1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO TECNOLÓGICO
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL
APOSTILA DE CONFORTO AMBIENTAL - ILUMINAÇÃO
Fernando Oscar Ruttkay Pereira, PhD
Marcos Barros de Souza, Dr.
Florianópolis, SC
2005
2
SUMÁRIO
ILUMINAÇÃO ............................................................................................................. 001
A BASE FÍSICA - LUZ ........................................................................................... 001
1. FOTOMETRIA ....................................................................................................... 006
1.1. GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS ............................................................ 007
1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso ............................................... 007
1.1.2. Eficiência Luminosa ...................................................................... 008
1.1.3. Intensidade Luminosa .................................................................. 009
1.1.4. Iluminância ...................................................................................... 011
1.1.5. Luminância ........................................................................................ 012
1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAÇÃO ....................................... 016
1.2.1. Lei do inverso do quadrado .......................................................... 016
1.2.2. Lei do cosseno ................................................................................ 016
1.2.3. Lei da aditividade ......................................................................... 017
1.3. PROPRIEDADES ÓTICAS DOS MATERIAIS ................................... 017
1.3.1. Reflexão .......................................................................................... 019
1.3.2. Absorção ......................................................................................... 019
1.3.3. Transmissão ................................................................................... 019
1.3.4. Refração ......................................................................................... 020
2. COR ............................................................................................................................. 022
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
CLASSIFICAÇÃO DAS CORES .............................................................
TEMPERATURA DA COR CORRELATA ...............................................
APARÊNCIA DE COR ...............................................................................
REPRODUÇÃO DAS CORES ...................................................................
USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO ......................
USO DAS CORES NAS SINALIZAÇÕES ..........................................
023
028
028
029
031
032
3. ILUMINAÇÃO ESPACIAL .............................................................................. 034
3.1. ILUMINAÇÃO ESCALAR ........................................................................ 034
3.2. VETOR ILUMINAÇÃO ............................................................................ 035
4. VISÃO E PROJETO DE ILUMINAÇÃO .................................................. 036
4.1. VISÃO E PERCEPÇÃO .............................................................................. 037
4.2. ADAPTAÇÃO VISUAL ............................................................................ 038
4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS ......................................... 038
3
4.3.1. Iluminância média (nível de iluminação médio) ......................
4.3.2. Contraste .......................................................................................
4.3.3. Acuidade visual .............................................................................
4.3.4. Desempenho visual .......................................................................
4.3.5. Eficiência visual ............................................................................
4.4. OFUSCAMENTO ......................................................................................
039
040
041
042
043
043
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 51
ANEXOS
4
ILUMINAÇÃO
PREÂMBULO "Por que estudar a luz?"
Na sociedade moderna as pessoas passam a maior parte do tempo em ambientes
iluminados parcialmente por aberturas, mas predominantemente iluminados artificialmente. Nas
estradas, à noite, estamos totalmente dependentes dos faróis dos veículos e das luminárias das
ruas para nossa segurança. Desta forma, a maior parte do ambiente que vemos, seja de trabalho
ou não, é iluminado artificialmente.
Iluminação inadequada pode causar desconforto e fadiga visual, dor de cabeça,
ofuscamento, redução da eficiência visual ou mesmo acidentes. Iluminação artificial é também
um dos sistemas que mais consome energia no ambiente construído. Boa iluminação aumenta a
produtividade, gera um ambiente mais prazeiroso e pode também salvar vidas. Portanto, garantir
uma iluminação adequada é uma das principais responsabilidades não só dos projetistas, mas
também de administradores e autoridades locais.
A BASE FÍSICA - LUZ
Várias teorias tem sido utilizadas para descrever o fenômeno da luz. Estas teorias são: A
Teoria Corpuscular, a Teoria da Onda, a Teoria Eletromagnética, a Teoria do Quantum e
finalmente uma Teoria de Unificação.
Teoria do Corpuscular
Esta foi a teoria defendida por Isaac Newton (16421727), que no século XVII imaginou que a luz poderia ser
constituída de partículas. Como esta teoria passou a explicar a
maior parte dos fenômenos e fatos conhecidos na época,
Newton não quis ir adiante em suas pesquisas, e esta idéia
tornou-se popular entre seus seguidores. Esta teoria está
baseada nos seguintes princípios:
Corpos luminosos emitem energia radiante em
partículas;
Que
estas
partículas
são
lançadas
intermitentemente em linha reta;
Que as partículas atingem a retina e estimulam
uma resposta que produz uma sensação visual.
|
ISAAC NEWTON
(1642 – 1727)
5
Teoria das Ondas
Embora a teoria corpuscular fosse amplamente aceita,
o físico holandês Cristiaan Huygens (1629-1695) não se
deixou convencer por ela e em 1690 lançou uma série de
argumentos que o levavam a crer que a luz deslocava-se em
ondas. O que o levou a defender a teoria das ondas ao invés da
teoria das partículas, foi a imensa velocidade com que a luz se
deslocava. Os princípios básicos da teoria das ondas são os
seguintes:
A luz era resultante da vibração molecular de
materiais luminosos;
Estas vibrações eram transmitidas através de uma
substância invisível e sem peso que existia no ar e
no espaço, denominada “éter luminífero”;
As vibrações transmitidas atuam na retina,
simulando uma resposta que produz uma sensação
visual.
CRISTIAAN HUYGENS
(1629 – 1695)
(Fonte: BURNIE [1994])
Anos depois, o físico Charles Wheatstone (1802-1875) criou o modelo ondulatório que
mostrava como as ondas luminosas se comportavam. O modelo de Wheatstone mostrava que o
éter luminoso fazia o transporte vibrando em ângulo reto com as ondas luminosas, ao contrário
do que acreditava Huygens, para ele o éter vibrava na mesma direção da luz, se espremendo e
esticando enquanto transportava as ondas. Atualmente, sabe-se que o éter luminoso não existe.
Thomas Young (1773-1829) juntamente com Augustin Fresnel (1788-1827) conseguiu
reunir importantes evidências para validar a teoria ondulatória. Young foi o primeiro a concluir
que as cores diferentes são produzidas por diferentes comprimentos de onda.
Teoria Eletromagnética
Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian
Oersted (1777-1851) verificou que a posição da agulha de uma
bússola era modificada quando esta estava ao lado de um fio
condutor percorrido por corrente elétrica. Na mesma época o
físico e matemático francês André Marie Ampère (1775-1836)
demostrou que dois fios condutores percorridos por corrente
elétrica sofriam uma força de atração ou repulsão, dependendo
do sentido da corrente elétrica. Neste momento ficou claro que
eletricidade e magnetismo se relacionavam de algum modo.
Em 1865, o físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879)
explicou matematicamente esse relacionamento, elaborando a
teoria do eletromagnetismo. Maxwell percebeu que ao fazer
uma corrente elétrica oscilar em dois sentidos, para frente e
para trás, esta produz ondas eletromagnéticas variáveis que se
irradiam a uma grande velocidade. Em seus cálculos ele
JAMES CLERK MAXWELL
(1831 – 1879)
(Fonte: BURNIE [1994])
6
demonstrou que estas ondas eletromagnéticas se deslocavam a velocidade da luz, o que o levou a
concluir que a própria luz era uma forma de onda eletromagnética. A teoria defendida por
Maxwell baseia-se nos seguintes princípios:
Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante;
A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnéticas;
As ondas eletromagnéticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz
uma sensação visual.
Teoria Quântica
No final da década de 1850, o físico alemão Gustav
Kirchoff (1824-1887) descobriu que todos os átomos podem
emitir ou absorver determinados comprimentos de onda. Esta
descoberta demonstrou a existência de fortes ligações entre os
átomos e a luz. Até o final do século XIX os físicos
acreditavam que a luz e outras formas de radiação
eletromagnética eram fluxos contínuos de energia. No entanto,
no início do século XX essa concepção começou a apresentar
vários problemas teóricos. Max Planck (1858-1947) desafiou a
todos sugerindo que a energia na radiação não era contínua,
mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. Sua teoria
quântica mostrou que em certas circunstâncias a luz podia ser
concebida como partículas, como acreditavam os seguidores
da teoria corpuscular de Isaac Newton.
MAX PLANCK
(1858 – 1947)
O átomo é formado por um núcleo pequeno e denso,
circundado por elétrons, as mesmas partículas que produzem a corrente elétrica. Os elétrons
possuem tanto mais energia quanto mais afastados estiverem do núcleo. Se um elétron desloca-se
de uma órbita externa para outra mais interna, ele perde energia, que é liberada como um
quantum de luz, ou fóton. A maioria dos átomos possui muitos elétrons e muitos níveis de
energia. Os comprimentos de onda da luz que cada elétron pode produzir dependem da
quantidade de energia liberada quando ele cai de uma órbita para a outra. Juntos, esses diversos
comprimentos de onda dão ao átomo seu espectro de emissão característico, cujo exame permite
aos cientistas identificar o tipo de átomo que o produziu.
A teoria defendida por Planck possui as seguintes premissas:
A energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton;
A magnitude de cada quantum é determinada pelo produto de “h” e “f”, onde “h” é a
constante de Planck (6,626x10-34 J.s), e “f” é a freqüência de vibração do fóton em
Hertz.
Teoria de Unificação
Esta teoria foi proposta pelo físico francês De Broglie (1892-1987) e o físico alemão
Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte:
7
Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja
duração é determinada pela EQUAÇÃO 1.1:
λ=
h
m⋅v
(1.1)
Onde: “λ” é o comprimento de onda; “h” é a constante de Planck; “m” é a massa e;
“v” a velocidade da partícula.
É impossível determinar simultaneamente todas as propriedades que são distintas de
uma onda ou de um corpúsculo.
LOUIS DE BROGLIE
(1892 – 1987)
WERNER HEISENBERG
(1901 – 1976)
Esta teoria foi proposta pelo físico francês De Broglie (1892-1987) e o físico alemão
Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte:
Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja
duração é determinada pela EQUAÇÃO 1.1:
λ=
h
m⋅v
(1.1)
Onde: “λ” é o comprimento de onda; “h” é a constante de Planck; “m” é a massa e;
“v” a velocidade da partícula.
É impossível determinar simultaneamente todas as propriedades que são distintas de
uma onda ou de um corpúsculo.
As teorias, quântica e das ondas eletromagnéticas, fornecem a explicação de todas as
características da energia radiante que interessam a engenharia de iluminação.
Luz, ou radiação visível, é energia em forma de ondas eletromagnéticas capazes de
excitar o sistema humano olho-cérebro, produzindo diretamente uma sensação visual. Ao
contrário do som ou vibração, que são vibrações mecânicas, ondas eletromagnéticas não
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necessitam do meio para sua transmissão. Elas passam através de sólidos, líquidos ou gases, mas
se propagam mais eficientemente no vácuo, onde não há nada para absorver a energia radiante.
O espectro eletromagnético, mostrado na FIGURA 1.1, cobre uma grande variedade de
energia radiante, classificadas de acordo com a magnitude de suas freqüências ou comprimento
de onda. Numa extremidade do espectro, de grande comprimento de onda (milhares de metros;
baixa freqüência) encontram-se as ondas de rádio, enquanto na outra ponta, estão os raios gama e
raio X com comprimentos de onda na ordem de 10-12 m (alta freqüência). Apenas uma pequena
parte desta energia radiante é percebida pelo olho humano; sendo denominada "luz". Esta
radiação visível situa-se no espectro entre 380nm a 780 nm. O sistema olho-cérebro não só
percebe a radiação dentro desta faixa, mas também é capaz de descriminar diferentes
comprimentos de onda para produzir a sensação de cor.
400
500
600
Azul
Amarelo
Violeta
Verde
10-5
10-3
Laranja
Microondas
Ultravioleta
10-1
nm
Vermelho
Raios X
Raios Gama
700
101
Ondas de
Rádio
Infravermelho
103
105
107
109
1011
FIGURA 1.1 – Espectro eletromagnético (comprimentos de onda em nanometros).
Radiação ultravioleta
As ondas de ultravioleta possuem mais energia do que a luz e as ondas de infravermelho.
A radiação ultravioleta, em função de seus efeitos, pode ser dividida em três parcelas, ultravioleta
A, B e C. A radiação ultravioleta UV-A (315 a 400 nm), embora seja a menos prejudicial a saúde
humana, ela é capaz de penetrar profundamente nas camadas da pele, destruindo gradativamente
sua elasticidade causando assim o envelhecimento precoce. Superfícies fluorescentes quando
bombardeadas por este tipo de radiação são capazes de emitir luz, por isso a radiação UV-A é
também conhecida como luz negra. O UV-A também é utilizado em seções de bronzeamento e
em tratamentos fototerápicos.
A radiação UV-B (280 a 315 nm) é a parte mais destrutiva da radiação ultravioleta, pois
possui energia suficiente para danificar tecidos biológicos (queimaduras). Este tipo de radiação é
conhecido por causar câncer de pele. A camada de ozônio da atmosfera é capaz de bloquear a
maioria da radiação UV-B extraterrestre, por isso uma pequena diminuição desta camada poderá
aumentar dramaticamente o perigo de câncer de pele na população humana.
9
A radiação UV-C (100 a 280 nm) é praticamente absorvida em sua totalidade pelo ar.
Quando os fótons de UV-C colidem com os átomos de oxigênio, existe uma troca de energia que
proporciona a formação do ozônio. Este tipo de radiação raramente é observado na natureza,
visto que rapidamente é absorvido pela atmosfera. Lâmpadas germicidas UV-C são
freqüentemente utilizadas para purificar o ar e a água, pela sua capacidade de matar bactérias,
fungos e microorganismos.
