalidade é proteger a superfície preservando o brilho pelo maior tempo possível evitando que a superfície refletora adquira precocemente uma textura amarelada Enquanto a luminária convencional apresenta uma reflexão difusa em que os raios luminosos são refletidos em diversos ângulos direcionando parte do fluxo para as paredes a luminária anodizada é concebida para direcionar o fluxo luminoso para o plano de trabalho 2563 Luminárias de superfície pelicular São luminárias confeccionadas em chapa de alumínio revestida internamente por uma fina película de filme reflexivo e com a deposição de uma fina camada de prata e autoadesivo criando uma superfície de elevada reflexão e alto brilho alcançando um índice de reflexão de 92 O filme tem uma vantagem sobre os demais processos utilizados para aumentar a reflexão das luminárias devido a sua baixa depreciação elevando em consequência o tempo de limpeza das luminárias Em quatro anos a sua depreciação atinge um valor de apenas 3 resultando em economia para a instalação Em geral as luminárias aumentam o seu rendimento quando são utilizadas lâmpadas com diâmetro reduzido por exemplo no caso das lâmpadas fluorescentes tipo T5 devido ao fato de que os raios luminosos refletidos pela superfície interna da luminária encontram menor área de obstáculo para atingir o plano de trabalho 26 Iluminação de interiores Um projeto de iluminação industrial requer um estudo apurado para indicar a solução mais conveniente em função das atividades desenvolvidas da arquitetura do prédio dos riscos de explosão ou de outros detalhes peculiares a cada ambiente Em geral as construções industriais têm um pédireito que pode variar de 35 m até 9 m É comum a utilização de projetores de facho de abertura média com lâmpadas a vapor de mercúrio ou de luminária com pintura difusora com lâmpadas fluorescentes As luminárias fluorescentes podem ser dispostas em linha de maneira contínua ou espaçadas Os projetores são fixados em pontos mais elevados a fim de se obter uma uniformidade desejada no plano de trabalho As luminárias fluorescentes em geral são fixadas em pontos de altura inferior As Figuras 226 e 227 mostram respectivamente as maneiras de instalar os projetores para lâmpadas VM VS e vapor metálico e luminárias para lâmpadas fluorescentes Algumas considerações básicas são interessantes para orientar o profissional em um projeto de iluminação industrial Sempre que desejável e possível utilizar sensores de presença associados a sensores de nível de iluminação para desligar os circuitos de iluminação Não utilizar lâmpadas incandescentes dicroicas e mistas na iluminação principal Utilizar lâmpadas incandescentes somente na iluminação de emergência ou na iluminação localizada em certos tipos de máquinas É comum também o seu uso em banheiros sociais como iluminação decorativa e em outras aplicações em que é exigida pouca iluminância e número reduzido de luminárias Tornar a iluminação o mais uniforme possível A relação entre as iluminâncias dos pontos de menor e maior iluminamento preferencialmente não deve ser inferior a 070 Estabelecer uma altura adequada para o nível das luminárias A quantidade de luz que chega ao plano de trabalho é inversamente proporcional ao quadrado da altura entre o plano das luminárias e o plano de trabalho Em prédios com pédireito igual ou inferior a 6 m é conveniente utilizar lâmpadas fluorescentes em linhas contínuas ou ininterruptas Em prédios com pédireito superior a 6 m é conveniente utilizar lâmpadas de descarga de alto fluxo luminoso Quando empregar projetores utilizar lâmpadas a vapor de mercúrio ou vapor de sódio Em ambientes onde é exigida uma boa reprodução de cores não utilizar lâmpadas a vapor de sódio Nos ambientes em que operam pontesrolantes tomar cuidado com o posicionamento das luminárias Quando possível é aconselhável projetar um sistema de iluminação com iluminância adequada somente para a circulação de pessoas e movimentação dos produtos processados instalando pontualmente luminárias dirigidas para o plano de trabalho com iluminância que satisfaça ao desenvolvimento das tarefas O cálculo do nível de iluminamento deve expressar o iluminamento médio máximo e mínimo Sempre que possível devese projetar utilizando softwares de cálculo independentes Muitos fabricantes fornecem gratuitamente softwares que calculam os níveis de iluminamento com base nos valores fotométricos de suas luminárias Já os softwares independentes podem ser utilizados com luminárias de qualquer fabricante desde que sejam conhecidos os dados fotométricos das luminárias a serem utilizadas Os softwares independentes utilizam fotometrias no padrão de arquivo IES Alguns exemplos de softwares independentes são Relux Dialux Visual Lighting Software AGI32 e Lúmen Micro Figura 226 Figura 227 Maneira de instalar os projetores Maneira de instalar luminárias fluorescentes A Figura 228 mostra uma instalação de iluminação industrial onde se pode observar a fixação das luminárias projetores diretamente na eletrocalha de alimentação através de um ponto de tomada fixada na própria eletrocalha Em muitos galpões industriais não forrados são instaladas telhas translúcidas como um recurso de eficiência energética No entanto no cálculo do sistema de iluminação não deve ser considerada a contribuição da luz natural através das telhas translúcidas mesmo que a indústria funcione apenas no período diurno pois nos dias muito nublados ou quando por motivo de uma reprogramação de turnos será necessário um nível de iluminação adequado no ambiente industrial utilizandose apenas a luz artificial As telhas translúcidas são úteis para reduzir o consumo da luz artificial nos dias de sol quando parte da iluminação será desligada à medida que a luz natural complemente as necessidades luminotécnicas das atividades industriais Figura 228 Iluminação de um galpão industrial com proje tores Para se elaborar um bom projeto de uma instalação é necessário que sejam observados os seguintes aspectos 261 Iluminâncias Para que os ambientes sejam iluminados adequadamente é necessário que o projetista adote os valores de iluminância estabelecidos pela NBR 5413 para cada grupo de tarefas visuais o que é reproduzido na Tabela 25 Para a determinação da iluminância adequada aos ambientes podese adotar os seguintes procedimentos recomendados pela NBR 5413 Analisar cada característica dada na Tabela 26 para determinar o seu peso Somar os três valores encontrados algebricamente considerando o sinal Quando o valor total do sinal for igual a 2 ou 3 usar a iluminância mais baixa do grupo usar a iluminância superior quando a soma for 2 ou 3 nos outros casos utilizar o valor médio Exemplo de aplicação 21 Determinar a iluminância adequada para o ambiente de inspeção de produtos têxteis em uma indústria cuja idade média dos trabalhadores é inferior a 40 anos e é necessária uma elevada refletância Pela Tabela 26 obtémse o somatório dos pesos Idade 1 Velocidade e precisão 0 Refletância do fundo da tarefa 1 Total dos pesos 2 Nesse caso utilizase a iluminância mais baixa do grupo faixa B da Tabela 25 isto é 1000 lux tarefas com requisitos especiais gravação manual inspeção indústria de roupas A NB 5413 também estabelece as iluminâncias mínimas para os diversos tipos de ambientes em função das tarefas visuais ali desenvolvidas resumidamente reproduzidas na Tabela 27 É interessante observar que o olho distingue luminância e não iluminância isto significa que um determinado desenho de cor preta pintado em uma folha de papel branco e submetido a uma determinada iluminância apresenta diferenças de luminância partes branca e preta o que permite uma melhor visão do mesmo por meio do contraste A prática porém consagrou o conceito de iluminância como medida adequada para a percepção Tabela 25 Iluminâncias para cada grupo de tarefas visuais Faixas Iluminâncias lux Tipo de atividade A Iluminação geral para áreas usadas ininterruptamente ou com tarefas visuais simples 20 30 50 Áreas públicas com arredores escuros 50 75 100 Orientação simples para permanência curta 100 150 200 Recintos não usados para trabalho contínuo depósitos B Iluminação geral para áreas de trabalho 200 300 500 Tarefas com requisitos visuais limitados trabalho bruto de maquinaria auditórios 500 750 1000 Tarefas com requisitos visuais normais trabalho médio de maquinaria auditórios 1000 1500 2000 Tarefas com requisitos especiais gravação manual inspeção indústria de roupas 2000 3000 5000 Tarefas visuais extras e prolongadas eletrônicas e tamanho pequeno C Iluminação adicional para tarefas difíceis 5000 7500 10000 Tarefas visuais muito exatas montagem de microeletrônica 10000 15000 20000 Tarefas visuais muito especiais cirurgia Tabela 26 Fatores determinantes da iluminância adequada Características da tarefa e do observador Peso 1 0 1 Idade Inferior a 40 anos Entre 40 e 55 anos Superior a 55 anos Velocidade e precisão Sem importância Importante Crítica Refletância do fundo da tarefa Superior a 70 Entre 30 e 70 Inferior a 30 262 Distribuição uniforme do iluminamento Em muitos galpões industriais são utilizadas telhas translúcidas que têm a função de substituir total ou parcialmente a iluminação artificial durante as horas do dia de forma a atender os requisitos mínimos de iluminância Para isso devese dotar o sistema de iluminação com circuitos que possam ser desligados de forma a permitir uma redução uniforme do nível de iluminamento artificial que é compensado com a iluminação natural através das telhas translúcidas Esse controle às vezes se torna complicado principalmente em dias inconstamente nublados É necessário que exista uma uniformidade razoável de iluminamento no ambiente iluminado O fator de uniformidade que representa o quociente entre os iluminamentos de maior e menor intensidade no mesmo recinto não deve ser inferior a 033 porém devese conservar na prática um número aproximadamente de 070 263 Temperatura da cor Para que se entenda a temperatura da cor é necessário definir o conceito de corpo negro É um objeto imaginário que emitiria uma radiação de forma contínua A sua cor é função de temperatura de trabalho medida em kelvin K Assim um corpo negro que tem uma temperatura de cor de 2800 K lâmpada incandescente terá sempre a mesma aparência de cor para um observador padrão Tabela 27 Iluminâncias mínimas em lux por tipo de atividade valores médios em serviço Tipo de ambiente Lux Auditório e anfiteatros Tribuna 500 Plateia 150 Sala de espera 150 Bancos Atendimento ao público 500 Salas de recepção 150 Bibliotecas Sala de leitura 500 Recinto das estantes 300 Escolas Salas de aula 300 Sala de trabalho manual 300 Laboratórios geral 200 Refeitórios 100 Garagens Oficinas 200 Estacionamento interno 150 Hospitais Sala de médicos 150 Sala de espera 150 Corredores e escadas 100 Cozinhas 200 Sala de operação geral 500 Quartos para pacientes 150 Hotéis e restaurantes Banheiros 200 Corredores e escadas 100 Cozinha 200 Quartos 150 Exposições 300 Sala de reuniões 150 Restaurantes 150 Portariarecepção 200 Lojas Vitrines e balcões 1000 Hall escadas 100 Centros comerciais 500 Banheiros geral 150 Soldas Iluminação geral 200 Solda de arco 2000 Esporte Futebol de salão 200 Voleibol 200 Indústria alimentícia Enlatamento 200 Acabamento 150 Classificação 1000 Indústria de calçados Classificação 1000 Lavagem 150 Acabamentoz 500 Indústria de cimento Ensacamento 150 Moagem fornos 150 Indústria de confeitos Seleção 200 Mistura 200 Fabricação de balas 500 Indústrias cerâmicas Trituração 150 Acabamento e moldagem 150 Indústrias de papéis Trituração 200 Máquinas de papel 200 Indústrias químicas Fornos secadores 200 Filtragem 200 Indústrias têxteis Batedores 200 Cardação 300 Inspeção 500 Tecelagem 300 Tingimento 200 Fiação 300 Urdimento 500 Locais de armazenamento Geral 100 Pequenos volumes 200 Grandes volumes 200 Indústrias metalúrgicas Usinagem grosseira 500 Tornos e polimento 1000 Usinagem alta precisão 2000 Escritórios Sala de trabalho 250 Arquivo 200 Sala de desenho 500 Recepção 250 Na prática não existe o corpo negro porém alguns materiais comportamse como ele como é o caso do filamento de tungstênio das lâmpadas incandescentes Também o sol é considerado como um corpo negro por isso sua luz é tomada para comparação de cores A temperatura da cor da luz do sol por exemplo ao meiodia é de cerca de 5300 K Quanto maior for a temperatura do corpo negro maior será a porcentagem de energia visível A classificação das lâmpadas através da temperatura da cor tem por objetivo avaliar comparativamente a sensação da tonalidade de cor das diversas lâmpadas Se aquecermos gradativamente um corpo metálico podemos observar que sua superfície passa da cor vermelha até atingir a cor branca Assim uma lâmpada incandescente emite uma luz na cor amarelada que corresponde à temperatura de cor de 2800 K Já algumas lâmpadas quando ligadas emitem uma luz na cor branca aparentando a luz do sol ao meiodia que corresponde à temperatura de cor de 6500 K Daí é comum classificar a luz emitida pelas lâmpadas em luz quente e luz fria De forma geral podese estabelecer uma graduação entre a temperatura de cor e a cor percebida pelo observador Luz vermelha temperatura de cor 2800 K luz quente suave Luz neutra branca temperatura de cor 4000 K neutra Luz branca temperatura de cor 5000 K neutra Luz azulada temperatura de cor 6500 K luz fria clara 264 Índice de reprodução de cores O índice de reprodução de cor ICR é definido como sendo a capacidade de uma fonte de luz ao iluminar um objeto de fazer com que este reproduza suas cores naturais As lâmpadas devem permitir que o observador veja os objetos com todo o espectro de cor que os caracteriza Para isso é conceituado o chamado índice de reprodução de cor que caracteriza como as cores dos objetos iluminados são percebidas pelo observador Este índice varia em uma escala de 0 a 100 A Tabela 28 fornece este índice para vários tipos de fontes luminosas Quanto mais elevado melhor é o equilíbrio de cores Assim as variações de cor dos objetos iluminados por fontes de luz de cores diferentes podem ser identificadas pelo índice de reprodução de cor O metal sólido como o filamento de tungstênio das lâmpadas incandescentes quando aquecido até emitir luz foi utilizado como referência para estabelecer os níveis de reprodução de cor igual a 100 As lâmpadas avermelhadas têm baixo índice de reprodução de cor inferior a 50 para uma temperatura de cor em torno de Tabela 28 2000 K As lâmpadas de tonalidade amarelada como as lâmpadas incandescentes apresentam índice de reprodução de cor de cerca de 90 para temperatura de cor de 4000 K As lâmpadas de tonalidade branca apresentam índice de reprodução de cor variando entre 85 e 95 para uma temperatura da cor de 5000 a 5800 K luz do dia especial Finalmente nas lâmpadas de tonalidade azulada o índice de reprodução da cor é de aproximadamente 75 para uma temperatura de cor em torno de 6000 K luz do dia Índice de reprodução de cores Tipo de lâmpada Temperatura da cor em ºC Índice Incandescente 2800 100 Incandescente de halogênio 3200 100 Fluorescente luz do dia 6500 7579 Fluorescente luz branca 4000 7579 Vapor de mercúrio 5000 47 Vapor de sódio 3000 35 Nos ambientes de trabalho as lâmpadas fluorescentes ou as de vapor metálico são mais indicadas do que as lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão Essas lâmpadas aplicadas em um ambiente industrial aumentam a possibilidade de cometimento de erros na execução das tarefas fadiga visual e consequentemente risco de acidentes de trabalho Muitas vezes devido à baixa temperatura de cor elas tendem a provocar sonolência nos operários que desenvolvem atividades como as de observação 265 Escolha dos aparelhos de iluminação Como já foi observado anteriormente o projeto de iluminação deve ser coerente com o ambiente a iluminar tanto do ponto de vista econômico quanto do recinto 266 Depreciação do fluxo luminoso Com o uso dos aparelhos de iluminação há uma diminuição progressiva da iluminância devido ao acúmulo de poeira sobre as superfícies das lâmpadas luminárias paredes pisos e teto Além disso há um decréscimo natural do fluxo luminoso das lâmpadas dado o seu envelhecimento A depreciação do fluxo luminoso em uma determinada instalação é medida através do fator de depreciação do serviço da luminária e do fator de utilização cujas particularidades serão adiante detalhadas 267 Cálculo de iluminação Podem ser utilizados três métodos de cálculo para a determinação do iluminamento dos diversos ambientes de trabalho Método dos lumens Método das cavidades zonais Método do ponto por ponto O primeiro método é de resolução simplificada porém de menor precisão nos resultados O segundo é mais complexo podendo levar a resultados mais confiáveis O terceiro e último método também conhecido como método das intensidades luminosas permite calcular o iluminamento em