Luz
A parcela da radiação eletromagnética compreendida entre os comprimentos de onda de
380 a 780 nm é conhecida como luz, sendo a faixa do espectro que o olho humano consegue
perceber. Dependendo do comprimento de onda será a cor da luz percebida pelo olho humano.
Nos comprimentos de onda de 380 a 440 nm tem-se a cor violeta, de 440 a 500 nm a cor azul, de
500 a570 nm a cor verde, de 570 a 590 nm a cor amarela, de 590 a 630 nm a cor laranja e
finalmente de 630 a 780 nm a cor vermelha.
Radiação infravermelho
A radiação eletromagnética nos comprimentos de onda do infravermelho possui menos
quantidade de energia por fóton do que a radiação ultravioleta e a luz. Este tipo de radiação é
percebido na forma de calor. Os equipamentos de visão noturna ampliam a radiação
infravermelha e tornam visíveis as pessoas e os equipamentos que estão escondidos na escuridão.
Além de tornar visível a escuridão, a radiação infravermelha também tem aplicações na industria,
agricultura e medicina. Para a geração de infravermelho utilizam-se lâmpadas de onda curta (780
a 1.400 nm), onda média (1.400 a 3.000 nm) e onda longa (3.000 nm a 1 mm).
1. FOTOMETRIA
O termo fotometria, originado diretamente do grego (φωs - luz; µετου - medida) é
definido simplesmente como:
"o ramo da ciência que trata da medição da luz".
A fotometria lida com o balanço de energia nos processos de emissão, propagação e
absorção de radiação. A quantidade de radiação pode ser avaliada em unidades de energia ou no
seu efeito sobre o receptor: o olho humano, a película fotográfica, a pele humana, etc.
Dependendo do receptor, o resultado será avaliado nas unidades físicas habituais ou em unidades
especiais, como unidades de luz (ou fotométricas), unidades fotográficas ou unidades eritêmicas.
10
A teoria fotométrica, formulada por Pierre Bouguer
(1698-1758) e elaborada matematicamente por J.H. Lambert
(1728-1777), esteve completamente esquecida até meados de
1900 quando, com o surgimento da lâmpada elétrica, a
humanidade pode aspirar a uma melhor iluminação artificial.
Inicialmente, o projetista só necessitava de métodos de
cálculo da iluminação produzida por fontes puntuais.
Entretanto, com o crescente interesse na iluminação natural
(grandes fontes de luz superficiais), projeto de luminárias,
propriedades das superfícies quanto à absorção, transmissão
e reflexão da luz e uma série de outros problemas, a
fotometria tomou seu primeiro impulso na direção de uma
generalização.
JOHANN HEINRICH LAMBERT
(1728 – 1777)
No primeiro quarto deste século, os projetistas só estavam preocupados em obter a
iluminação necessária nos planos de trabalho (iluminação planar). A experiência prática tem
mostrado que este critério pode ser bastante inadequado, dependendo da atividade visual
considerada. Novos conceitos têm aparecido para explicar e gerar um embasamento teórico para
a expressão "qualidade da iluminação", que tem sido entendida como todas aquelas propriedades
que o projetista não consegue caracterizar com números (quantificar).
1.1. GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS
As grandezas físicas descritas a seguir podem ser classificadas de acordo com dois
critérios independentes:
Composição espectral da radiação: as grandezas físicas relacionadas com a
totalidade do espectro são chamadas de totais e esta qualificação deve ser
considerada como implícita. As grandezas relacionadas com um intervalo espectral
específico dλ, centradas num comprimento de onda λ, são denominadas
monocromáticas e usualmente designadas com o símbolo λ.
Distribuição espacial da radiação: diz-se hemisférica ou global a quantidade
relativa a todo o espaço no qual uma superfície emite ou recebe radiação. As
grandezas são ditas direcionais quando relacionadas a uma direção de propagação
da radiação específica.
1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso
Fluxo radiante é a potência [W] da radiação eletromagnética emitida ou recebida por um
corpo. O fluxo radiante pode conter frações visíveis e não visíveis. Por exemplo, quando uma
lâmpada é ligada não é apenas a radiação visível que é vista, a radiação térmica (infravermelho)
também é sentida. O componente de qualquer fluxo radiante que gera uma resposta visual é
11
chamado de fluxo luminoso - φ. A unidade no SI para fluxo luminoso é lumen [lm]. A FIGURA
1.2 mostra o fluxo luminoso típico de fontes luminosas conhecidas.
φ = 12 lm
φ = 48.000 lm
φ = 1 . 000 lm
FIGURA 1.2 – Fluxo luminoso.
1.1.2. Eficiência Luminosa
Uma fonte de luz ideal seria aquela que converteria toda sua potência de entrada [W] em
luz [lm]. Infelizmente, qualquer fonte de luz converte parte da potência em radiação
infravermelho ou ultravioleta. A habilidade da fonte de converter potência em luz é chamada de
eficiência luminosa, η:
η=
Fluxo luminoso
Potência consumida
W
(1.2)
lm
lm/W
FIGURA 1.3 – Conversão da potência [W] em Fluxo luminoso [lm].
A unidade de eficiência luminosa no sistema internacional de unidades é lúmen/watt
[lm/W].
A eficiência luminosa permite comparar entre duas fontes luminosas, qual delas
proporcionará um maior rendimento. Infelizmente por questões culturais muitos ainda usam a
potência da fonte como termo comparativo, o que é totalmente errado. A FIGURA 1.4 mostra
como muitos fabricantes apresentam as suas lâmpadas de alta eficiência. A comparação feita é
em função da potência das fontes ao invés da eficiência luminosa.
12
=
9 x 100 W = 23 W
FIGURA 1.4 – Comparação do fluxo luminoso entre lâmpadas.
A potência elétrica da fonte luminosa possibilita estimar o consumo e a eficiência
luminosa estabelece o rendimento do sistema de iluminação.
A eficiência luminosa depende do comprimento de onda da radiação. O valor máximo
teórico é de 683 lm/W o que corresponderia a uma fonte hipotética de radiação monocromática
de comprimento de onda igual a 555 nm (cor verde-amarelo), comprimento este no qual a visão
humana apresenta o pico de sensibilidade. A FIGURA 1.5 mostra a variação da eficiência
luminosa em função do comprimento de onda. Em geral, as fontes luminosas apresentam sua
energia distribuída ao longo do espectro, apresentando valores de eficiência luminosa bem abaixo
dos 683 lm/W.
700
Eficiência [lm/W]
600
Eficiência luminosa
máxima
1 W = 683 lm
500
400
300
200
100
0
380
430
480
530
580
630
680
730
780
Comprimento de onda [nm]
FIGURA 1.5– Variação da eficiência luminosa em função do comprimento de onda.
13
1.1.3. Intensidade Luminosa
Antes de saber o que é de intensidade luminosa é importante entender o que vem a ser
ângulo plano e ângulo sólido.
Ângulo plano
Define-se ângulo plano “α” como sendo o quociente entre o comprimento de arco “l” e
o raio “R” da circunferência.
α=
l
R
(1.3)
R
l
α
FIGURA 1.6– Ângulo plano.
Como o comprimento de uma circunferência é de “2πR”, o ângulo plano central é de
6,28 rad. Assim sendo, 1 radiano é o ângulo plano central que subentende um arco de círculo de
comprimento igual ao do respectivo raio.
Ângulo sólido
Visto que a luz se propaga no espaço, tem-se a necessidade de trabalhar com ângulos
sólidos. Define-se ângulo sólido “ω” como sendo o quociente entre a área superficial “A” de uma
esfera pelo quadrado de seu raio “R”.
ω=
A
R2
(1.4)
R
A
ω
FIGURA 1.7– Ângulo sólido (Fonte: RYER [1998]).
14
A área superficial de uma esfera é de “4πR2”, logo o ângulo sólido dela será de
12,56 sr. O esterradiano [sr] é para o espaço tridimensional o mesmo que o radiano [rad] é para o
espaço bidimensional. Um esterradiano é definido como o ângulo sólido, que tem seu vértice no
centro da esfera, cuja área superficial é igual ao quadrado de seu raio (A = R2).
Intensidade luminosa
Se você olhar diretamente para um farol e depois repetir a operação mais de lado, é
aparente que não é só a quantidade total de luz emitida pela fonte que é importante. A direção de
propagação da luz também é vital. Luz se propagando numa dada direção, dentro de um ângulo
sólido unitário, é chamada intensidade luminosa, I, e sua unidade no SI é lúmen/esterradiano ou
candela [cd].
Fonte
φ
ω
FIGURA 1.8– Intensidade Luminosa.
Para fontes puntais, onde suas dimensões são muito pequenas se comparadas com a sua
distância do objeto iluminado (distância > 5 x maior dimensão da fonte), por definição, a
EQUAÇÃO 1.5 é válida:
I=
φ
ω
(1.5)
Uma tabela ou curva polar (curva fotométrica) da distribuição da intensidade ao redor de
uma fonte pode ser confeccionada a partir de medições de intensidade luminosa. O diagrama
fornece uma boa representação gráfica da distribuição espacial, enquanto a tabela é mais útil para
o desenvolvimento de cálculos (FIGURA 1.9).
240o
210o
180o
150o
120o
270o
90o
40
80
300o
60o
120
330o
0o
30o
Ângulo
0o
5o
15o
25o
35o
45o
55o
65o
75o
85o
I [cd]
159
153
146
135
117
95
71
46
23
6
Direção da intensidade luminosa
FIGURA 1.9– Distribuição da intensidade luminosa.
15
1.1.4. Iluminância
Quando a luz emitida por uma fonte atinge uma superfície, esta superfície será
iluminada. Assim, iluminância (E), é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície
por unidade de área. Sua unidade no sistema internacional é lumen/m2 ou lux [lx].
E=
1 cd
φ
(1.6)
A
1 sr
1m
1 m2
1 lux = 1 lm/m2
FIGURA 1.10– Iluminância.
Na FIGURA 1.10, a fonte de luz possui uma intensidade luminosa “I” de 1 candela [cd],
ou 1 lm/sr. O fluxo luminoso se propaga sob um ângulo de 1 esterradiano [sr]. Este fluxo
luminoso produzirá em uma superfície de 1 m2 que está afastada da fonte de 1 m, a iluminância
de 1 lux [lx].
Observe que quanto mais distante da fonte luminosa, o fluxo luminoso se expande cada
vez mais, tornando-se menos denso. Portanto, para uma superfície a 0,5 m da fonte a área é igual
a 1/4 da área a 1 m. Se a 1 m a iluminância é de 1 lux, a 0,5 m, com um fluxo luminoso bem mais
denso, a iluminância é de 4 lux.
Além da distância entre a fonte e a superfície, outro fator que influência no valor da
iluminância é o ângulo entre o feixe luminoso e o vetor normal a superfície. Quando o fluxo
luminoso é paralelo ao vetor normal a superfície, tem-se a iluminância máxima. Em situações em
que o fluxo luminoso é perpendicular ao vetor normal a superfície a iluminância será nula
(FIGURA 1.10). Para posições intermediárias, a iluminância varia de 0 ao valor máximo.
r
N
r
N
r
N
Emáx
θ
E=0
E
FIGURA 1.11– Variações da iluminância em função do ângulo de incidência.
φ
16
A iluminância numa superfície também pode ser relacionada com a intensidade da fonte
luminosa e a sua posição em relação ao fluxo luminoso pela EQUAÇÃO 1.7.
E=
I
⋅ cosθ
d2
(1.7)
Onde: “I” é a intensidade luminosa da fonte; “d” é a distância entre a fonte e a superfície
e; “θ” é o ângulo formado entre a direção da luz e a normal da superfície
(FIGURA 1.11).
1.1.5. Luminância
Luminância pode ser considerada como uma medida física do brilho de uma superfície
iluminada ou fonte de luz, sendo através dela que os seres humanos enxergam. A luminância é
uma excitação visual e a sensação de brilho é a resposta visual desse estímulo.
Assim, luminância “L”, é definida como a intensidade luminosa por unidade de área
aparente de uma superfície numa dada direção e sua unidade no SI é candela/m2 [cd/m2]. A área
aparente, A’, é a área que a superfície parece ter do ponto de vista do observador (FIGURA 1.12):
r
N
A
β
FIGURA 1.12– Luminância de uma superfície.
A EQUAÇÃO 1.8 apresenta a definição de luminância.
L=
I(β )
A
'
=
I(β )
A ⋅ cos( β )
(1.8)
A área aparente A’ = A . cos β, onde “A” é a área real da superfície, “β” é o ângulo entre
o vetor normal a superfície e a direção de observação e I(β) é a intensidade luminosa na direção
considerada.
17
FIGURA 1.13– Luminância.
A luminância independe da distância entre o observador e a superfície fonte de luz.
Como pode ser visto na FIGURA 1.13, a medida em que o observador se aproxima, a área vista
por ele diminui, mantendo constante a luminância da superfície.
Alternativamente, a luminância de uma superfície difusa pode ser calculada pela
EQUAÇÃO 1.9, onde ρ é o fator de reflexão da superfície.
L=
E⋅ρ
(1.9)
π
O olho humano detecta luminâncias da ordem de um milionésimo de cd/m2 até um
limite superior de um milhão de cd/m2, a partir do qual a retina é danificada. Ofuscamento,
impedimento da visão, ocorre a partir de 25.000 cd/m2. Assim se explica como os olhos podem
ser facilmente danificados pela visão direta da luz solar que apresenta uma luminância 1.000
vezes maior que o limite máximo.
TABELA 1.1 - Valores de luminância de algumas fontes
Fonte
Sol
Luminância [cd/m2]
1600 x 106
Céu claro
0,4 x 104
Lâmpada de tungstênio de bulbo claro (100 W)
6,5 x 106
Lâmpada de tungstênio de bulbo leitoso (100 W)
8 x 104
Lâmpada a vapor de mercúrio alta pressão (400 W)
120 x 104
Lâmpada fluorescente (80 W)
0,9 x 104
Lâmpada a vapor de sódio baixa pressão (140 W)
8 x 104
Papel branco (fator de reflexão 80%) E = 400 lux
100
Papel cinza (fator de reflexão 40%) E = 400 lux
50
Papel preto (fator de reflexão 4%) E = 400 lux
5
18
TABELA 1.2 - Grandezas fotométricas
Grandeza
Nome
Símbolo Significado
Unidade
Como medir
Esfera de Ulbricht: a fonte luminosa é colocada dentro de
Fluxo
luminoso
Eficiência
Luminosa
Intensidade
Luminosa
Iluminância
Luminância
φ
η
I
E
L
Componente do fluxo radiante que gera uma
resposta visual.
É a razão entre o fluxo luminoso
"φ" produzido por uma fonte e a
potência "P" consumida.
φ
η=
P
É o fluxo luminoso "φ" emitido
por uma fonte numa certa
direção, dividido pelo ângulo
sólido "ω", no qual está contido.
φ
I=
ω
É o fluxo luminoso incidente
"φ" numa dada superfície,
dividida pela área "A"da
mesma.
φ
E=
A
É a intensidade luminosa "I"
(de uma fonte ou de uma
superfície iluminada) por
unidade de área aparente
"A'" numa dada direção.
L=
I
A'
lm
lm
W
cd
uma grande esfera, cujo o interior é pintado de branco
perfeitamente difusor. Mede-se a iluminância produzida pela
luz difusa através de uma pequena abertura, protegendo os
raios que saem diretamente da fonte, esta iluminância é
proporcional ao fluxo luminoso emitido pela fonte.
A eficiência luminosa é deduzida juntamente com a medição
do fluxo luminoso com a esfera de Ulbricht, medindo-se a
potência consumida pela fonte luminosa e seus
equipamentos auxiliares, através de um wattímetro.
Banco fotométrico: a fonte luminosa em exame é
comparada com uma fonte de intensidade conhecida. No
caso de aparelhos de iluminação, a medição é feita por meio
de um fotogoniômetro: uma célula fotovoltaica gira em
volta do aparelho e mede a intensidade luminosa emitida em
todas as direções.
Luxímetro: é formado por uma fotocélula que transforma a
lux
energia luminosa em energia elétrica, indicada por um
galvanômetro cuja a escala está marcada em lux.
cd
Luminancímetro: aparelho que reproduz a imagem da
superfície projetada e cuja a luminância deve ser medida. A
energia elétrica produzida pelo fotosensor é ampliada e
medida por um galvanômetro calibrado em candelas por m2.
m2
19
1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAÇÃO
A intensidade luminosa "I" e a iluminância produzida "E" são correlacionadas por duas
leis de propagação da luz:
1.2.1. Lei do inverso do quadrado
A iluminação numa superfície é inversamente proporcional ao quadrado da distância
entre a fonte de luz e a superfície.
E=
I
d2
(1.10)
Esta lei advém do fato que a luz é emitida a partir da fonte para o espaço; assim, quanto
mais longe estiver a superfície menor é o fluxo de luz que ele irá interceptar. Por outro lado, se a
distância é dobrada, a área iluminada é quadruplicada, produzindo uma redução proporcional na
densidade superficial de luz incidente (FIGURA 1.14).
r2 = 2.r1
r1
Superfície
esférica 2
(4 vezes área 1)
Fonte de luz
Superfície
esférica 1
FIGURA 1.14 - Lei do inverso do quadrado da distância (Fonte: MOORE [1991]).
1.2.2. Lei do cosseno
A iluminação numa superfície varia com o cosseno do ângulo entre a normal à superfície
e o raio de luz. Ela é máxima quando o raio é normal à superfície, ou seja, quando o ângulo de
incidência θ = 0°. Em qualquer outro caso o raio de luz cobrirá uma área maior, com uma
conseqüente redução no nível de iluminação (FIGURA 1.15).
E=
I
⋅ cos(θ )
d2
(1.11)
20
Ângulo de incidência
(cosseno = 0,5)
Distantes da fonte de
luz as linhas de fluxo
luminoso são paralelas
Iluminância na
superfície inclinada
50 lux
FIGURA 1.15 - Lei do cosseno (Fonte: MOORE [1991]).
1.2.3. Lei da aditividade
Esta lei diz que a iluminação total numa superfície, produzida por várias fontes de luz,
será a simples soma das iluminações produzidas por cada uma das fontes:
E = E1 + E2 + E3 + ....... + En
(1.12)
1.3. PROPRIEDADES ÓTICAS DOS MATERIAIS
Materiais expostos à luz se comportam de várias maneiras. Quando a luz incide numa
superfície, uma fração ρ do total incidente é refletida, isto é, retoma ao hemisfério de procedência
sem penetrar na matéria; uma outra porção, α, é absorvido dentro do material, configurando-se
num ganho de energia, enquanto a ultima fração τ pode ser transmitido (no caso de superfícies
transparentes ou translúcidas) para o outro lado (ver FIGURA 1.16).
Reflexão
Material
semitransparente
Absorção
Transmissão
FIGURA 1.16 - Fluxo luminoso incidente em uma superfície.
21
Caso φi, φr, φa e φt, sejam, respectivamente, o fluxo luminoso total incidente, refletido,
absorvido e transmitido, pode-se denominar:
Refletância
ρ=
φr
φi
α=
φa
φi
(1.14)
τ=
φt
φi
(1.15)
Absortância
Transmitância
(1.13)
resultando em:
ρ +α +τ = 1
(1.16)
A TABELA 1.3 apresenta os coeficientes de reflexão, absorção e transmissão de alguns
materiais.
TABELA 1.3 - Refletância, absortância e transmitância de alguns materiais.
Material
Refletância
Absortância
Alumínio
0,55 -0,90
0,45 - 0,10
Aço polido
0,55 - 0,65
0,45 - 0,35
0,55
0,45
Papel branco
0,70 - 0,85
0,30 - 0,10
0,10 - 0,20
Vidro transparente
0,06 - 0,08
0,04 - 0,02
0,80 - 0,90
Gesso
0,80 - 0,90
0,20 - 0,10
0,80
0,20
Argamassa de cal
0,40 -0,70
0,60 - 0,30
Concreto
0,40 - 0,50
0,60 - 0,50
Tijolo
0,18 - 0,32
0,82 - 0,68
Madeira
0,15 - 0,50
0,85 - 0,50
Espelho
0,70 - 0,85
0,30 - 0,15
Níquel
Branco de cal
Transmitância
22
Os elementos acima representam a percentagem total de luz refletida, transmitida e
absorvida, no entanto, não fornecem nenhuma informação a respeito da forma de propagação da
luz imposta pela superfície após a incidência.
1.3.1. Reflexão
A FIGURA 1.17 mostra como a direção da luz refletida é afetada pela textura da
superfície, variando de difusa (luz refletida igualmente em todas as direções) a especular (luz
refletida somente numa direção, isto é reflexão de espelho). Superfícies rugosas refletem de modo
predominantemente difuso, independente do ângulo de incidência, fazendo que, desta forma, a
luminância da superfície seja resultado apenas da iluminação no plano da mesma e de sua
refletância (FIGURA 1.17a). Superfícies polidas e brilhantes produzem reflexão especular (de
espelho), com o raio de luz refletido localizando-se no plano de incidência e com ângulo de
reflexão igual ao de incidência (FIGURA 1.17b). A reflexão especular é dita "como de espelho"
porque ela mantém a aparência, direcionalidade e tamanho da fonte original. Superfícies que
refletem especularmente podem ser bastante úteis, mas igualmente prejudiciais caso as reflexões
não sejam adequadamente controladas. Entretanto, em geral, as superfícies encontradas na prática
não são nem perfeitamente difusas nem especulares, refletindo luz em várias direções em
diferentes proporções (FIGURA 1.17c).
O uso adequado de reflexões compostas (semi-difusa ou semi-especular) pode ser
bastante útil para o controle da direção da luz direta e/ou para suavizar as imagens.
(a)
(b)
(c)
FIGURA 1.17 - Reflexão de superfície especular, difusa e composta.
1.3.2. Absorção
Parte do fluxo luminoso incidente em uma superfície não é refletido nem transmitido,
passando a ser absorvido por ela. A parcela absorvida pela superfície depende das características
da mesma, sendo que sua cor será definida em função das parcelas do fluxo luminoso incidente
que é absorvido e refletido.
1.3.3. Transmissão
A transmissão de luz através de superfícies não opacas ocorre de um modo similar ao do
mecanismo de reflexão. A luz pode ser transmitida tanto de maneira difusa como colimada ou
23
mesmo de uma forma combinada, produzindo resultados distintos no ambiente lumínico (ver
FIGURA 1.18).
(a)
(b)
(c)
FIGURA 1.18 - Transmissão de superfície especular, difusa e composta.
A transmitância de uma superfície é afetada pelo ângulo de incidência e pelas
características difusoras da mesma. Novos tipos de vidro têm sido estudados e propostos no
sentido de aumentar a transmissão da luz natural e a reflexão da radiação térmica.
1.3.4. Refração
O fenômeno de refração da luz ocorre quando a luz atravessa materiais com índices de
refração distintos; a direção do facho de luz e alterada durante sua trajetória através do material.
Esta modificação na direção é causada por uma modificação na velocidade da luz. A velocidade
diminui se o novo meio é mais denso do que o primeiro, e aumenta, quando este meio é menos
denso. A modificação na velocidade é seguida por um desvio da luz que é conhecido como
refração (ver FIGURA 1.19).
α1
η1
η2
α2
η1
α1
FIGURA 1.19 - Refração da luz entre dois meios diferentes.
24
A lei da refração é descrita pela EQUAÇÃO 1.17, onde η1 e η2 são os índices refrativos
do primeiro e segundo meio respectivamente, α1 o ângulo de incidência do fluxo luminoso e α2 o
ângulo de refração da luz.
η1 sen(α 2 )
=
η2 sen(α1 )
(1.17)
A TABELA 1.4 fornece alguns índices de refração. Como pode ser visto o índice de
refração do ar é 1 (ηar =1), o que torna a EQUAÇÃO 1.17 mais simples, resultando na EQUAÇÃO
1.18.
sen(α1 ) = η2 ⋅ sen(α 2 )
Como o ângulo de refração muda
com o comprimento de onda, através da
dispersão em prismas é possível promover a
separação da luz branca em suas cores
integrantes.
(1.18)
TABELA 1.4 - Índices de refração.
Meio
Índice de refração (η)
Ar
1,00
Água
1,33
Vidro comum
1,50 - 1,54
Cristal
1,56 - 1,78
25
2. COR
Cor é uma importante consideração no projeto de iluminação; é possível que uma
instalação de iluminação seja tecnicamente correta quanto a garantir luz suficiente e, ainda assim,
causar insatisfação pelo efeito incorreto das cores.
A maioria das superfícies mostra propriedades de reflexão seletivas. Elas absorvem
certos comprimentos de onda da luz incidente e, consequentemente, a composição espectral da
luz refletida é diferente. Esta luz refletida determina a aparência da cor da superfície. Estudos e
experiências têm demonstrado que a cor tem influência sobre a saúde, o bom humor e o
rendimento das tarefas, possibilitando a obtenção de:
reações psicológicas positivas;
interesse visual;
aumento de produtividade;
melhoria no padrão de qualidade;
menor fadiga visual;
redução do índice de acidentes.
Fisicamente, cor é uma parte do espectro de ondas eletromagnéticas que, ao estimular o
olho humano, permite a distinção de diferenças na qualidade da sensação visual. Portanto, como
qualquer fenômeno físico, cor é mensurável em relação a uma unidade. Um corpo que, sob uma
luz branca (vermelho+azul+verde) apresentar uma coloração avermelhada, é porque está
refletindo as ondas de comprimento acima de 650 nm e absorvendo as demais.
FIGURA 1.20 - Incidência de luz branca em uma superfície avermelhada.
Sob um ponto de vista subjetivo, a cor é a resposta a um estímulo luminoso captado pelo
olho e interpretado no cérebro. Assim, a cor é uma sensação que depende de diversos fatores, tais
como: posição que ocupa dentro de um conjunto de cores, iluminação que recebe, composição
com outras cores, etc.
Quando duas ou mais cores são superpostas, gera-se uma cor diferente das que lhe
deram origem. Existem dois processos através dos quais é possível misturar cores:
superposição de luzes coloridas (cor luz);
mescla de pigmentos (cor pigmento).
26
No processo de superposição de luzes coloridas, ocorre o somatório dos comprimentos
de ondas, razão pela qual denomina-se de mistura aditiva. É possível, desta forma, obter-se todas
as cores do espectro partindo-se das chamadas cores fundamentais: vermelho, azul e verde. A
mistura aditiva sempre produz uma cor mais clara. Este processo de superposição de luzes é o
que se utiliza nos tubos de imagem de televisores coloridos, sendo que o branco resulta da soma
das três cores fundamentais e o preto corresponde a ausência de luz.
FIGURA 1.21 - Mistura aditiva (cor luz).