qualquer ponto da superfície de trabalho a partir do iluminamento individual dos aparelhos sendo muito complexa sua elaboração 2671 Método dos lumens É baseado na determinação do fluxo luminoso necessário para se obter um iluminamento médio desejado no planodo trabalho Consiste resumidamente na determinação do fluxo luminoso através da Equação 26 ψt E x S Fu x Fdl 26 ψt fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas em lumens E iluminamento médio requerido pelo ambiente a iluminar em lux S área do recinto em m² Fdl fator de depreciação do serviço da luminária Fu fator de utilização do recinto 26711 Fator de depreciação do serviço da luminária Qualquer sistema de iluminação ao longo do tempo vai perdendo o seu nível de iluminação inicial em decorrência da redução do fluxo luminoso da lâmpada e da sujeira acumulada no refletor da luminária e na superfície da lâmpada O fator de depreciação do serviço da luminária mede a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma luminária no fim do período considerado para iniciar o processo de manutenção e o fluxo emitido no início de sua operação Está relacionado na Tabela 29 Tabela 29 Fator de depreciação do serviço da luminária Fdl Tipo de aparelho Fdl Aparelhos para embutir lâmpadas incandescentes 085 Aparelhos para embutir lâmpadas refletoras Calha aberta e chanfrada 080 Refletor industrial para lâmpadas incandescentes Luminária comercial 075 Luminária ampla utilizada em linhas contínuas Refletor parabólico para 2 lâmpadas incandescentes Refletor industrial para lâmpada VM Aparelho para lâmpada incandescente para iluminação indireta 070 Luminária industrial tipo Miller Luminária com difusor de acrílico Globo de vidro fechado para lâmpada incandescente Refletor com difusor plástico Luminária comercial para lâmpada high output com colmeia 060 Luminária para lâmpada fluorescente para iluminação indireta 26712 Fator de utilização O fator de utilização do recinto ou simplesmente fator de utilização é a relação entre o fluxo luminoso que chega ao plano de trabalho e o fluxo luminoso total emitido pelas lâmpadas O fator de utilização depende das dimensões do ambiente do tipo de luminária e da pintura das paredes Dessa forma podemos definir o fator de utilização como sendo a eficiência luminosa do conjunto lâmpada luminária e recinto A Tabela 210 indica os fatores de utilização para algumas luminárias típicas de aplicação em recintos comercial e industrial O manuseio da Tabela 210 implica a determinação do índice de recinto K e o conhecimento das refletâncias médias ρte do teto ρpa das paredes e ρpi do piso que são função da tonalidade das superfícies iluminadas a Teto Branco ρte 70 070 Claro ρte 50 050 Escuro ρte 30 030 b Paredes Claras ρpa 50 050 Escuras ρpa 30 030 c Piso Escuro ρpi 10 010 A seguir informamos algumas cores com os seus respectivos coeficientes de refletância percentual ρpe ou seja 80 a 70 branco brancoclaro 65 a 55 amareloclaro 50 a 45 verdeclaro rosa azulceleste cinzaclaro 40 35 bege amareloescuro marromescuro 30 a 25 vermelho laranja cinza médio 20 a 15 verdeescuro azulescuro vermelhoescuro 10 a 5 azulmarinho preto A refletância média exprime as reflexões médias das superfícies do ambiente da instalação O índice de recinto K é dado pela Equação 27 K A x B Hlp x A B 27 K índice do recinto A comprimento do recinto em m B largura do recinto em m Hlp altura da fonte de luz sobre o plano de trabalho em m Tabela 210 Fator de utilização da luminária Philips Luminárias típicas Teto 70 50 70 50 30 Parede 50 30 50 30 10 10 30 10 K 10 valor de refletância percentual do piso TMS 1 lâmpada de 65 W 060 032 025 029 022 020 018 020 017 080 039 031 035 029 026 024 026 022 100 045 037 040 034 032 029 031 027 125 050 043 045 039 037 034 036 032 150 055 048 049 044 042 039 040 036 200 061 055 056 050 050 046 046 042 250 066 060 060 055 055 051 050 047 300 069 064 063 058 059 055 053 055 400 073 069 067 063 065 060 057 055 500 076 072 069 066 069 063 060 058 TMS 500 2 lâmpadas de 65 W 060 031 025 027 022 020 018 019 016 080 038 032 033 028 027 024 024 021 100 043 037 038 033 032 029 028 025 125 049 043 042 037 038 033 032 029 150 053 047 046 041 042 037 035 032 200 059 054 051 047 049 043 040 038 250 063 058 054 051 054 048 044 041 300 065 061 057 054 058 051 046 044 400 069 066 060 057 062 055 049 047 500 071 068 062 060 066 058 051 050 TMS 426 2 lâmpadas de 40 W 060 035 028 023 031 025 021 022 019 080 043 036 030 038 032 027 028 024 100 050 042 036 044 038 033 033 029 125 056 049 043 049 043 038 038 034 150 061 054 048 054 048 043 042 038 200 068 061 056 060 055 050 048 045 250 072 067 062 064 060 056 053 050 300 076 071 066 067 063 060 056 053 400 080 076 072 071 068 065 060 058 500 083 080 076 074 071 068 063 061 TCK 427 4 lâmpadas de 40 W 060 033 027 023 032 027 023 026 023 080 041 034 030 040 034 030 033 029 100 047 040 036 045 040 036 039 035 125 052 046 042 051 046 042 045 041 150 056 051 047 055 050 046 049 046 200 063 058 054 061 057 054 056 053 250 067 063 059 065 062 059 060 058 300 070 066 063 068 065 062 064 061 400 073 070 068 071 069 067 068 066 500 075 073 071 074 072 070 070 068 HDK 472 1 lâmpada de 400 W 060 050 046 050 045 042 042 045 042 080 058 053 057 052 049 049 052 049 100 063 059 062 058 056 055 058 055 125 068 064 067 063 061 061 063 060 150 072 068 070 067 065 065 066 064 200 077 074 075 073 071 071 072 070 250 080 077 078 076 075 074 075 074 300 082 080 080 079 078 077 077 076 400 084 082 082 081 081 080 080 079 500 085 084 083 082 083 081 081 080 26713 Cálculo do número de luminárias É dado pela Equação 28 ψl fluxo luminoso emitido por uma lâmpada em lumens de acordo com a Tabela 21 Nla número de lâmpadas por luminárias 26714 Distribuição das luminárias O espaçamento que deve existir entre as luminárias depende de sua altura útil que por sua vez pode conduzir a uma distribuição adequada de luz A distância máxima entre os centros das luminárias deve ser de 1 a 15 m da sua altura útil O espaçamento da luminária à parede deve corresponder à metade deste valor A Figura 229 indica a disposição correta das luminárias em uma instalação Logo pela Figura 229 temse Figura 229 Distribuição das luminárias 1 Y 15 Hlp 210 X1 X2 e Y1 Y2 Hlp altura útil da luminária em m X e Y espaçamento entre luminárias em m Exemplo de aplicação 22 Considerar o galpão industrial central da Figura 228 com medida de 12 17 m e altura de 75 m destinado à fabricação de peças mecânicas Sabese que o teto é branco as paredes claras e o piso escuro Determinar o número de projetores necessários utilizando lâmpadas a vapor de mercúrio de 400 W a Cálculo do fluxo luminoso Pela Equação 26 temse ψ1 E S Fu Fdl E 500 lux Tabela 27 Indústrias metalúrgicas usinagem grosseira S A B 17 12 204 m² Fdl 070 Tabela 29 Refletor industrial para lâmpada VM Para o cálculo do fator de utilização devese aplicar a Equação 27 do índice do recinto K A B Hlp A B 17 12 6 17 12 117 Hlp 6 m veja Figura 226 Na Figura 230 estão registradas as dimensões utilizadas no cálculo Foram tomados os seguintes valores de refletância média de acordo com o ambiente anteriormente descrito ρte 70 teto branco ρpa 50 parede clara ρpi 10 piso escuro Figura 230 Distribuição dos projetores Na Tabela 28 com os valores K ρte refletância percentual do teto ρpa refletância percentual da parede ρpi refletância percentual do piso e a luminária HDK 472 da Philips determinase o valor Fu por interpolação entre os valores de K 100 e K 125 1 125 063 068 1 117 063 Fu Fu 066 Logo o valor de é ψt 500 204 070 066 220779 lumens b Cálculo do número de luminárias Através da Equação 28 temse Nlu ψt Nla ψ1 220779 1 22000 1003 ψ 22000 lumens Tabela 22 Nlu 10 luminárias c Distribuição das luminárias Tratandose de um galpão de forma retangular devese adotar a opção por distribuir as luminárias em número proporcional à direção da largura e à direção do comprimento da área conforme disposição da Figura 230 Neste caso optouse por 12 luminárias para melhor se adequar a sua distribuição na área em questão Logo a distância entre as luminárias e a distância entre estas e a parede valem 12 2 Y 2 Y1 2 Y 2 Y2 3 Y Y 4 m 1 Y 15 Hlp valor atendido 17 3 X 2 X1 3 X 2 X2 4 X χ 425 m 1 X 15 Hlp valor atendido Y1 Y2 42 2 m χ1 X2 4252 212 m 2672 Métodos das cavidades zonais a b c As edificações de plantas industriais via de regra possuem pédireito altura do teto ao solo superior a 5 metros o que dificulta bastante