No caso de mescla de pigmentos, ocorre um processo de absorção de parte da luz
incidente produzindo uma diminuição dos comprimentos de onda refletidos. Este processo é
chamado de subtrativo e as cores básicas são: magenta, cyan e amarelo. Mistura subtrativa
sempre produz uma cor mais escura que as originais. O preto é obtido pela soma das três cores
básicas de pigmento, que juntas absorvem todos os comprimentos de onda.
FIGURA 1.22 - Mistura subtrativa (cor pigmento)
27
2.1. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES
Ao se descrever uma superfície vermelha a uma outra pessoa, ela tem uma idéia geral
sobre a mesma, o problema surge quando se ordena a essa pessoa que reproduza esta superfície
vermelha com exatidão. Surge então a necessidade de especificar a cor com precisão (Qual seu
colorido?; Qual seu brilho?). Um dos primeiros sistemas criados e também um dos mais
conhecidos de classificação de cores, foi desenvolvido em 1915 pelo americano Albert H.
Munsell baseado em três atributos distintos:
Matiz (ou Tom): é a qualidade que distingue uma cor da outra, é o conceito de cor
usando os termos comuns das cores, vermelho, amarelo, azul, etc, com cores de
transição e outras subdivisões. A matiz depende do comprimento de onda
dominante.
Valor (brilho): é a medida subjetiva de refletância, aparência clara ou escura de acordo
com uma escala de 0 (preto) a l0 (branco). Na prática são encontrados valores de
1 a 9 definindo uma escala cromática de valores, que pode ser convertida em
refletância, diretamente relevante para o projeto de iluminação:
ρ=
V ⋅ (V − 1)
100
(1.19)
Saturação (ou croma): é dada pela intensidade ou pureza da cor. Munsell estabeleceu
uma escala ascendente de até 14 graus para correlacionar as diferenças entre a
cor pura e o cinza neutro.
Neste sistema, cada
cor possui uma notação feita
em três partes: MatizValor/Saturação. Deste modo
um certo tom (matiz) de
verde com um valor médio
na escala de brilho (valor) e
com 8 graus distante do cinza
neutro será representado da
seguinte forma: 5G-5/8.
FIGURA 1.23 - Círculo de cores de Munsell (Fonte: FITT
28
FIGURA 1.24 - Diagrama de cromaticidade (Fonte: FITT [1997]).
Um outro sistema de especificação de cores, não tão simples como o sistema proposto
por Munsell, foi proposto em 1931 pela CIE (Commission International de L'Eclairage). O
sistema proposto pela CIE é baseado no seguinte procedimento:
coloca-se um observador em frente a uma tela branca;
em uma metade da tela é projetada uma fonte de luz arbitrária (fonte teste);
na outra metade da tela é projetada uma combinação das três cores primárias de luz
(vermelho (λ=700 nm), verde (λ=546,1 nm) e azul (λ=435,8 nm));
observador tem que ajustar a intensidade das três cores primárias até que ambos os
lados da tela apresentem a mesma cor e o mesmo brilho.
Cabe salientar que, embora os dois lados da tela tenham a mesma cor, eles podem não
possuir a mesma composição espectral e que as quantidades de luz vermelha, verde e azul que
especificam a cor observada são valores únicos para a mesma.
Esta classificação é feita em função de três componentes denominados valores
tristímulos, que são representados pelas letras X, Y e Z. As variações dos valores tristímulos que
ocorrem em função do comprimento de onda da radiação, permitem a elaboração de três curvas
que delimitam áreas iguais com o eixo das abscissas. A FIGURA 1.24 mostra a representação
gráfica dos tristímulos.
29
2
1.8
1.6
Tristímulos
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
380
430
480
530
580
630
680
730
780
Com prim ento de onda [nm ]
FIGURA 1.25 - Valores dos tristímulos.
Com a representação dos valores tristímulos em um sistema de eixos cartesianos, é
possível construir um diagrama com todas as cores do espectro visível. Porém, esta representação
não é tão simples por se tratar de um sistema tridimensional. Com o objetivo de transformar o
sistema tridimensional em um bidimensional, os valores tristímulos X, Y e Z foram dividido pela
soma dos mesmos, resultando nas seguintes equações:
x=
X
X +Y + Z
y=
Y
X +Y + Z
z=
Z
X +Y + Z
(1.20)
(1.21)
(1.22)
A soma dos três valores conhecidos como coordenadas de cromaticidade (x, y e z) é
igual a 1.
x+ y + z =1
(1.23)
Utilizando-se dois coeficientes tricromáticos (x e y) é possível traçar um diagrama
bidimensional que represente todas as cores do espectro. Este gráfico representado no espaço
30
bidimensional recebe o nome de Diagrama de Cromaticidade (FIGURA 1.26). Todas as cores
possíveis da combinação das cores primárias de luz (vermelho, verde e azul) estão dentro da área
limitada pela curva e pela reta conhecida como linha das púrpuras, tendo em sua região central o
branco de referência (x=0,33, y=0,33) com temperatura de cor correlata de 9600 K.
FIGURA 1.26 - Diagrama de Cromaticidade (Fonte: FITT [1997])
31
Figura 1.27: Valores do Sistema Munsell e refletâncias
32
2.2. TEMPERATURA DA COR CORRELATA
Um corpo aquecido emite radiação eletromagnética, cujo comprimento de onda depende
da temperatura do emissor. Com temperaturas até 600 K os comprimentos de onda são maiores
que os da faixa visível. Com o aumento da temperatura, o espectro se move para a porção visível.
Em torno de 6.000 K (radiação solar) a emissão está centrada na banda visível. A cor da radiação
pode ser definida de acordo com a temperatura do emissor, isto é, temperatura que um corpo
negro deve ter para emitir um espectro similar ao da fonte de luz - temperatura da cor correlata
em K. A TABELA 1.4 mostra a temperatura que o corpo negro deve atingir para emitir luz
colorida.
TABELA 1.4 - Temperatura da cor correlata da luz colorida.
Cor da luz
TCC [K]
Vermelho
800 - 900
Amarelo
3.000
Branco
5.000
Azul
Azul brilhante
8.000 - 10.000
60.000 - 100.000
Cabe salientar que a referência feita a cores quentes ou frias (quanto a sua aparência)
tem o significado inverso ao da temperatura da cor. O vermelho "quente" tem na verdade a menor
temperatura da cor, enquanto o azul "frio" é emitido pelos corpos a mais alta temperatura.
2.3. APARÊNCIA DE COR
As fontes de luz podem ser divididas, com uma certa aproximação de acordo com sua
aparência de cor e temperatura de cor correlata (ver TABELA 1.5).
TABELA 1.5 - Aparência de cor.
Aparência de cor
TCC [K]
Fria (Branca-azulada)
> 5.000
Intermediária (Branca)
3.300 - 5.000
Quente (branca-avermelhada)
< 3.000
Diversas experiências têm mostrado que para uma iluminação de boa qualidade, a
aparência de cor das fontes de luz deve estar de acordo com o nível de iluminação. A TABELA 1.6
mostra a aparência de cor em função do nível de iluminação para ambientes iluminados com
lâmpadas fluorescentes. Analisando a TABELA 1.6 nota-se que quanto maior for o nível de
iluminação, maior deve ser a temperatura de cor, proporcionando ao ambiente uma aparência de
cor mais fria.
33
TABELA 1.6 - Variação da aparência de cor em função do nível de iluminação.
Iluminância [lux]
< 500
Aparência de cor da luz
Quente
Intermediária
Fria
agradável
neutra
fria
estimulante
agradável
neutra
inatural
estimulante
agradável
500 - 1.000
1.000 - 2.000
2.000 - 3.000
> 3.000
2.4. REPRODUÇÃO DAS CORES
Embora a luz branca contenha as sete cores do espectro, nem todas as fontes de luz
branca, tais como lâmpadas, luz natural ou solar, contém iguais quantidades de cada cor. Por
exemplo, luz do sol ao meio-dia apresenta um espalhamento das cores bastante uniforme
(FIGURA 1.27a), enquanto uma lâmpada incandescente contem uma grande quantidade de
vermelho (FIGURA 1.27b). Lâmpadas fluorescentes são normalmente deficientes no vermelho,
mas apresentam picos de amarelo/verde e algumas partes de azul (FIGURA 1.27c). Lâmpadas de
vapor de mercúrio são deficientes no azul (FIGURA 1.27d).
(a)
(b)
(c)
(d)
FIGURA 1.27 - Curva de distribuição espectral de algumas fontes de luz.
34
A cor da superfície a ser percebida é, obviamente, influenciada pelo conteúdo de cores
da fonte luminosa - este efeito é chamado de reprodução da cor. Veja na TABELA 1.7 como uma
luz colorida pode realçar ou distorcer a cor dos objetos. É, portanto, importante que as fontes de
luz proporcionem uma reprodução das cores correta de acordo com os objetivos específicos do
projeto. Por exemplo, museus, galerias de arte, indústrias têxteis, vitrines, açougues, etc.
TABELA 1.7 - Influência da cor da luz na cor dos objetos.
Cor da luz
Cor do objeto
Amarelo
Vermelho
Azul
Verde
Amarelo
Amarelo
brilhante
Laranja
avermelhado
Marrom
claro
Amarelo
limão
Vermelho
Laranja
brilhante
Vermelho
brilhante
Vermelho
azulado
Vermelho
amarelado
Azul
Púrpura
claro
Púrpura
escuro
Azul
brilhante
Azul
verdoso
Verde
Verde
amarelado
Verde oliva
Azul
verdoso
Verde
brilhante
A reprodução de cor pode ser classificada, sendo o índice de reprodução de cor Ra da
CIE (Commission Internacionale L'Eclairage) o mais comum. Este índice é derivado de um jogo
de 8 cores teste, que são iluminadas por uma fonte de luz de referência (Ra = 100) e a fonte de luz
a ser testada. Compara-se visualmente para definir quão próximo a luz de teste reproduz as cores
vistas sob a fonte de referência. A TABELA 1.8 apresenta as faixas de variação.
TABELA 1.8 - Classificação das fontes de luz conforme o índice de reprodução de cores.
Grupo de
Índice de
reprodução de cor
reprodução de cor
1A
Ra ≥ 90
Aplicação típica
Situações especiais de controle de cor apurado
1B
80 ≤ Ra < 90
Quando é necessário um bom julgamento de
cor, sua reprodução e aparência (indústrias
têxteis, gráficas, lojas, museus, hospitais,
residências, hotéis, etc.)
2
60 ≤ Ra < 80
Reprodução de cor moderada (escritórios,
indústrias em geral, escolas, lojas, etc.)
3
40 ≤ Ra < 60
Quando a reprodução de cor não é importante,
mas não se quer distorções em excesso.
4
20 ≤ Ra < 40
Reprodução de cor é desprezível (iluminação
pública)
35
2.5. USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO
Um ambiente de trabalho que apresente uma utilização adequada das cores
proporcionará aos seus usuários uma atmosfera agradável, segura e com menos propensão de
danos a sua saúde. Este ambiente agradável diminuirá os riscos de fadiga visual evitando assim
falhas na execução das tarefas, logo, resultará em um aumento de produtividade.
Ao escolher a cor dos ambientes de trabalho, deve-se dar preferência a tons suaves, pois
embora as cores vivas sejam mais interessantes, elas se tornaram cansativas para aqueles que
terão que passar uma jornada de trabalho de 8 horas ou mais neste ambiente. Isto não quer dizer
que o uso de cores vivas deve ser descartado, muito pelo contrário, existem certos ambientes que
elas proporcionarão um efeito psicológico muito mais eficaz, tais como: halls de entrada, salas de
espera, salas de lazer, etc.
O fator climático é um dos determinantes na hora do planejamento cromáticos dos
ambientes de trabalho. Em locais de clima quente, deve-se dar preferência aos tons azuis e verde
claro, que estão associados a frescura das águas, da relva e das folhagens, evitando-se sempre o
uso do amarelo, que lembra
TABELA 1.9 - Índices de reflexão média das cores (refletância).
o fogo e o sol. Embora a
utilização das cores frias
Cor
Refletância [%]
traga uma sensação de
frescor e tranqüilidade, elas
Branco teórico
100
poderão tornar o ambiente
Branco de cal
80
monótono e ao mesmo
Amarelo
70
tempo depressivo. Quando
Amarelo limão
65
o clima é mais frio deve-se
Verde limão
60
optar por cores que dêem a
sensação de calor, como o
Amarelo ouro
60
amarelo, laranja e o
Rosa
60
vermelho.
Laranja
50
Azul claro
50
Além dos aspectos
psicológicos e decorativos
Azul celeste
30
que as cores possuem, o
Cinza neutro
30
que realmente interessa
Verde oliva
25
para
iluminação
do
Vermelho
20
ambiente de trabalho são as
Azul turquesa
15
suas
propriedades
de
reflexão
da
luz.
A
Púrpura
10
utilização de cores com
Violeta
05
altos índices de reflexão
Preto
03
poderá
melhorar
Preto teórico
00
significativamente
o
rendimento do sistema de
iluminação,
podendo-se
aumentar o nível de
36
iluminamento geral do ambiente sem que seja necessário aumentar o fluxo luminoso das fontes
de luz. Na TABELA 1.9 são apresentados os índices de reflexão média de algumas cores.
O planejamento cromático de um determinado local de trabalho depende de vários
fatores, tais como: atividade a ser desenvolvida no local, as dimensões do espaço, o tipo de
iluminação a ser utilizado, o perfil do usuário (sexo, idade e cultura), etc. Neste planejamento o
teto, as paredes e o piso deverão receber um tratamento diferenciado.
Cores de tetos e forros: Na escolha da cor do teto deve-se optar por cores mais claras.
Quanto mais estas se aproximem do branco, melhor serão as condições de iluminação do
ambiente. A luz difusa refletida pelo teto proporcionará uma melhor uniformidade dos
níveis de iluminação do ambiente, reduzindo os problemas de sombras excessivas e de
ofuscamentos produzidos por reflexões dirigidas.
Cores de paredes: O fundo de qualquer ambiente é limitado por suas paredes, e sobre
este fundo se destaca tudo que nele existe. É para este fundo que a visão é direcionada
quando se afasta de sua atividade, portanto, deve-se evitar diferenças acentuadas entre a
cor do plano de trabalho e o fundo, pois isto exigirá do olho um grande esforço de
adaptação a nova cor, resultando em uma fadiga visual. A cor das paredes e do plano de
trabalho deverá sempre que possível possuir o mesmo tom.
Pisos: Recomenda-se que o piso tenha uma cor mais escura que as que foram utilizadas
para as paredes e o teto.
Na TABELA 1.10 apresentam-se os valores recomendados de refletância para teto,
paredes de piso.
TABELA 1.10 - Refletâncias recomendadas para teto, paredes e piso.
Superfície
Refletância [%]
Teto
90 - 70
Paredes
70 - 50
Piso
40 - 20
2.6. USO DAS CORES NAS SINALIZAÇÕES
A grande vantagem do uso das cores para sinalização é que ela possibilita uma reação
instantânea no observador. Um cartaz faz com que um observador pare, leia, analise e só então
depois de todas estas etapas, tome a atitude recomendada pelo mesmo. Para que com as cores a
reação fosse imediata, foi necessária uma uniformidade na aplicação destes sinais, de tal forma
que o seu significado seja sempre o mesmo.
A norma brasileira NB-76/59 determina as cores dos locais de trabalho com a finalidade
de evitar acidentes. A aplicação de cada uma das cores é mostrada na TABELA 1.11.
37
TABELA 1.11 - Aplicação das cores com a finalidade de evitar acidentes.
Cor
Aplicação
Vermelho
Indicar equipamentos de combate a incêndio (extintores, hidrantes)
Alaranjado
Identificar partes móveis e perigosas de máquinas e equipamentos (polias,
engrenagens)
Amarelo
Em escadas, vigas, partes salientes de estruturas, bordas perigosas como um
sinal de advertência "cuidado"
Verde
Identificar equipamentos de primeiros socorros, macas, e quadros para
exposição de cartazes sobre segurança
Azul
Indicar equipamentos fora de serviço e fontes de energia
Púrpura
Indicar os perigos provenientes de radiações eletromagnéticas e de partículas
nucleares
Branco
Demarcar áreas de corredor e locais de armazenagem, localização de
equipamentos de socorros, combate ao incêndio, coletores de resíduos e
bebedouros
Preto
Indicar os coletores de resíduos.
A TABELA 1.12 apresenta algumas cores fixadas pela norma brasileira NB-54/57 para
tubulações, outros códigos poderão ser obtido consultando-se a norma.
TABELA 1.12 - Aplicação das cores em tubulações.
Cor
Aplicação
Vermelho
Combate ao incêndio
Verde
Água
Azul
Ar comprimido
Amarelo
Gases não liqüefeitos
Laranja
Ácido
Lilás
Álcalis
Preto
Inflamáveis e combustíveis de alta viscosidade
Alumínio
Gases liqüefeitos, inflamáveis e combustíveis de baixa viscosidade
Branco
Vapor
Marrom
Qualquer outro tipo de fluído
Cinza claro
Vácuo
Cinza escuro
Eletrodutos
38
3. ILUMINAÇÃO ESPACIAL
As condições de iluminação são usualmente
descritas, medidas ou especificadas em termos de
iluminância num dado plano, mais freqüentemente num
plano de trabalho horizontal (tomada a uma altura entre
0,75 a 0,90 m) e, em algumas vezes, vertical ou
inclinado; em outras palavras, iluminação planar.
Entretanto, isto não descreve totalmente as
condições de iluminação. Uma certa iluminação pode ser
produzida por um estreito raio de luz, vindo de uma
determinada direção, ou por um ambiente aonde a luz
vem de todas as direções. Um sensor de luz plano
registra a luz proveniente de um hemisfério e não
distingue entre um raio de luz e um ambiente difuso.
Existem certos ambientes, tais como praças de esporte,
palcos, museus, estradas, saguão de entrada, etc., onde o
objeto central da tarefa visual é essencialmente
tridimensional; nestes casos a iluminação planar oferece
pouca informação sobre as reais condições de
iluminação (ver FIGURA 1.28).
Iluminação
frontal
Iluminação
lateral
FIGURA 1.28 - Iluminação espacial.
Um outro conceito utilizado para caracterizar um sistema de iluminação, que não seja
somente a iluminância no plano de trabalho é proposto adotando-se dois novos conceitos:
iluminância escalar e vetor iluminação.
3.1. ILUMINAÇÃO ESCALAR
A iluminância escalar em um ponto é a
iluminância média recebida por uma pequena esfera
colocada neste ponto, proveniente de todas as
direções, isto é, o fluxo total incidente na esfera,
dividido pela sua superfície. É designado por ES e
medido em lux; sendo a medida da quantidade total
de luz, não considerando sua direção.
FIGURA 1.29 - Iluminação escalar.
39
Utilizando-se a EQUAÇÃO 1.6, e admitindo-se que a pequena esfera possui um raio "r", a
iluminância escalar pode ser representada pela EQUAÇÃO 1.24:
ES =
φ
4π ⋅ r 2
(1.24)
3.2. VETOR ILUMINAÇÃO
E1
É uma grandeza composta, apresentando
magnitude e direção. A magnitude do vetor
iluminação em um ponto é a diferença máxima de
iluminâncias entre dois pontos diametralmente
opostos na superfície de uma pequena esfera
colocada neste ponto. Sua direção é dada pelo
diâmetro que liga os dois pontos que apresentam a
máxima diferença. É designado por ∆Emáx e é
medido em lux.
E2
FIGURA 1.30 - Vetor iluminação.
Na FIGURA 1.30 os valores E1 e E2 são os que fornecerão o módulo do vetor iluminação
(∆Emáx = E1 - E2). Estes valores poderão ser determinados pela EQUAÇÃO 1.25.
E=
φ
π ⋅r
2
(1.25)
A razão vetor iluminação/iluminação escalar é a medida da direcionalidade da luz e
também serve como um bom indicador das qualidades de modelamento do ambiente. Este valor
varia de 0 a 4. Em um ambiente que possua uma iluminação perfeitamente difusa, os valores E1 e
E2 são igual, resultando um vetor iluminação nulo e um índice de modelamento também nulo.
Ambientes com índice de modelamento baixo há uma ausência de sombras, os detalhes não são
realçados e a percepção de profundidade da cena fica prejudicada. O oposto, ou seja, uma
iluminação unidirecional proporciona o índice de modelamento igual a 4, o valor máximo. Locais
com índice de modelamento alto podem criar sombras demasiado fortes, esconder os detalhes e
causar desconforto visual por ofuscamento. Os valores recomendados para ambientes de trabalho
situam-se entre 1,2 - 1,5.
40
4. VISÃO E PROJETO DE ILUMINAÇÃO
Visão é a habilidade do olho perceber aquela porção do espectro de radiação que é
definido como luz. A luz entra no olho através da pupila, uma abertura na íris que varia seu
diâmetro para controlar a quantidade de luz admitida. A córnea e o cristalino (lente) focam a luz
por retração para criar uma imagem invertida na retina - superfície sensível a luz localizada no
fundo do olho - que transmite a informação para o cérebro. A retina é composta por dois tipos de
receptores sensíveis à luz: cones e bastonetes. Existem três tipos de cones, cada um cobrindo uma
margem espectral distinta; isto que torna possível a visão a cores. A fóvea é uma pequena porção
da retina que consiste no centro de nossa visão; a região da fóvea contém uma grande quantidade
de cones (aproximadamente 6 x 106), que são sensíveis a cor e ao detalhe, mas pouco sensíveis a
luz e movimento. A porção maior ao redor é responsável pela visão periférica (área parafoveal).
Esta região contém uma enorme quantidade de bastonetes (em torno de 125 x 106), que são
extremamente sensíveis a luz (possibilitando a visão no escuro) a ao movimento, mas não
possuem sensitividade a cor e ao detalhe (ver FIGURA 1.31).
Área
parafoveal
Pálpebra
Córnea
Íris
Pupila
Abertura
Área Foveal
Lentes
Filme
Diafragma
FIGURA 1.31 – O olho humano x Câmera fotográfica (Fonte: MOORE [1991]).
Num primeiro instante, a experiência visual se apresenta como um processo de
orientação e formação de impressões espaciais. A seguir, pelo recebimento de várias
informações, ocorre um processo de comparações e ordenamento de prioridades mentais. A visão
também inclui o processo de comunicação com a identificação de informações visuais. Por fim, a
visão interpreta movimento e mudanças no entorno adjacente, contribuindo para a orientação
espacial e segurança no ambiente.
A evolução da humanidade tem sido feita predominantemente à luz do dia e do sol, o
que não surpreende pelo fato de que o máximo de sensitividade do olho humano ocorre na faixa
do espectro solar. Com pouca luz (luminância média de 0,001 cd/m2), os bastonetes são usados e
a sensitividade máxima corresponde a λ = 0,507 nm, o que é designada de visão escotópica. Com
mais luz (luminâncias na ordem de 3 cd/m2), os cones começam a operar e a sensitividade
máxima é deslocada para λ = 555 nm, designada agora de visão fotópica ou curva V(λ). Esta
41
defasagem, ou seja, o deslocamento na sensitividade máxima do olho humano é denominado
Efeito Purkinje (ver FIGURA 1.32).
100%
90%
80%
Sensitividade Visual
70%
Visão noturna
(Escotópica)
60%
Visão diurna
(Fotópica)
50%
40%
30%
20%
10%
0%
380
430
480
530
580
630
680
730
780
Comprime nto de onda [nm]
FIGURA 1.32 – Sensitividade espectral do olho humano.
A curva V(λ) é de fundamental importância nas medições de luz uma vez que é
internacionalmente usada como base em qualquer medição de luz, independentemente do nível de
iluminação.
4.1. VISÃO E PERCEPÇÃO
A analogia olho-câmera fotográfica,
que pode ser usada para explicar o processo de
controle de admissão de luz, foco e criação da
imagem visual, se desfaz quando os impulsos
nervosos chegam ao cérebro. Enquanto a
câmera enxerga a cena e a registra, o cérebro
percebe a cena e a interpreta. Esta interpretação
da cena pelo cérebro lança mão da memória,
experiência, aprendizado, conhecimento e
inteligência. A FIGURA 1.33, por exemplo,
mostra como o cérebro gera sentido a partir de
um conjunto de figuras pretas aparentemente
sem nenhum significado (tendência à
complementação).
FIGURA 1.33 – Exemplo de percepção por
tendência de complementação.
42
4.2. ADAPTAÇÃO VISUAL
O olho humano tem uma grande capacidade de adaptação a condições variáveis de
iluminação. O processo pelo qual os olhos se ajustam a estas condições é chamado de adaptação
visual. Adaptação é a característica dominante na visão humana; de outra forma não se poderia
ver em ambientes tão distintos como os produzidos pelo dia, noite, luz solar, nuvens, interiores e
exteriores. É por causa desta capacidade de ajustamento do olho humano que a luminância, ou
brilho, é relativa e não absoluta; a luz do dia que parecia ser satisfatória ao entrarmos no cinema
parece excessivamente brilhante quando deixamos o cinema. Faróis de veículos que incomodam
à noite quase não são percebidos durante o dia.
O processo de adaptação possui três componentes:
uma resposta neural rápida quando ocorre uma mudança na iluminação;
uma resposta média do olho com a dilatação ou contração da pupila para regular a
quantidade de luz admitida no interior do olho;
uma resposta retinal lenta com a produção ou remoção de substâncias fotosquímicas para aumentar ou diminuir a sensitividade à luz.
A resposta do olho pela pupila é mais um efeito secundário; uma proporção de
luminâncias em torno de 8 para 1 pode ser adaptada desta forma. O processo de adaptação
principal é a lenta resposta retinal/substâncias fotos-químicas que é capaz de lidar com diferenças
de até 1.000 para 1. Como esta resposta é lenta são necessários alguns minutos para a adaptação
completa. Geralmente, a adaptação do claro para o escuro é mais lenta (aproximadamente 30
minutos) que a do escuro para o claro (2 a 3 minutos), pois é mais fácil remover as substâncias
fotos-químicas dos cones do que produzi-las nos bastonetes.
Ao focalizar um novo cenário, o olho se adapta a luminância média deste. Portanto,
existe uma faixa de variação de luminância para ambos os lados na qual o olho pode funcionar.
Existem duas considerações de projeto importantes que são uma conseqüência da habilidade de
adaptação do olho:
margem de adaptação: ao adaptar-se a luminância média da cena, a margem de
visibilidade para ambos os lados é grande, mas não infinita. Diferenças muito
grandes podem gerar perda de visibilidade e ocorrência de ofuscamento;
velocidade de adaptação: como já foi mencionado, a velocidade de adaptação é
bastante lenta comparada com os movimentos humanos normais. Caso haja um
aumento muito rápido nos níveis de luz pode ocorrer ofuscamento. Se for um
decréscimo muito rápido pode haver perda de visibilidade (ex., entrada e saída de
túneis).
43
4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS
Os ambientes construídos (internos e externos) são iluminados para permitir o
desenvolvimento de tarefas visuais (leitura, visão, manufatura, consertos, etc.). É, portanto, muito
importante que se saiba o que influencia a habilidade das pessoas de desempenhar estas tarefas.