a manutenção do sistema de iluminação Muitas vezes é necessário que se armem andaimes ou sistemas equivalentes para se ter acesso aos aparelhos de iluminação a fim de executar a troca de lâmpadas limpeza das luminárias substituição de reatores etc Para contornar essas dificuldades no projeto de iluminação deve ser definido o tempo em que esses serviços devem ser executados normalmente durante as férias coletivas ou outro evento em que o recinto industrial esteja fora de operação Assim devese prever uma quantidade de lâmpadas e luminárias adicionais que venham a cobrir a deficiência de iluminação decorrente da queima de lâmpadas e da sujeira acumulada no refletor eou refrator da luminária durante esse período Se possível é conveniente que esse período seja aproximadamente coincidente com a queima das lâmpadas associada à depreciação do serviço da luminária que acumule uma deficiência do fluxo luminoso no sistema de iluminação de cerca de 30 Nessa condição devem ser realizados os serviços de substituição de todas as lâmpadas acesas e apagadas e a limpeza das luminárias A utilização do método das cavidades zonais facilita a aplicação dessas medidas e outras que serão definidas durante a explanação do processo de cálculo da iluminação O método das cavidades zonais bem como o método dos lumens é fundamentado na teoria da transferência de fluxo em que são admitidas superfícies uniformes refletindo o fluxo luminoso de modo preciso dadas as considerações que são feitas na determinação dos fatores de utilização e de depreciação Para a elaboração de um projeto de iluminação industrial podem ser adotadas algumas recomendações adicionais visando a economia de energia flexibilidade operacional e redução do tempo de manutenção do sistema de iluminação utilizar sensores fotovoltaicos com retardo de tempo para ligar e desligar automaticamente determinados circuitos de iluminação quando da existência de telhas translúcidas utilizar plugues e tomadas na conexão das luminárias com os circuitos de iluminação os circuitos de distribuição devem ligar as luminárias com alternância de forma que se for necessário reduzir o nível de iluminamento de maneira aproximadamente uniforme seja suficiente desligar apenas alguns circuitos Essa alternância pode ser feita para atingir 25 50 75 e 100 do nível de iluminamento Os valores das cavidades podem alterar substancialmente o nível do fluxo luminoso que chega ao plano de trabalho São consideradas as seguintes cavidades Cavidade do teto Representa o espaço existente entre o plano das luminárias e o teto Para luminárias no forro por exemplo a cavidade do teto é o próprio forro isto é nula Cavidade do recinto ou do ambiente É o espaço entre o plano das luminárias e o plano de trabalho geralmente considerado a 080 m do piso Na verdade a cavidade do recinto é igual à altura útil da luminária Cavidade do piso Representa o espaço existente entre o plano de trabalho e o piso Quando se quer determinar o iluminamento médio na superfície do piso a cavidade do piso é o próprio chão isto é nula A Figura 231 indica as três cavidades anteriormente estudadas Podese observar que entre o plano das luminárias e o plano de trabalho existem as paredes que influenciam significativamente sobre a quantidade de luz que chega ao plano de trabalho Assim para ambientes similares com o mesmo número de luminárias e lâmpadas todas do mesmo modelo e potência o ambiente cujas paredes são pintadas com cores mais claras apresenta um nível de iluminamento maior do que aquele pintado com cores escuras Também ambientes estreitos e altos absorvem mais fluxo luminoso que os ambientes mais baixos e largos A determinação do fluxo luminoso pelo método das cavidades é feita através da Equação 211 Figura 231 a b c Cavidades zonais Fdi fator de depreciação do serviço da iluminação Como se pode observar as variáveis dessa expressão são semelhantes às da fórmula para o cálculo do iluminamento pelo método dos lumens 26721 Fator de utilização Já definido anteriormente o fator de utilização é determinado a partir do conhecimento das refletâncias efetivas das cavidades do teto e das paredes além da relação da cavidade do recinto e da curva de distribuição da luminária Pode ser determinado de acordo com a seguinte metodologia Escolha da luminária e da lâmpada Fabricante Tipo e categoria da luminária Lâmpada adotada Fator de relação das cavidades Deve ser determinado pela Equação 212 A comprimento do recinto em m B largura do recinto em m Relações das cavidades zonais Pela Figura 231 podem ser conhecidas as distâncias indicadas necessárias ao cálculo das seguintes relações Relação da cavidade do recinto Hlp altura da luminária ao plano de trabalho em m Relação da cavidade do teto d e f g Htl altura do teto ao plano das luminárias em m Relação da cavidade do piso Hpp altura do plano de trabalho ao piso em m Refletância efetiva da cavidade do piso ρcp É obtida pela combinação das refletâncias percentuais do piso e das paredes associadas ao valor de Rcp conforme a Tabela 211 Refletância efetiva da cavidade do teto ρct À semelhança do item anterior pode ser obtida da mesma Tabela 211 porém com base no valor de Rct Quando as luminárias são fixadas na superfície do teto o valor da refletância da cavidade do teto é igual à refletância do teto Quando o teto possui superfícies não planas como é o caso de muitos galpões industriais para se determinar a refletância da cavidade do teto podese aplicar a Equação 216 Spt área da projeção horizontal da superfície do teto em m2 Srt área real da superfície do teto em m2 ρte refletância percentual do teto Determinação do fator de utilização Finalmente o fator de utilização é determinado pela Tabela 212 em função de ρct ρpa e da relação da cavidade do recinto Rcr Coeficiente de correção do fator de utilização Quando as refletâncias da cavidade do piso apresentarem valores muito diferentes do valor estipulado na Tabela 212 o fator de utilização deverá ser corrigido de conformidade com Tabela 213 e com a Equação 217 Fu fator de utilização inicial Fc fator de correção Fuc fator de utilização corrigido Se a refletância efetiva da cavidade do piso for superior a 20 devese multiplicar o fator de utilização pelo fator de correção encontrado na Tabela 213 Entretanto se a refletância efetiva da cavidade do piso for inferior a 20 o fator de utilização inicial deve ser dividido pelo fator de correção correspondente Por exemplo considerar os seguintes dados ρct 80 refletância efetiva da cavidade do teto ρpa 50 refletância percentual das paredes ρcp 30 refletância efetiva da cavidade do piso Rcr 5 considerar a luminária P 1124 da Tabela 212 Fu 042 refletância efetiva da cavidade do piso 20 da Tabela 212 Logo o valor do fator de correção encontrado na Tabela 213 é de Fc 104 Como a refletância efetiva da cavidade do piso é superior a 20 o fator de utilização deve ser multiplicado pelo fator de correção ou seja a Fuc 042 104 04368 26722 Fator de depreciação do serviço da iluminação Fdi A degradação do fluxo luminoso no ambiente iluminado é função de vários fatores de depreciação que se tornam críticos com o decorrer do tempo de operação do projeto Fator de depreciação do serviço da luminária Fd Já definido anteriormente o fator de depreciação do serviço da luminária é determinado a partir do conhecimento prévio do intervalo de tempo esperado para que se proceda à manutenção efetiva dos aparelhos de iluminação Com o decorrer do tempo a poeira acumulada sobre as superfícies das lâmpadas e do refletor das luminárias provoca uma perda excessiva da luz e em consequência uma drástica diminuição da iluminação do ambiente Quando não se conhecem maiores dados sobre o tipo de ambiente para o qual se elabora o projeto de iluminação nem o espaço de tempo previsto para a manutenção dos aparelhos o fator de depreciação pode ser determinado aproximadamente através da Tabela 29 No entanto em projetos de maior envergadura estes dados devem ser obtidos com maior precisão a fim de se dimensionar adequadamente o número de luminárias que irá permitir o nível de iluminamento desejado no final do período após o qual serão iniciados os trabalhos de limpeza Pelas curvas da Figura 232 podese determinar o fator de depreciação do serviço da luminária considerandose o período de manutenção desejado e a categoria de manutenção em que se enquadra o aparelho que se quer utilizar no projeto Esta categoria é função