Existem quatro aspectos fundamentais a serem considerados: luz, contraste, tamanho e tempo.
Contrate é a diferença de
brilho entre a figura e o
fundo. Se o contraste não
existir a figura ficará
camuflada
FIGURA 1.34 – Fatores que influem na discriminação visual.
4.3.1. Iluminância média (nível de iluminação médio)
De maneira geral, quanto
maior for o nível de iluminação, mais
contraída estará a pupila, melhorando
a nitidez da imagem "vista" pelo olho.
Dezenas de experiências e estudos têm
apontado
a
preferência
por
iluminâncias que variam entre 1.000 a
2.000 lux para atividades normais de
escritório (FIGURA 1.35). É óbvio que,
na prática e por questões econômicas,
são aceitáveis valores abaixo desta
faixa. Entretanto, existem outros
critérios que devem ser satisfeitos e o
que se verifica, na prática, é que se
pode admitir valores de iluminâncias
menores, sem prejuízo do desempenho
da tarefa visual.
FIGURA 1.35 – Acuidade visual x Nível de iluminamento
(Fonte: IIDA [1997]).
44
Analisando o gráfico da FIGURA 1.35 nota-se que até 1.000 lux o rendimento visual
cresce enquanto a fadiga visual decresce. A partir deste ponto até 2.000 lux há um aumento
discreto do rendimento visual com um acréscimo da fadiga visual. Ultrapassado os 2.000 lux o
rendimento visual tende a permanecer constante com um aumento da fadiga. Por isso,
recomenda-se que somente em situações especiais utiliza-se níveis de iluminamento maiores que
2.000 lux.
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através da NBR 5413
(abril de 1992) fixa iluminâncias mínimas a serem atingidas em função do tipo de tarefa visual.
4.3.2. Contraste
Contraste é definido como a diferença entre a luminância (brilho) de um objeto e a
luminância do entorno imediato deste objeto. No senso subjetivo, o contraste é a determinação da
diferença em aparência de duas partes do campo visual. Objetivamente, contraste,
especificamente contraste de luminância, pode ser expresso por pelas EQUAÇÕES 1.26, 1.27 e
1.28:
L figura − L fundo
C=
L fundo
C=
C=
(1.26)
Lmaior − Lmenor
Lmaior
Lmáxima − Lmínima
Lmáxima + Lmínimo
(1.27)
(1.28)
A Equação 1.26 resultará em contrastes que variam entre 0 e 1 para um objeto que é
mais escuro que o seu entorno, e de 0 a ∞ (infinito) para aquele objeto que é mais luminoso que o
fundo. Esta equação é mais freqüentemente utilizada em casos que o fundo é mais luminoso que
o objetivo.
Os valores de contrastes fornecidos pela EQUAÇÃO 1.27 variam entre 0 e 1,
independente de quem apresenta a maior luminosidade, o fundo ou a figura. Esta equação é
especialmente aplicada em situações onde não se consegue identificar claramente o fundo da
figura.
A EQUAÇÃO 1.28 apresenta uma outra maneira de determinar o contraste figuras e seus
respectivos fundos. Esta formulação define o que é conhecido como modulação.
45
A luminância de uma superfície varia com o ângulo de incidência da luz e o ângulo de
observação. Quando estes ângulos forem semelhantes o contraste será mínimo e o reflexo da luz
incidente pode se tomar um problema, reduzindo a visibilidade de elementos contidos no objeto
central de visão. Contraste depende não só do nível de iluminação, mas também das
características de reflexão dos elementos envolvidos. Como o contraste é uma medida relativa, a
percepção é também relativa. Um objeto pode parecer mais ou menos brilhante dependendo do
brilho do seu entorno.
Em pleno dia pode-se perceber diferenças de luminâncias de até 1%, mas sob condições
precárias de iluminação até diferenças de 10% podem passar despercebidas. A sensitividade ao
contraste melhora com o aumento da luminância, que por sua vez é função da iluminação, até um
certo limite (possibilidade de ocorrer ofuscamento). Uma aplicação importante da sensitividade
ao contraste é a iluminação de sinalização de emergência tipo SAÍDA; deve haver um alto
contraste entre o sinal e o ambiente cheio de fumaça para permitir que o mesmo seja visível.
4.3.3. Acuidade visual
Nitidez de visão ou acuidade visual é a medida da habilidade do olho em discernir
detalhes. Pode ser definida em termos do ângulo visual contido nos extremos do menor detalhe
perceptível ou contido entre dois objetos que os olhos ainda podem distinguir separadamente.
Este ângulo é expresso em minutos e a acuidade visual é expressa pelo recíproco deste ângulo
(acuidade = 1/α) (ver FIGURA 1.36):
α
d
E
FIGURA 1.36 – Definição de acuidade visual (Fonte: PILOTTO NETO [1980]).
A FIGURA 1.37 apresenta
a acuidade visual em função da
iluminação. Acuidade melhora
com a iluminação, mas como com
a sensitividade ao contraste, a lei
da diminuição dos retornos pode
ser aqui comprovada; com altos
níveis de iluminação a acuidade
visual tende à constância.
Níveis de iluminação [lux]
FIGURA 1.37 –Acuidade visual em função do nível de
iluminação.
46
Tipicamente, um adulto pode perceber detalhes com um ângulo visual de 1' (min),
resultando numa acuidade visual de 1. A acuidade visual de uma criança pode chegar até 2,5,
enquanto que com a idade a acuidade pode decrescer até menos que 1. Assim, a distância máxima
para visão com precisão, limite de percepção, pode ser obtida pela EQUAÇÃO 1.29:
D≤
d
tan(1' )
(1.29)
Portanto, o menor detalhe que o olho normal pode distinguir com precisão deve ter uma
dimensão de pelo menos 1/3.438 da distância de observação:
d≥
D
3.438
Acuidade visual, e por conseqüência,
as distâncias do observador ao objeto e as
dimensões deste objeto, são também afetadas
pelo nível de contraste, contraste de cor,
tempo de visão e qualidade ótica do olho. O
projetista deve estar consciente do grau de
detalhe provável a ser requerido num
determinado
ambiente.
Acuidade
é
normalmente medida através do anel de
Landolt (FIGURA 1.38). Consiste em círculos
com uma interrupção na sua circunferência. O
teste envolve a visão de uma imagem com
mais ou menos 100 anéis, onde se deve dizer
onde a falha ocorre (isto é, 12, 3, 6 ou 9 horas).
5a
(1.30)
a
FIGURA 1.38 –Anel de Landolt para teste de
acuidade visual.
4.3.4. Desempenho visual
Os dois aspectos vistos anteriormente são expressões da eficiência visual sob condições
estáticas. Dado tempo suficiente, a maioria das pessoas serão capazes de perceber um objeto
mesmo se o contraste e a acuidade visual forem fracos. Entretanto, eficiência precisa ser medida
em relação a tarefas visuais transientes, em relação a mudanças; desta forma, o tempo também é
considerado. Desempenho visual é quantificado tanto pelo tempo necessário para se perceber um
objeto, como pelo número de objetos percebidos por unidade de tempo. Este aspecto apresenta
conseqüências importantes quanto à segurança com respeito à circulação, escadas, vias de
tráfego, etc. A FIGURA 1.39 mostra que o tempo necessário para a realização de uma determinada
tarefa visual diminui com o aumento do nível de iluminação. Existirá um momento em que,
aumentar do nível de iluminação, não diminuirá o tempo de realização da tarefa. Para cada tarefa
tem-se o nível de iluminação ideal.
47
Tempo necessário
para ver
Níveis de iluminação [lux]
FIGURA 1.39 –Desempenho visual em função do nível de iluminação.
4.3.5. Eficiência visual
Este termo fornece uma descrição geral de como os três parâmetros discutidos acima se
combinam para dar uma medida da habilidade do olho em desempenhar tarefas visuais. Ele ajuda
a responder:
Qual é a menor diferença de luminância percebida?
Qual é o menor objeto ou menor detalhe a ser distinguido?
Quanto tempo é necessário para o desempenho da tarefa visual?
Assim, a sensitividade ao contraste, a acuidade visual e o desempenho visual são três
aspectos mensuráveis da relação estímulo/resposta; nenhum deles isoladamente descreve
completamente esta relação, mas juntos eles fornecem uma boa estimativa da eficiência do
processo visual. Sem surpresas, a eficiência visual também tenderá a aumentar com o nível de
iluminação. Aqui também a lei da diminuição dos retornos se aplica, alertando para o risco de se
exceder nos níveis de iluminação (FIGURA 1.35).
48
4.4. OFUSCAMENTO
Quando o processo de adaptação não transcorre normalmente devido a uma variação
muito grande da iluminação e/ou a uma velocidade muito grande, experimenta-se uma
perturbação, um desconforto ou até mesmo uma perda na visibilidade que é chamada de
ofuscamento. O ofuscamento pode ocorrer devido a dois efeitos distintos:
Contraste: caso a proporção entre as luminâncias de objetos do campo visual seja
maior do que 10:1;
Saturação: o olho é saturado com luz em excesso; esta saturação ocorre
normalmente quando a luminância média da cena excede 25.000 cd/m2.
Ofuscamentos
podem
ser
classificados como: desconfortáveis ou
perturbadores e inabilitadores. (ver FIGURA
1.36). Os primeiros não impedem
necessariamente o desenvolvimento da
tarefa visual; são atribuídos à tendência do
olho de fixar em objetos ou pontos
brilhantes dentro do campo visual (fontes de
luz ou reflexos intensos em superfícies
muito polidas). O grau de desconforto
produzido por luminárias é função de quatro
parâmetros: luminância da fonte, tamanho
da fonte, ângulo entre a fonte e a linha de
visão do observador e a capacidade de
adaptação do observador.
FIGURA 1.40 –Tipos de ofuscamento
(Fonte: GRIEVE [1990]).
Ofuscamento inabilitador impede o desenvolvimento da tarefa visual, o que pode ser
muito perigoso em certas circunstâncias. Este tipo de ofuscamento pode ocorrer por três
maneiras:
espalhamento de luz pelo cristalino produzindo uma luminância na retina
encobrindo a imagem da cena;
tempo insuficiente do olho para adaptar-se a uma diferença de luminâncias;
imagens fantasma, produzidas por flash de câmeras fotográficas, visão do sol,
faróis, etc. O processo da adaptação retinal lento sofre um distúrbio devido à luz
excessiva; o cérebro se confunde e continua a ver imagens da fonte de luz,
alternando o positivo e negativo numa seqüência decrescente. A visão normal é
restaurada em um intervalo de tempo de 5 a l0 minutos.
49
5. FONTES DE LUZ ARTIFICIAL
HISTÓRICO
Antes da invenção da lâmpada, as casas eram iluminadas pela
chama das velas, embora nas maiores cidades os lampiões de gás fossem
amplamente usados nas ruas, teatros e grandes escritórios, mas, além de
caro, o gás cheirava mal e não havia para ele um sistema geral de
distribuição.
A primeira lâmpada elétrica foi inventada em 1879, por Thomas
Alva Edison, inventor norte-americano que após testar vários tipos de
filamentos (inclusive fios de barba de colegas), conseguiu produzir uma
lâmpada que consistia em um filamento de algodão carbonizado colocado
dentro de um vidro fechado, onde era feito um vácuo, e que, quando
percorrido por corrente elétrica se encandecia gerando luz, daí, o nome
“lâmpada incandescente”. A primeira lâmpada testada com sucesso foi
acesa a 21 de outubro de 1879, brilhando por 45 horas consecutivas.
As lâmpadas de descarga são originárias de outro invento, feito no
começo do século XX, recebendo o nome de lâmpada de arco. Esta lâmpada
consistia na criação de uma descarga elétrica entre dois eletrodos de carvão,
sendo que a maior parte da energia luminosa era produzida pela
incandescência de seus eletrodos.
Pesquisas e novas tecnologias têm proporcionado uma variedade enorme de lâmpadas
para as mais diversas aplicações (residencial, comercial, industrial, iluminação pública,
iluminação de emergência, etc.).
Na TABELA 5.1 são mostrados os sete principais tipos de lâmpadas. Dentro de cada
grupo há uma grande variedade de lâmpadas disponíveis que diferem em características
construtivas, potência, eficiência luminosa, reprodução de cores, temperatura da cor correlata,
vida útil e custo.
TABELA 5.1 – Classificação geral das lâmpadas.
GRUPO
TIPO DE LÂMPADA
Incandescentes
GLS
Incandescentes halógenas
Baixa pressão
Descarga
gasosa
Alta pressão
(HID)
Fluorescentes (Tubular e compactas)
Vapor de sódio à baixa pressão
Vapor de sódio à alta pressão
Vapor de mercúrio
Vapor metálico
50
Para facilitar a identificação dos diversos tipos, as lâmpadas foram codificadas. A
TABELA 5.2 mostra os códigos para cada tipo de lâmpada. Estes códigos normalmente são
acompanhados da potência da lâmpada e, se necessário, outros detalhes, tais como: vida média,
índice de reprodução de cores, posição de funcionamento, etc.
TABELA 5.2 – Codificação das lâmpadas.
TIPO DE LÂMPADA
Lâmpada de filamento
GLS
TH
PAR
PAR-E
R
K
M
Lâmpada fluorescente tubular
MCF
MCFE
MCFA
MCFR
T5, L
T8, TLD, L
T12, TL, L
Lâmpada fluorescente compacta
SL, SLD, SLR, Globalux
PLEC, PLET, SLDE, Dulux EL
PLS-2P, PLC-2P, 2D-2P, 4L-2P,
Dulux S, Dulux D, Biax S, Double
Biax,
PLS-4P, PLC-4P, PLL, 2L, 2D-4P,
4L-4P, Dulux F, Dulux L, Dulux SE,
Dulux DE, Biax SE, Double Biax
Lâmpadas à vapor de sódio
baixa pressão
SLI
SOX
SOX-E
Lâmpadas à vapor de sódio
alta pressão
SON, SON-E, NAV-E, LU-D
DESCRIÇÃO
Iluminação para serviços gerais
Tungstênio - halógena
Lâmpada de filamento com refletor parabólico revestido de
alumínio internamente, seguido pelo diâmetro nominal da
lâmpada em oitavos de polegada
Lâmpada PAR com potência reduzida e eficiência óptica
aumentada, seguido pelo diâmetro nominal da lâmpada em
oitavos de polegada
Bulbo de vidro contendo um refletor interno, seguido do
diâmetro em milímetros
Tubular e linear de tungstênio - halógeno
Lâmpadas de display com filamentos
Lâmpadas para circuitos com starter
Lâmpadas para circuitos sem starter
Lâmpadas para circuitos sem starter com fio terra
Lâmpadas MCF com refletor interno
16 mm de diâmetro nominal (5/8 de polegada)
26 mm de diâmetro nominal (1 polegada)
38 mm de diâmetro nominal (1,5 polegadas)
Lâmpadas que incorporam o reator e o starter
Lâmpadas que incorporam controles eletrônicos
Lâmpadas de 2 pinos com starter interno, requerendo um reator
externo
Lâmpadas de 4 pinos que requerem starter e reator externos ou
reatores eletrônicos
Tubo linear com dupla terminação
Tubo em forma de U, com terminação simples
SOX com a eficácia aumentada
Lâmpadas com bulbo elipsoidal difuso exterior com terminação
simples
SON-I
SON com starter interno
SON-EXTRA
Tubo duplo com terminação simples
SON-T, NAV-T, LU-T
Bulbo tubular claro exterior e terminação simples
SON-T COMFORT
SON-T com melhoramento da definição de cores
NAV-DSX-T
SON-T com melhoramento da definição de cores sem mercúrio
SON-TD, SON-L, NAV-TS, LU-TD Bulbo tubular claro exterior e terminação dupla
SON-R, NAV-R
SON com refletor interno
51
SON-H, NAV-T, LU-H
SON com mercúrio
SON-DL, SON COMFORT, NAV- SON com melhoramento da definição de cores
DL, LU-DX, LU-CL
TABELA 5.2 – Codificação das lâmpadas (continuação).
TIPO DE LÂMPADA
Lâmpadas à vapor de sódio
alta pressão
SON-S, SON PLUS, NAV Super,
LU-XL
SON-ST, SON-T PLUS, NAV-T
Super
SDW-T, LU95
Lâmpada à vapor de mercúrio
Alta pressão
MB, HQ
MBF, HQL, HPL-N, HR-DX, HAX
MBFR, HQLR, HPL-R
HPL COMFORT, HQL-DL,
HWDX, HR-WDX
Lâmpada blindadas à vapor de
mercúrio Alta pressão
MBTF, HWL, ML, HMLI
DESCRIÇÃO
SON com aumento da eficácia
SON-T com aumento da eficácia
SON branca, bulbo tubular exterior com terminação simples
Lâmpada de mercúrio a alta pressão com bulbo exterior
Lâmpada de mercúrio a alta pressão com bulbo exterior contendo
fósforos
MBF com refletor interno
MBF com melhoramento da eficácia e do IRC
Combinação das lâmpadas MBF com filamento que atua como
um reator
MBFT com refletor interno
MBTFR, HWLR, MLR
Lâmpada à vapor metálico
MBI, HQI, HPI, MVR, MXR, HgMI Lâmpada com bulbo exterior difuso ou claro, com terminação
simples
MBIF, MVR-C, MBID
MBI com bulbo exterior contendo fósforo
MBIL, HQI-TS
Tubo de arco linear, com terminação dupla
MBI-T, HPI-T, HQI-T
Bulbo exterior tubular claro, com terminação simples
MHD
Compacta com terminação dupla
MHN-T, HQI-T, MVR
Bulbo exterior tubular, com terminação dupla
MHN-TD, NDL, HQI-TS, MQI/N
Tubular com dupla terminação, baixa potência (aparência fria)
MHW-TD, HQI-TS, WDL, MQI/W Tubular com dupla terminação, baixa potência (aparência
quente)
CSI, CID
Compacta, podendo possuir refletor interno
Posições de funcionamento
/U
Universal (geralmente não marcado na lâmpada)
/V
Vertical
/H ou /HOR
Horizontal
/BD ou /VBD
Base em baixo
/BDH
Base em baixo com inclinação para a horizontal
/BU ou /VBU
Base em cima
/BUH
Base em cima com inclinação para a horizontal
Base em cima, com dispositivo de acionamento
/BUS
Na comparação e seleção da lâmpada mais adequada, pode-se utilizar um conjunto de
critérios como segue abaixo:
52
Energia nominal
Condiciona o fluxo luminoso e o dimensionamento da instalação do ponto de vista
elétrico (condutores, tipos de proteção, etc.).
Eficiência luminosa
Condiciona o quanto uma lâmpada pode ser econômica no consumo de energia. A
TABELA 5.3 apresenta a eficiência luminosa de diversas fontes luminosas.
Vida útil
A maioria das lâmpadas apresenta um decaimento do fluxo luminoso durante o
funcionamento e uma duração média; a vida útil consiste no período no qual a lâmpada é
considerada econômica, considerando-se os dois aspectos anteriores.
Reprodução de cores
O índice de reprodução de cores condiciona o maior ou menor apreciação das cores
quando comparadas sob a luz natural (IRC Luz Natural = 100).
Temperatura da cor correlata
Este parâmetro condiciona a tonalidade da luz (ou aparência da cor). Diz-se que uma
lâmpada emite uma luz "quente" ou "fria", quando prevalecem radiações do espectro de
cor avermelhada ou azulada, que está associado à escala de temperatura de cor correlata.
A luz fria possui a temperatura da cor correlata elevada, enquanto que a luz quente
apresenta temperatura da cor correlata baixa.
Dimensões
Condicionam a construção das luminárias (manipulação da direção e concentração do
feixe de luz, necessidade de equipamentos auxiliares, custo, etc.).
53
TABELA 5.3 - Eficiência luminosa de várias fontes luminosas.
FONTE LUMINOSA
Artificiais
Vela
Lamparina a óleo
Lâmpada original de Edison
Lâmpada de Edison (1910)
Incandescente
Halógena
Fluorescente
Vapor de Mercúrio
Vapor Metálico
Vapor de sódio a baixa pressão
Vapor de sódio a alta pressão
Microondas
Naturais
Luz direta do sol
Luz difusa da abóbada (média)
Luz difusa da abóbada (céu bem claro)
Céu claro + sol (média)
Céu encoberto
EFICIÊNCIA LUMINOSA [lm/W]
0,1
0,3
1,4
4,5
14 – 20
16 – 20
50 – 80
30 – 60
60 – 80
90 – 100
120 - 140
80 - 140
90 – 95
120
150
110
110
Na seqüência serão apresentadas as características dos diversos tipos de lâmpadas, que
poderão variar conforme o fabricante, sendo necessário consultar os catálogos específicos para
obter maiores detalhes e dados mais precisos.
5.1. LÂMPADAS INCANDESCENTES
A produção de luz numa lâmpada incandescente é obtida pela elevação da temperatura
de um filamento até um valor capaz de produzir irradiação na porção visível do espectro; isto é
alcançado pela ação de aquecimento da corrente elétrica. Para que o filamento não queime, ele é
encerrado num bulbo de vidro, em cujo interior se produz vácuo (lâmpadas de baixa potência) ou
se introduz um gás inerte (média e grande potência).
A lâmpada incandescente é composta dos seguintes elementos: bulbo, filamento, meio
interno, base.
54
1
Filamento
2
Meio interno
3
Bulbo
4
Base
FIGURA 5.1 – Partes principais de uma lâmpada incandescente
(Fonte: GARCIA JÚNIOR [1996]).
Filamento
Quanto maior a temperatura do filamento, maior será a porção da energia irradiada na
região visível do espectro e maior a eficácia da lâmpada. Para que se consiga uma boa
eficácia luminosa o material do filamento deve apresentar um elevado ponto de fusão,
baixa pressão de vapor, alta resistência e ductibilidade. Devido a uma combinação
favorável destas propriedades, o filamento de tungstênio é utilizado na maioria das
lâmpadas incandescentes. Um aumento da eficácia luminosa é obtido espiralando-se o
filamento. O filamento duplamente espiralado (o que aumenta ainda mais a eficácia e
diminui, ao mesmo tempo, o tamanho do filamento) é usado em muitos tipos de
lâmpadas incandescentes em geral.
Meio interno
Para que o filamento não se queimasse antigamente era feito vácuo dentro do bulbo,
tendo como objetivo a retirada do oxigênio. Hoje em dia é introduzido dentro do bulbo
um gás inerte que cria uma pressão interna, diminuindo assim a evaporação do
filamento. Nitrogênio e argônio são os gases mais comumente usados. Um outro gás
também utilizado é o criptônio, porém devido ao seu alto custo ele somente é utilizado
em lâmpadas especiais, onde a eficácia luminosa é mais importante que o preço
(lâmpadas de farol de automóvel).
Bulbo
O filamento de uma lâmpada incandescente é colocado em um invólucro de vidro
selado, chamado bulbo. O bulbo poderá ser transparente, branco ou colorido. Bulbos
brancos leitosos usados para amenizar os problemas de ofuscamentos, poderão ser
produzidos cobrindo-se a superfície interna do bulbo com um silicato branco. O bulbo
também é disponível em uma grande variedade de formas, conforme pode ser visto na
FIGURA 5.2.
55
a
Pérola
b
Cogumelo
c
Lustre
d
Vela
e
Decorativa linear
f
Vitrine
g
Tubular
h
Piloto
FIGURA 5.2 – Tipos de bulbos típicos de lâmpadas incandescentes
(Fonte: GARCIA JÚNIOR [1996]).
Bases
A base serve para fixar a lâmpada
ao seu suporte, fazendo a ligação
desta com o circuito elétrico de
alimentação. Existem bases do
tipo Edison (ou roscadas) e do
tipo Baioneta (ou de encaixe),
fabricadas geralmente de latão,
alumínio ou níquel. As bases são
identificadas por uma letra e um
número. A letra corresponde ao
tipo (“E” para tipo Edison e “B”
para tipo Baioneta) e o número
indica o diâmetro da base em
milímetros. A FIGURA 5.3 mostra
alguns tipos de bases.
FIGURA 5.3 – Bases para lâmpadas incandescentes
(Fonte: GARCIA JÚNIOR [1996])
Eficácia luminosa das lâmpadas
incandescentes
A eficácia luminosa máxima teoricamente possível de uma lâmpada incandescente seria
de 53 lm/W, considerando o ponto de liquidificação do tungstênio (3653 K) e uma situação em
que não existisse perdas por condução e convecção. Na prática as lâmpadas incandescentes são as
que apresentam a menor eficácia sendo que 2% da potência aplicada são perdidos nos fios de
condução, 10% são perdidos por condução e convecção no gás que existe dentro do bulbo, 0,5%
em ultravioleta que é absorvido pelo bulbo de vidro, 81% utilizado para gerar radiação
infravermelho (calor), sendo que somente 6,5% da potência consumida é que é utilizado para a
produção de luz visível. Hoje nas modernas lâmpadas incandescentes a eficácia luminosa varia de
8 a 21,5 lm/W.
56
Vida das lâmpadas incandescentes
Conforme padrões internacionais a vida média das lâmpadas incandescentes de uso geral
é de 1000 h. A vida média é determinada acendendo-se uma certa quantidade de lâmpadas, o
tempo em que 50% das lâmpadas se queimaram é considerado a vida média da lâmpada,
portanto, algumas lâmpadas poderão durar mais ou menos que a sua vida média. Logo, existem
lâmpadas incandescentes com vida média maior e menor que 1000 h. A vida mais curta é aceita
quando um alto fluxo luminoso ou eficácia luminosa são desejados, como é o caso das lâmpadas
utilizadas em faróis de automóvel, faroletes, lâmpadas para minas, lâmpadas para teatro,
lâmpadas para estúdios de fotografia e filmagens. Uma vida mais longa, podendo chegar até 5000
horas, é desejada quando uma confiabilidade extremamente alta é importante ou quando a
reposição da lâmpada é difícil e cara. Estas lâmpadas de vida mais longa são geralmente
utilizadas em painéis de controle, lâmpadas de sinalização de transito e lâmpadas infravermelho.
5.1.1. Lâmpadas incandescentes comuns
São as mais conhecidas e de tecnologia mais antiga, se apresentam em bulbos claros ou
leitosos (amenizar ofuscamento). A alta temperatura do filamento causa evaporação do
tungstênio que se deposita no bulbo escurecendo-o e produzindo uma depreciação do fluxo
luminoso e duração curta (1.000 horas); apesar do custo inicial baixo, seu custo global (operação
e manutenção + inicial) é alto.