das características da atmosfera no interior dos ambientes que são assim definidos ML muito limpa L limpa M média S suja MS muito suja Quanto à categoria de manutenção da luminária a Tabela 212 estabelece as características fundamentais que possibilitam a sua determinação Somente fica definida a categoria de manutenção de uma luminária quando é possível enquadrála segundo os critérios estabelecidos na Tabela 214 conhecendose as características construtivas das partes superior e inferior das luminárias As luminárias que podem ser definidas em mais de uma categoria devem ser enquadradas na categoria de manutenção mais baixa Alguns fabricantes no entanto fornecem em suas tabelas de catálogo a categoria de manutenção de suas luminárias b Tabela 212 Fator de depreciação das superfícies do ambiente devido à sujeira Fs Representa a redução do fluxo luminoso devido ao acúmulo de sujeira nas superfícies do ambiente A Figura 233 fornece o percentual esperado de sujeira em função do tempo estabelecido para a limpeza das superfícies do ambiente e das características do mesmo onde a luminária está instalada A partir do percentual esperado de sujeira obtémse da Tabela 215 o fator de depreciação devido à sujeira do ambiente Fatores de utilização Luminárias típicas Categoria de manutenção Relação alturaespaçamento ρct 80 50 10 ρpa 50 30 10 50 30 10 50 30 10 da luminária Rcr Fatores de utilização para 20 da refletância efetiva da cavidade do piso rcp P11242 Lâmpadas de 40 W I 13 0 1 072 068 065 056 054 052 039 037 036 2 062 057 053 054 045 042 033 031 030 3 055 048 044 043 039 035 030 027 025 4 048 042 037 038 033 030 026 024 022 5 042 036 031 034 029 025 023 020 018 6 038 031 026 030 025 022 021 018 016 7 034 027 023 027 022 019 019 016 014 8 030 024 020 024 019 016 017 014 012 9 027 021 017 022 017 014 015 012 010 10 025 019 015 020 015 012 014 011 009 T61444 Lâmpadas de 40 W IV 12 0 1 059 057 055 056 054 053 052 050 049 2 052 049 046 049 047 044 046 044 042 3 046 042 039 044 041 038 041 039 037 4 041 037 033 039 035 032 037 034 032 5 036 031 028 035 031 027 032 029 027 6 032 028 024 031 027 024 029 026 023 7 029 024 021 028 024 021 026 023 020 8 026 021 018 025 021 018 023 020 017 9 023 019 015 022 018 015 021 018 015 10 021 017 014 020 016 013 019 016 013 T131 Lâmpada VM IV 1 0 1 077 074 072 072 070 068 067 066 064 2 069 065 061 065 062 059 061 058 056 3 062 057 053 059 055 051 055 052 050 4 057 051 047 054 050 046 051 048 045 5 052 046 042 050 045 042 047 044 041 6 048 043 039 046 042 038 044 040 037 7 045 039 035 043 038 035 041 037 034 8 042 036 033 040 036 032 039 035 032 9 039 034 030 038 033 030 036 033 030 10 037 032 029 036 031 028 035 031 028 T38 ou T391 Lâmpada VM IV 1 0 1 076 074 072 072 070 069 067 066 065 2 070 067 065 067 065 063 063 061 060 3 065 062 059 062 060 059 059 057 055 4 060 056 053 058 055 052 055 053 051 5 056 051 048 054 050 048 052 049 047 Tabela 213 6 7 8 9 10 052 048 044 041 036 047 043 040 037 032 044 040 037 033 029 050 046 043 040 035 046 043 039 036 031 044 040 036 033 028 048 045 041 039 034 045 042 038 035 031 043 039 035 033 028 Fatores de correção para as refletâncias efetivas do piso que não sejam 20 ρct 80 70 50 10 ρpa 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50 30 10 Rcr Fatores de correção 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 108 107 105 105 104 103 103 103 102 102 108 106 104 103 103 102 102 102 101 101 107 105 103 102 102 101 101 101 101 101 107 106 105 104 103 103 103 102 102 102 106 105 104 103 102 102 102 102 101 101 106 104 103 102 102 101 101 101 101 101 105 104 103 103 102 102 102 102 102 102 104 103 103 102 102 102 101 101 101 101 104 103 102 102 102 102 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 101 100 100 100 100 100 100 100 Figura 232 Fatores de depreciação do serviço da luminária Tabela 214 Categoria de manutenção das luminárias Categoria de manutenção Parte superior da luminária Parte inferior da luminária I Aberta Aberta lâmpadas nuas II Transparente com 15 ou mais de fluxo luminoso emitido para cima através de aberturas Translúcida idem Opaca idem Aberta Dotadas de colmeias louvers ou venezianas III Transparente com menos de 15 ou mais de fluxo luminoso emitido para cima através de aberturas Abertas Dotadas de colmeias louvers ou venezianas IV Transparente sem aberturas Translúcida sem aberturas Opaca sem aberturas Abertas Dotadas de colmeias louvers ou venezianas V Transparente sem aberturas Translúcida sem aberturas Opaca sem aberturas Transparente sem aberturas Translúcida sem aberturas VI Aberta Transparente sem aberturas Translúcida sem aberturas Opaca sem aberturas Tabela 215 Fator de depreciação devido à sujeira Tipo de distribuição da luminária Direto Semidireto Diretoindireto Semiindireto Indireto Sujeira 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 10 20 30 40 Fatores de depreciação 1 98 96 94 92 97 92 89 84 94 87 80 76 94 80 73 90 80 70 60 2 98 96 94 92 96 92 88 83 94 87 80 75 94 87 79 72 90 80 69 59 3 98 95 93 90 96 91 87 82 94 86 79 74 94 86 78 71 90 79 68 58 4 97 95 92 90 95 90 85 80 94 86 79 73 94 86 78 70 89 78 67 56 5 97 94 91 89 94 90 84 79 93 86 78 72 93 86 77 69 89 78 66 55 6 97 94 91 88 94 89 83 78 93 85 78 71 93 85 76 68 89 77 66 54 7 97 94 90 87 93 88 82 77 93 84 77 70 93 84 76 68 89 76 65 53 8 96 93 89 86 93 87 81 75 93 84 76 69 93 84 76 68 87 76 64 52 9 96 92 88 85 93 87 80 74 93 84 76 68 93 81 75 67 88 75 63 51 10 96 92 87 83 93 86 79 72 93 84 75 67 92 80 75 67 88 75 62 50 Figura 233 Percentual esperado de sujeira tempo de limpeza c Fator de redução do fluxo luminoso por queima da lâmpada Fq d e As lâmpadas apresentam vida útil média dentro de uma determinada faixa de tempo de operação Sua queima sempre ocorre em tempos e posições diferentes na instalação acarretando constantemente a sua reposição Devese ressaltar que o conceito de vida útil de uma lâmpada é muito divergente entre fabricantes No entanto é prática considerar que o tempo de vida útil é medido quando 50 das lâmpadas de um lote em análise se queimam A vida útil da lâmpada depende de vários fatores tais como temperatura ambiente nível de variação da tensão da rede presença de gases corrosivos na atmosfera industrial etc Para se obter o fator por queima das lâmpadas devese conhecer o seu tempo de vida útil médio além de estabelecer o tempo de manutenção das mesmas Assim para uma instalação em que se devem utilizar lâmpadas a vapor de mercúrio cujo tempo de vida útil médio esperado é de 18000 horas e estabelecer um tempo de reposição das lâmpadas queimadas em 7000 horas considerando que no final das 18000 horas há 90 das lâmpadas queimadas o fator por queima vale O projetista deve ser alertado de que o fator do fluxo luminoso por queima de lâmpadas acarreta um custo de investimento inicial muito elevado um custo operacional significativo com a reposição das lâmpadas queimadas mais lâmpadas no sistema e um custo adicional mensal na conta de energia elétrica que pode ser muito elevado se a instalação operar 24 horas por dia O mais recomendável é tomar como prática a substituição imediata de cada lâmpada queimada evitando assim o ônus econômico e financeiro da aplicação desse fator Há indústrias que apresentam dificuldades de substituição das lâmpadas queimadas durante o dia de trabalho devido à presença de máquinas operatrizes no salão industrial as quais inibem o trabalho das equipes de manutenção Essas indústrias normalmente operam 24 horas durante todos os dias do ano Nesses casos é prática comum que a indústria pare as suas atividades por um período de tempo no ano em torno de 1 semana a 15 dias Nesse período há uma intensa atividade das equipes de manutenção preventiva momento em que são limpas as luminárias e trocadas as lâmpadas Existem alguns procedimentos a serem aplicados nesse tipo de indústria como utilizar lâmpadas com vida útil média de 24000 horas No período de um ano por motivos práticos aproximadamente 30 das lâmpadas estarão queimadas A partir desse ponto temse um processo acelerado de queima de lâmpadas Então procedese à limpeza e troca de todas as lâmpadas da instalação Entretanto tratase de um processo caro que deve ser evitado ao máximo Nesse caso cabe projetar uma quantidade de lâmpadas 30 maior para compensar a queima durante o ano Como se comentou as lâmpadas queimam dentro de uma determinada faixa de tempo de operação Sua queima sempre ocorre em tempos e posições diferentes na instalação acarretando constantemente a sua reposição Podemos classificar uma lâmpada relativamente à duração de tempo de queima em Vida útil É o tempo decorrido para ocorrer uma redução de 30 do fluxo luminoso inicial como resultado da queima de um determinado número de lâmpadas associada à depreciação do fluxo luminoso de cada lâmpada Vida média É a média aritmética do tempo de duração de cada lâmpada parte de um conjunto de lâmpadas ensaiadas Vida mediana É o número de horas decorrentes de um ensaio de um conjunto de lâmpadas em que 50 das lâmpadas ainda permanecem acesas Fator de depreciação do fluxo luminoso da lâmpada Ff Quando se utiliza a Tabela 22 na realidade adotase o fluxo luminoso inicial da lâmpada À medida que a lâmpada se aproxima do fim de sua vida útil o fluxo luminoso se reduz de acordo com a Figura 234 Fator de fluxo luminoso do reator Fr Já definido no item 241 pode ser expresso pela Equação 218 Flr fluxo luminoso depreciado devido à influência do reator Fln fluxo luminoso nominal da lâmpada Os reatores normalmente apresentam os seguintes fatores médios de fluxo luminoso Reator eletromecânico simples de baixo fator de potência 080 a 090 Reator eletromecânico duplo de alto fator de potência 090 a 10 Reator eletrônico 090 a 11 Finalmente o fator de depreciação do serviço da iluminação vale 219 É interessante observar que inicialmente se obtém um iluminamento muito superior ao normalmente requerido com a aplicação do fator de depreciação do serviço da iluminação No final do tempo estipulado para a limpeza das lâmpadas e luminárias para a troca de lâmpadas queimadas etc obtémse o valor do iluminamento determinado através da Equação 211 26723 Distribuição das luminárias Além dos critérios anteriormente discutidos para o posicionamento relativo das luminárias a Tabela 210 estabelece a relação entre o espaçamento máximo das luminárias de instalação consecutiva e a sua altura de montagem Figura 234 Decréscimo do fluxo luminoso das lâmpadas Exemplo de aplicação 23 Considerar uma indústria cujo galpão central de produção meça 12 x 17 m com a altura de 75 m conforme a Figura 226 Determinar o número de luminárias através do método das cavidades zonais aplicando os parâmetros do ambiente e iluminância dados no Exemplo de Aplicação 22 demonstrativo do método dos lumens A indústria opera durante 24 horas por dia juntamente com a iluminação ligada Aplicandose a Equação 211 temse a Escolha das luminárias e lâmpadas Fabricante Tilumi Tipo de luminária refletor T38 Categoria de manutenção IV Lâmpada adotada vapor de mercúrio de 400 W valor inicial b Cálculo do fator de relação Pela Equação 212 temse K 5 A B A B 5 17 12 17 12 071 c Cálculo das relações das cavidades zonais Cavidade do recinto Da Equação 213 temse Rcr K Hlp 071 6 426 Cavidade do teto Da Equação 214 temse Rct K Htl 071 070 049 Cavidade do piso Da Equação 215 temse Rcp K Hpp 071 080 056 d Cálculo de refletância efetiva da capacidade do piso ρcp Pela Tabela 211 e com valores das refletâncias percentuais do piso e da parede e o valor da relação da cavidade do piso determinase ρcp ρpi 10 piso muito escuro ρpa 50 paredes claras Rcp 056 ρcp 11 e Cálculo da refletância efetiva da cavidade do teto ρct Pela Tabela 211 e com os valores das refletâncias percentuais do teto e da parede e o valor da relação da cavidade do teto determinase ρct Pte 70 teto branco ρpa 50 paredes claras Rct 049 ρct 64 Neste caso a superfície do teto é considerada plana Se for considerada a concavidade do teto como mostra a Figura 226 devese aplicar a Equação 216 ρct2 ρte Spt Srt ρte Srt ρte Spt ρte 70 070 teto branco Spt 12 17 204 m² Srt A2 B 2 cos α 122 17 2 cos 15 211 m² ρct2 070 204 211 070 211 070 204 069 Podese verificar que a diferença é relativamente pequena entre ρct1 e ρct2 Adotarseá o valor real para o caso isto é ρct2 f Cálculo do fator de utilização Pela Tabela 212 e com os valores de ρct2 ρpa e Rcr interpolando os fatores de utilização encontrados temse 80 50 060 058 80 69 060 Fu1 Fu1 059 80 50 056 054 80 69 056 Fu2 Fu2 055 4 5 059 055 4 426 059 Fu3 Fu3 Fu 057 g Cálculo do coeficiente de correção do fator de utilização Como o valor de Fu foi calculado para a refletância efetiva da cavidade do piso de 20 conforme a Tabela 212 então é necessário proceder a sua correção já que no exemplo em questão ρcp 11 Pela Tabela 213 e com os valores de ρct ρpa e Rcr temse ρct 70 ρpa 50 Rcr 426 Fc 104 Logo o fator de utilização corrigido é de Fuc Fu 1 Fc 057 1 104 054 h Cálculo do fator de depreciação do serviço da iluminação Fdi Deve ser calculado com base nos seguintes fatores como já foi estudado anteriormente Fator de depreciação do serviço da luminária Fd Considerando que o período de manutenção das luminárias seja de 24 meses e sabendo através de análise a Tabela 212 que a luminária T38 se enquadra na categoria IV podese obter por meio das curvas da Figura 232 o fator de depreciação Fd que é igual a 081 admitindose o ambiente limpo L Fator de depreciação das superfícies do ambiente devido à sujeira Fs De acordo com a Figura 233 obtémse um percentual de sujeira de 18 entrandose com o valor de 24 meses e ambiente limpo L Pela Tabela 215 obtémse o valor de depreciação devido à sujeira do ambiente considerando a iluminação do tipo direto projetor T38 Fs 95 095 Fator de redução do fluxo luminoso por queima de lâmpada Fq Como serão utilizadas lâmpadas VM cuja vida útil média é de 18000 horas e considerando que a cada 8760 horas serão substituídas todas as lâmpadas queimadas do ambiente podese obter assim o fator de redução do fluxo luminoso por queima das lâmpadas Também se considera que no final da sua vida útil 60 das lâmpadas estão queimadas Fq 1 8760 18000 60 100 070 Fator de depreciação do fluxo luminoso da lâmpada Fl De acordo com a Figura 234 e considerando que as lâmpadas sejam trocadas com o tempo de vida útil de aproximadamente 50 ou seja 8760 horas temse Ff 093 Fator de fluxo do reator Sendo utilizado o reator eletrônico adotouse o valor de Flr 1 veja item e deste Exemplo de Aplicação Dessa forma o fator de depreciação do serviço da iluminação de acordo com a Equação 218 vale Fdi Fd Fs Fq Ff Flr 081 095 070 093 10 Fdi 050 Podese observar neste caso que ao completar um ano de uso todas as lâmpadas serão trocadas e a cada 2 anos além da troca das lâmpadas as luminárias são limpas Esta sistemática foi adotada neste Exemplo de Aplicação Porém na prática quando se realiza a substituição das lâmpadas procedese à limpeza das luminárias i Cálculo do fluxo luminoso Conforme a Equação 211 temse ψl E S Fu Fdi 500 204 057 050 357895 lumens j Cálculo do número de projetores De acordo com a Equação 28 temse Nlu 357895 1 22000 16 luminárias por questão de estérica na distribuição das luminárias serão adotadas 18 unidades k Distribuição dos projetores Seguir o mesmo processo apresentado no Exemplo de Aplicação 22 ou seja 17 5 X 2 X2 5 X X 6 X X 280 m 12 3 Y 2 Y2 3 Y Y 4 Y Y 300 m Xl X2 2802 14 m Yl Y2 3002 15 m A Figura 235 mostra a distribuição das luminárias Figura 235 Distribuição dos projetores 2673 Método ponto por ponto Este método permite que se determine em cada ponto da área o iluminamento correspondente à contribuição de todas as fontes luminosas cujo fluxo atinja o ponto mencionado A soma algébrica de todas as contribuições determina o iluminamento naquele ponto Este método tanto pode ser utilizado para aplicações em ambientes interiores como em ambientes exteriores O fluxo luminoso de uma luminária qualquer pode atingir tanto o plano horizontal como o plano vertical estabelecendo assim dois tipos de iluminamento a Figura 236 Figura 237 Iluminamento horizontal É a soma das contribuições do fluxo luminoso de todas as luminárias em um ponto do plano horizontal Pode ser determinado a partir da Equação 220 Eh iluminamento horizontal em lux I intensidade do fluxo luminoso em cd α ângulo entre uma dada direção do fluxo luminoso e a vertical que passa pelo centro da lâmpada H altura vertical da luminária em m A Figura 236 mostra a determinação dos parâmetros geométricos da Equação 220 Já a Figura 237 mostra a contribuição de várias luminárias para o estabelecimento da iluminação horizontal em um determinado ponto O do plano Logo o iluminamento horizontal neste caso vale Iluminamento horizontal Contribuição das fontes de luz Eh Eh1 Eh2 Eh3 Para se obter o valor final da iluminância é necessário aplicar o fator de depreciação dos projetores utilizados Como valores médios podem ser admitidos b Figura 238 Figura 239 Projetores abertos 065 Projetores fechados 075 Iluminamento vertical É a soma das contribuições do fluxo luminoso de todas as luminárias em um ponto do plano vertical Pode ser determinado a partir da Equação 221 Ev iluminamento vertical em lux D distância entre a luminária e o ponto localizado no plano vertical em m A Figura 238 mostra a determinação dos parâmetros geométricos da Equação 221 Já a Figura 239 mostra a contribuição de duas luminárias para o estabelecimento da iluminação vertical em um determinado ponto O do plano Logo o iluminamento vertical neste caso vale Ev Ev1 Ev2 Iluminamento vertical Contribuição das fontes de luz A partir da conceituação anterior podem ser estabelecidas as seguintes considerações Os iluminamentos Eh e Ev variam na proporção inversa do quadrado da distância da fonte de luz ao ponto iluminado Os iluminamentos Eh ou Ev variam na proporção direta da intensidade luminosa na direção do ponto iluminado Figura 240 Figura 241 O iluminamento Eh varia na proporção direta do cosseno do ângulo formado entre a direção da intensidade do fluxo luminoso que atinge o ponto considerado e a reta que passa pela fonte luminosa e é perpendicular ao plano horizontal O iluminamento Ev varia na proporção direta do seno do ângulo formado entre a direção da intensidade do fluxo luminoso que atinge o ponto considerado e a reta que passa pela fonte luminosa e é perpendicular ao plano horizontal Curvas isocandelas1000 lumens A intensidade do fluxo luminoso é obtida a partir das curvas de distribuição luminosa também conhecidas como curvas isocandelas mostradas como exemplo na Figura 240 para um determinado tipo de luminária O método ponto por ponto é muito aplicado na determinação do iluminamento em áreas abertas pátios de manobra quadras esportivas etc ou em iluminação de fachadas Nos projetos de quadras de esporte tais como basquete voleibol e campos de futebol é necessário aplicar alguns procedimentos básicos para se obter os melhores resultados na distribuição do fluxo luminoso mostrado na Figura 241 observandose as linhas de focalização dos projetores e as distâncias regulamentares entre as torres e as laterais do campo O conjunto dos projetores de cada torre é considerado um único ponto de luz para a determinação das distâncias e ângulos Linhas de focalização de uma quadra de esporte Exemplo de aplicação 24 Determinar o iluminamento da quadra de esporte definida na Figura 241 destinada ao lazer de funcionários de uma determinada indústria Serão utilizadas seis torres com altura útil igual a 20 m altura para evitar o ofuscamento afastadas de 2 m da periferia da quadra A distância entre as torres e as laterais é a metade da distância entre duas torres consecutivas Serão utilizados seis conjuntos de 8 projetores de facho aberto cuja curva de distribuição luminosa é dada na Figura 240 A lâmpada empregada é de 1000 W vapor metálico cujo fluxo luminoso inicial é de 90000 lumens Serão utilizadas três torres de cada lado da quadra de esporte de conformidade com a Figura 241 A Figura 242 define a posição de uma torre de iluminação e os ângulos correspondentes Devido à complexidade dos cálculos trigonométricos será mostrada somente a iluminação de um ponto conforme Figura 241 Distância entre as torres de iluminação 66 2 Dt 2 Dt2 33 Dt 05 Dt Dt distância entre duas torres consecutivas Dt 22 m Dt2 11 m Distância entre as linhas de focalização Y LN1 1 4041 8 m L 40 m largura do campo de esporte N1 4 número de linhas de focalização valor adotado Distância entre os pontos de foco O número de pontos de foco é igual ao número de projetores ou seja Np 6 8 48 O número de linhas de interseção vale Ni NpN1 484 12 Logo a distância entre os pontos de foco vale 66 11 X 2 X2 12 X X 55 m Cada projetor está focalizado no respectivo ponto de foco conforme a Figura 241 ou seja o ponto de foco 8 está diretamente iluminado pelo projetor 8 da torre L1 Esse ponto de foco receberá a contribuição de 47 projetores 48 1 47 Intensidade luminosa no ponto de foco 12 devido ao projetor 12 da torre L2 D1212 2752 8 8 22 182 m D1212 distância horizontal entre as torres L2 onde está instalado o projetor 12 e o ponto de foco 12 α arctg 18220 423º Através das curvas isocandelas mostradas na Figura 240 podese obter o valor da intensidade luminosa lumens para β 0º e γ 0 IL212 660 900001000 59400 cd Iluminamento EL212 devido ao projetor 12 no ponto de foco 12 Intensidade luminosa no ponto de foco 12 devido ao projetor 8 da torre L1 D88 distância horizontal entre as torres L1 onde está instalado o projetor 8 e o ponto de foco 8 D812 distância horizontal entre as torres L1 onde está instalado o projetor 8 e o ponto de foco 12 Pela Figura 242 podese obter o valor do ângulo β resolvendo os dois triângulos formados AB2 263 X2 BD2 1982 263 X2 DC2 BC2 X2 DC2 112 X2 DC2 A partir desse conjunto de equações obtêmse os valores de X 80 m e DC 755 m Logo o ângulo β 223 Determinação da curva fotométrica que cruza o ponto 12 devido ao projetor 8 Desenvolvendose os cálculos geométricos e trigonométricos necessários concluise que o valor de γ 59 Com os valores de β 223 e aplicados sobre as curvas isocandelas da Figura 240 obtémse a curva de aproximadamente 410 cdlumens Iluminamento E812 devido ao projetor 8 no ponto de foco 12 Iluminamento no ponto de foco 12 devido aos projetores 8 da torre L1 e 12 da torre L2 EL8L12 E1212 E812 600 205 805 lux Para se conhecer as contribuições do restante dos projetores 46 unidades devese seguir a mesma metodologia aplicada para os dois projetores Como se observa é por demais trabalhoso executar essa tarefa isto é são necessários 2304 48 48 valores calculados em lux para concluir este simples projeto Somente processos eletrônicos viabilizam essa metodologia Figura 242 Distâncias e ângulos utilizados nos cálculos 27 Iluminação de exteriores As áreas externas das instalações industriais em geral são iluminadas por projetores fixados em postes ou nas laterais do conjunto arquitetônico da fábrica A Tabela 216 fornece os níveis de iluminamento adequados para áreas externas O método mais adequado para aplicação de projetores em áreas externas é o método do ponto por ponto Entretanto na iluminação dos acessos internos de complexos fabris por exemplo podem ser utilizados dois métodos bastante simples 271 Iluminamento por ponto Este método é derivado do método ponto por ponto em que o fabricante da luminária fornece em termos percentuais do fluxo máximo o diagrama de curvas isolux Logo para se determinar o iluminamento em um determinado ponto somase a contribuição de todas as luminárias cujo fluxo luminoso atinja o referido ponto Esta contribuição é determinada a partir das curvas isolux cujos valores são dados em função dos múltiplos da altura da luminária O diagrama das curvas isolux dado como exemplo na Figura 243 na realidade é um conjunto de curvas que tem como centro um ponto abaixo da luminária representando cada uma delas os pontos que recebem o mesmo fluxo luminoso da lâmpada Para determinar o iluminamento em um ponto qualquer do acesso interno utilizar a Equação 222 Considerar que a relação entre os valores de menor e maior iluminamento dos acessos internos não deve ser inferior a 033 valor este denominado de fator de uniformidade de iluminamento E iluminamento percentual no ponto considerado K fator da luminária fornecido no diagrama isolux da luminária empregada ψl fluxo luminoso da lâmpada em lumens N número de lâmpadasluminária H altura de montagem da luminária Tabela 216 Nível de iluminamento de áreas externas Áreas Iluminâncias lux Depósitos ao ar livre 10 Parques de estacionamento 50 Vias de tráfego 70 Exemplo de aplicação 25 Determinar o iluminamento na linha média de um acesso interno a um empreendimento industrial pontos P1 iluminamento mínimo e P2 iluminamento máximo da linha média com as dimensões mostradas na Figura 244 utilizando uma luminária cujo diagrama das curvas isolux é mostrado na Figura 243 A lâmpada empregada é a de vapor mercúrio de 250 W A altura das luminárias é de 10 m Iluminamento máximo Da Equação 222 temse E 1 100 valor para o iluminamento máximo K 023 valor dado no diagrama isolux ψl 12600 lumens Tabela 21 N 1 lâmpada da luminária H 10 m altura da luminária Iluminamento no ponto P1 A posição do ponto P1 P1x P1y no diagrama das curvas isolux da Figura 243 em múltiplos da altura da luminária tomandose como base a luminária L2 estabelece a curva de 15 ou seja Figura 243 Diagrama de curvas isolux com inclinação de 30º P1y 30210 15H Contribuição de L1 no ponto P1 P1x 075 H P1y 15 H ψp 15 015 curva determinada entre as curvas 9 e 20 e não apresentada na Figura 243 Ep1I1 015 Ep 015 2898 434 lux Contribuição de L2 no ponto P1 Ep1I2 Ep1I1 o ponto P1 está no ponto médio de L1 e L2 Logo o iluminamento final no ponto P1 vale Ep1 Ep1I1 Ep1I2 434 434 868 lux Iluminamento no ponto P2 Contribuição de L2 no ponto P2 Plx 075 H Ply 0 H ψp 40 04 Ep212 040 2898 116 lux Contribuição de L1 no ponto P2 A curva de L1 que corta o ponto P2 é Plx 075 H e Ply 3 H ψp 4 004 Ep211 004 2898 115 lux Logo o iluminamento final no ponto P2 vale Ep2 Ep212 Ep211 116 115 1275 lux Figura 244 a Representação de uma via externa 272 Iluminamento pelo valor médio O iluminamento pelo valor médio sobre a pista pode ser calculado pela Equação 223 Fu fator de utilização ψl fluxo luminoso da lâmpada em lumens N número de lâmpadasluminária Lp largura do acesso interno em m Dl distância entre as luminárias em m A determinação do fator de utilização é feita através da curva do fator de utilização da luminária que se está utilizando no projeto encontrada no catálogo do fabricante e exemplificada na Figura 245 A Figura 246 mostra a posição da luminária em poste em um exemplo típico de iluminação de pista Fator de utilização para o iluminamento do acesso interno Fator de utilização correspondente ao lado do acesso interno X é identificado na Figura 246 Fator de utilização correspondente ao lado da calçada Quando as distâncias Lp e X já são tomadas com base na altura H esta variável deixa de existir no denominador e as variáveis de R1 e R2 passam a ter respectivamente os seguintes valores Com os valores de R1 e R2 obtêmse os fatores de utilização parciais Fu1 e Fu2 através da curva do fator de utilização correspondente à luminária que se está utilizando O fator de utilização final vale Figura 245 b Fator de utilização Fator de utilização para o iluminamento das calçadas Na determinação do iluminamento das calçadas podese utilizar a Equação 223 Neste caso o fator de utilização é determinado pela curva da luminária correspondente utilizando as seguintes razões Fator de utilização correspondente à calçada do lado da linha das luminárias F é identificado na Figura 246 Fator de utilização correspondente à calçada do outro lado da linha das luminárias Como já foi explanado anteriormente com os valores de R1 e R2 obtêmse Fu1 e Fu2 Dessa forma o fator de utilização final vale Figura 246 Figura 247 Definição dos ângulos de focalização Exemplo de aplicação 26 Calcular a iluminação de um acesso interno de uma indústria mostrada na Figura 247 cujos detalhes dimensionais estão contidos na Figura 248 A luminária utilizada é caracterizada pelo diagrama isolux dado na Figura 241 A lâmpada utilizada é de 250 W a vapor de mercúrio A altura da luminária é 10 m O diagrama do fator de utilização da luminária é dado na Figura 245 Fator de utilização Área externa de uma indústria Para o lado da pista R1 Lp X 1H 025H 075H Fu1 023 Fig 245 Para o lado da calçada R2 X 025H Fu2 013 Fig 245 Logo o fator de utilização vale Fu Fu1 Fu2 023 013 036 Iluminamento médio Aplicandose a Equação 223 temse ψl 12600 lumens Dl 30 m Da Figura 248 podese escrever Lp 10H 10 m Logo o valor médio do iluminamento vale Figura 248 Tabela 217 Trecho de uma pista de rolamento Iluminamentos mínimos para iluminação de emergência Ambientes Iluminância Lux Auditórios salas de recepção 5 Corredores refeitórios salões iluminação externa 10 Almoxarifados escritórios escadas entradas em locais com desníveis elevadores 20 Corredores de saída de pessoal centro de processamento de dados subestação salas de máquinas 50 28 Iluminação de emergência Não deve ser confundida com iluminação alternativa A iluminação de emergência nas instalações industriais deve ser projetada adequadamente a fim de cobrir todas as áreas em que a falta de iluminação possa ocasionar riscos de acidentes ou perturbação na saída de pessoal De modo geral as áreas mais importantes de serem dotadas de iluminação de emergência são Corredores Salas de reunião Auditórios Salas de emergência Salas de máquinas em geral Setores de produção de materiais combustíveis ou gasosos O nível de iluminamento desses locais deve variar de 5 lux para áreas de permanência e trânsito de pessoas a 50 lux para os setores de produção A Tabela 217 indica os valores mínimos das iluminâncias adotadas para diferentes ambientes A iluminação de emergência poderá ser feita através de baterias ou de um gerador auxiliar 281 Sistema autônomo de emergência É constituído por uma bateria instalada no interior de uma caixa construída normalmente de fibra juntamente com o sistema retificadorcarregador Na parte superior da caixa estão instalados dois projetores que automaticamente são ligados quando a tensão se anula na tomada de alimentação do sistema autônomo A Figura 249 mostra um sistema autônomo muito popular em instalações industriais e comerciais A tensão desses sistemas em geral é de 12 V a b c Figura 249 282 Banco de baterias Quando se deseja iluminar grandes ambientes a escolha em geral recai sobre a utilização de baterias que podem ser agrupadas em um banco ou mais concentrado em um local mais conveniente da indústria sob o ponto de vista de queda de tensão Se as distâncias entre o banco de baterias e os pontos de luz forem grandes de sorte a obrigar a utilização de condutores de seção elevada devese adotar uma tensão de distribuição de 110 V ou 220 V para reduzir as quedas de tensão nos circuitos Podem ser empregados os seguintes tipos de baterias Baterias chumboácidas São de utilização comum em veículos automotivos Podem ser adquiridas facilmente a um custo relativamente reduzido Têm como solução o ácido sulfúrico H2SO4 Baterias chumbocálcio Têm um custo médio bem superior ao das de chumboácidas São empregadas com certa frequência em serviços auxiliares de subestação de força de concessionárias de eletricidade ou particulares Utilizam também como solução o ácido sulfúrico H2SO4 Entretanto diferenciamse das anteriores pela tecnologia de fabricação Baterias alcalinas Também conhecidas como níquelcádmio apresentam um elevado grau de confiabilidade Seu custo é elevado se comparado com o valor de uma unidade chumboácida São comumente empregadas em sistemas de serviços auxiliares de subestação de potência ou acopladas a sistemas ininterruptos de energia nobreak do tipo estático para suprimento de cargas que requeiram um elevado nível de continuidade A Figura 250 mostra esquematicamente um sistema de iluminação de emergência comandado por um relé de tensão que atua sobre um contator magnético permitindo a energização dos diferentes circuitos parciais pelo conjunto de baterias Sistema autônomo de iluminação de emergência Figura 250 Esquema básico de comando de iluminação 283 Gerador auxiliar Normalmente é utilizado em instalações que necessitam não somente de iluminação de emergência mas também de iluminação alternativa ou ainda de fonte de suprimento auxiliar A utilização de geradores auxiliares é significativamente mais onerosa para a instalação tanto no que se refere ao custo inicial como ao custo de operação e manutenção Em algumas indústrias devido à necessidade de continuidade do processo industrial é imperiosa a instalação de um gerador como fonte alternativa que possa ser utilizado também para suprimento dos circuitos destinados à iluminação de emergência A potência do gerador deve ser selecionada em função das cargas prioritárias que devem permanecer ligadas durante os eventos que cortem o suprimento da rede da concessionária Os geradores em geral devem ser acionados automaticamente logo que falte tensão nos terminais de entrada da subestação da indústria Isto permite que se reduza o tempo sem o serviço de energia elétrica na unidade fabril Certos setores da indústria necessitam de energia ininterruptamente São cargas de elevada prioridade Neste caso devese utilizar além do gerador auxiliar um sistema ininterrupto de energia para alimentação de força que possa também fornecer energia ao sistema de iluminação durante emergência do sistema da concessionária O sistema ininterrupto nobreak seria dimensionado com um banco de baterias adequado ao tempo necessário para a operação do gerador