5.1.2. Lâmpadas incandescentes refletoras (espelhadas)
São lâmpadas que possuem um refletor interno para melhorar o direcionamento da luz
produzida. A área espelhada funciona como uma luminária, com a vantagem de não necessitar
limpeza ou sofrer deterioração, garantindo um alto rendimento durante a vida da lâmpada. O
refletor pode ter um perfil parabólico ou elíptico, sendo este último especialmente importante
quando a lâmpada está embutida numa luminária de corpo profundo e aletas anti-ofuscantes. O
redirecionamento de luz, que do contrário seria emitida para os lados ou para cima, pode
melhorar a eficiência da instalação (ver FIGURA 5.4).
57
FIGURA 5.4 – Redirecionamento da luz proporcionado por lâmpadas refletoras
(Fonte: MASCARÓ [1992]).
5.1.3. Lâmpadas incandescentes halógenas
São lâmpadas especiais nas quais, além dos gases (geralmente o criptônio), é introduzido
um halogênio (normalmente iodo, flúor ou bromo) no interior do bulbo. Com a ajuda do bulbo de
quartzo, que suporta elevadas temperaturas evitando assim a condensação, o tungstênio
evaporado combina-se com o halogênio formando o iodeto de tungstênio; quando este novo gás
entra em contato com o filamento, faz com que o tungstênio da mistura seja redepositado no
filamento e o halogênio continua sua tarefa no ciclo regenerativo. Estas lâmpadas apresentam um
decaimento do fluxo luminoso muito pequeno, uma maior eficiência, uma vida de 2.000 horas e
possuem dimensões bem reduzidas.
58
FIGURA 5.5 – Representação esquemática das lâmpadas halógenas
(Fonte: GARCIA JÚNIOR [1996]).
As lâmpadas halógenas podem ser encontradas em três configurações básicas:
❏ Lâmpadas com terminação simples (FIGURA 5.6- a);
❏ Lâmpadas com dupla terminação (FIGURA 5.6 - b);
❏ Lâmpadas encapsuladas (FIGURA 5.6 – c).
As lâmpadas halógenas com terminação simples são apresentadas em uma grande faixa
de tamanhos que variam de (3 a 24 mm) e potências de (5 a 10000 W) apresentando uma vida
média de 2000 h com eficiência luminosa de 20 a 25 lm/W. Os tipos de base mais comuns são bipinos, baioneta e tipo parafuso. Por apresentarem um filamento compacto, este tipo de lâmpada é
geralmente utilizado em sistemas ópticos complexos (projetores cinematográficos).
As lâmpadas com dupla terminação apresentam uma forma tubular cujo diâmetro pode
variar de 2 a 8 mm, numa faixa de potência que vai de 45 a 2000 W com vida média de 2000 h e
eficiência luminosa de 15 a 25 lm/W, podendo ser aumenta para 32 a 38 lm/W com a aplicação
de uma película refletora de infravermelho na parede do bulbo.
A variedade de lâmpadas halógenas encapsuladas é muito grande, com variações na
forma, no tamanho, na potência e na configuração da base. Este tipo de lâmpada tem como
principais aplicações à iluminação de restaurantes, estabelecimento de varejo, vitrines e galerias
de arte.
(a)
(b)
(c)
FIGURA 5.6 – Configurações básicas das lâmpadas halógenas
59
Algumas lâmpadas halógenas são equipadas com um refletor multifacetado coberto com
uma película dicróica (FIGURA 5.7). Trata-se de um filtro químico que reflete grande parte da
radiação visível e transmite para trás da lâmpada cerca de 65% da radiação infravermelha
(térmica), proporcionando, desta forma, uma luz mais "fria" que aquela obtida com refletores
comuns. A grande maioria das lâmpadas halógenas funciona com uma tensão diferente da rede
elétrica (6, 12 ou 24 V), necessitando de transformadores para a sua aplicação.
FIGURA 5.7 - Lâmpadas halógenas com refletor multifacetado
(Fonte: Catálogos da Philips).
Vantagens e desvantagens
Em geral, quanto maior a potência da lâmpada incandescente, maior será sua eficiência
luminosa e sua vida útil. Como aspectos positivos pode-se enumerar:
❏ baixo custo inicial;
❏ tamanho reduzido;
❏ funcionamento imediato;
❏ excelente reprodução das cores;
❏ não há necessidade de aparelhagem auxiliar (exceto as halógenas);
❏ sem limitação quanto à posição de funcionamento (exceto algumas halógenas);
❏ por ser uma fonte puntual, sua luz é de fácil direcionamento;
❏ podem ser facilmente controladas por “dimmers”;
❏ é a lâmpada que apresenta o maior número de configurações (formato, tipo de
refletor, tensão de funcionamento, potência e cores).
Como pontos negativos:
❏ eficiência luminosa baixa;
❏ vida útil limitada;
❏ sensíveis a choques e vibrações;
❏ luminância alta com relação a possibilidade de ofuscamento;
❏ custo de operação elevado;
❏ elevada dissipação de calor;
❏ sofrem com variação da tensão da rede (FIGURA 5.8).
Características das lâmpadas incandescentes em função da tensão aplicada
As lâmpadas incandescentes podem mudar suas características se a tensão aplicada for
diferente da sua tensão nominal. O fluxo luminoso, a temperatura da cor correlata, a potência
dissipada, a sua vida média e a sua eficiência luminosa mudam em função da tensão aplicada e
podem ser expressas pelas seguintes equações:
60
Fluxo luminoso:
 Tensão aplicada 
Fluxo real = Fluxo nominal ⋅ 

 Tensão nominal 
3, 4
Temperatura da cor correlata:
 Tensão aplicada 
Temperatura real = Temperatura nominal ⋅ 

 Tensão nominal 
Potência dissipada:
 Tensão aplicada 
Potência real = Potência nominal ⋅ 

 Tensão nominal 
Vida média:
 Tensão nominal 

Vida real = vida nominal ⋅ 
 Tensão aplicada 
0, 42
1, 6
13
Eficiência luminosa:
 Tensão aplicada 
Eficiência real = Eficiência nominal ⋅ 

 Tensão nominal 
1, 9
O gráfico da FIGURA 5.8 mostra as variações das características das lâmpadas
incandescentes em função da tensão aplicada.
% dos Valores Nominais
160.00%
140.00%
120.00%
Fluxo luminoso
Eficiência luminosa
Potência
Vida útil
100.00%
80.00%
60.00%
40.00%
85.00%
90.00%
95.00%
100.00%
105.00%
110.00%
115.00%
% da Tensão Nominal
FIGURA 5.8 – Efeito da variação de tensão na rede nas características de operação das
lâmpadas incandescentes.
61
Problemas de funcionamento
A TABELA 5.4 apresenta alguns dos problemas de mau funcionamento mais comuns das
lâmpadas incandescentes.
TABELA 5.4 – Sintomas de mau funcionamento das lâmpadas incandescentes,
causas e soluções.
SINTOMAS
CAUSAS
SOLUÇÕES
Diminuição sensível do fluxo
luminoso (bulbo enegrecido)
Excedida a vida útil da
lâmpada
Trocar a lâmpada
Vida útil reduzida
Temperatura de
funcionamento elevada
Verificar as condições
de ventilação da
instalação
Lâmpada sujeita a
vibrações ou choques
Usar amortecedores ou
lâmpadas antichoque
Tensão da rede superior
à nominal
Regular a tensão
fornecida à instalação
Tensão da rede inferior à
nominal
Regular a tensão
fornecida à instalação
(bulbo enegrecido)
Vida útil reduzida
(quebra do filamento)
Vida útil reduzida
(luz muito forte)
Luz avermelhada
62
5.2. LÂMPADAS DE DESCARGA GASOSA
Esta classificação de lâmpadas é muito extensa; inclui as lâmpadas fluorescentes
tubulares, as de vapor de mercúrio ou sódio, as de vapores metálicos e os tubos utilizados em
anúncios luminosos. Mesmo com diferenças marcantes em termos de funcionamento, construção,
qualidade da luz e aplicação, estas lâmpadas possuem um traço comum: não têm filamento, a luz
é produzida pela excitação de um gás (pela passagem da energia elétrica) contido entre dois
eletrodos. Esta excitação do gás contido no tubo de descarga produz radiação ultravioleta que, ao
atingir a superfície interna do tubo (ver FIGURA 5.9), revestida por substâncias fluorescentes
(geralmente cristais de fósforo), é transformada em luz (radiação visível).
FIGURA 5.9 – Fenômeno de emissão de luz por lâmpadas de descarga gasosa
(Fonte: COTRIM [1992]).
Entretanto, devido ao seu princípio de funcionamento, as lâmpadas de descarga
requerem uma série de dispositivos auxiliares:
Estabilizadores de corrente
As lâmpadas de descarga gasosa têm uma resistência interna a funcionamento negativo;
por conseguinte, enquanto a tensão de alimentação se mantém constante, a corrente tende a
aumentar, até provocar um curto-circuito interno. Por isto, adotam-se dispositivos de limitação de
corrente chamados de reatores. Dependendo de sua fabricação, os reatores podem consumir
elevada potência reativa, sobrecarregando os circuitos alimentadores. Caso isto ocorra torna-se
necessário a correção do fator de potência (cosϕ) da carga instalada;
Condensadores
O baixo fator de potência de alguns reatores (entre 0,3 - 0,5), devido a defasagem entre a
corrente absorvida pela lâmpada de descarga e a tensão de alimentação, exige o uso de
condensadores (também chamados de capacitores) para a obtenção da refasagem e elevação do
fator de potência (>0,92 – conforme determinação das distribuidoras de energia elétrica).
Reatores modernos de boa qualidade já possuem incorporado internamente este dispositivo de
correção;
Starters
São dispositivos que se destinam a proporcionar a tensão necessária para haver a
descarga inicial do gás, através de pulsações de corrente, ionizando desta forma, o caminho da
descarga, para que a lâmpada passe a operar. Os starters são constituídos de um pequeno tubo de
vidro contendo um gás inerte (neon ou argônio) dentro do qual são colocados dois eletrodos. Um
dos eletrodos é constituído de uma lâmina bimetálica que retorna a posição inicial após alguns
instantes.
63
FIGURA 5.10 - Starter (Fonte: MAMEDE FILHO [1995]).
Ignitores
São elementos semelhantes ao starter que são utilizados nas lâmpadas a vapor metálico e
vapor de sódio de alta pressão. Os ignitores geram uma série de pulsações de tensão elevada,
ionizando o caminho da descarga, provocando assim o início do processo, colocando a lâmpada
em funcionamento. Cada ignitor possui esquema próprio de ligação dos seus terminais que deve
ser obrigatoriamente obedecido, bem como a freqüência da rede em que ele deve operar (50 ou
60 Hz).
Efeito estroboscópico
As lâmpadas de descarga produzem o efeito estroboscópico: objetos que se movimentam
em alta velocidade (linear ou angular), podem parecer estarem parados ou se movimentando em
baixa velocidade, no mesmo sentido ou até no sentido contrário. Isto pode provocar sérios
acidentes de trabalho.
A origem deste fenômeno é a corrente alternada de alimentação (FIGURA 5.11): as
lâmpadas se apagam quando a corrente passa pelo zero; isto ocorre duas vezes por período (as
lâmpadas incandescentes não se ressentem deste fenômeno devido a inércia térmica do
filamento), ocorrendo 60 ciclos a cada intervalo de tempo de 1 segundo (freqüência da rede de 60
Hz). Se o intervalo entre lampejos for igual ao tempo em que um objeto desenvolva uma rotação
completa, ele dará a impressão de estar parado; se a velocidade angular do objeto for maior, o
objeto parecerá estar girando, mas a uma velocidade bem menor que a real.
E
t
Ligada
Desligada
FIGURA 5.11 – Variação da corrente alternada.
64
Para evitar o efeito estroboscópico deve-se distribuir duas ou mais lâmpadas emitindo
fluxos luminosos defasados entre si, que pode ser obtido ligando-se as lâmpadas nas fases
diferentes de um sistema trifásico conforme pode ser visto na FIGURA 5.12.
E
t
Ligada
Desligada
Fase R
Fase S
Fase T
FIGURA 5.12 – Lâmpadas ligadas em sistemas trifásicos.
A FIGURA 5.12 mostra que no momento em que uma das lâmpadas está apagada, as
outras duas estão acessas, embora não estejam com seu fluxo luminoso máximo. Convém
ressaltar que o piscar das lâmpadas a descarga gasosa não é perceptível pelo olho humano, pois
isto ocorre muito rápido (120 vezes por segundo quando a freqüência é de 60 Hz) e o órgão
visual do homem somente consegue notar uma intermitência cuja freqüência fique entre 20 e 30
Hz.
A evolução tecnológica das lâmpadas de descarga tem sido bastante grande. Pesquisas e
desenvolvimento quanto a qualidade do gás e do pó fluorescente têm proporcionado grande
evolução na reprodução de cores e redução das dimensões, novos reatores eletrônicos têm
minimizado os principais aspectos negativos dos reatores comuns, sem mencionar a constante
elevação da eficiência luminosa, um aspecto já significativo deste grupo de lâmpadas em
comparação com as incandescentes.
As principais lâmpadas de descarga são descritas a seguir.
65
5.2.1. Lâmpadas fluorescentes
HISTÓRICO
A invenção da lâmpada incandescente em 1879 e o seu aprimoramento com a
utilização de filamentos de tungstênio a partir de 1911 foi um grande avanço
para a nossa sociedade. Porém, este tipo de lâmpada apresentava um baixo
rendimento, ou seja, do total da energia elétrica consumida apenas 6,5% era
convertida em energia luminosa e 81% em calor. Pesquisas então
começaram a ser realizadas a fim de obter-se outros tipos de lâmpadas. Em
1938 surge então a primeira lâmpada fluorescente para aplicações práticas.
O seu desenvolvimento continua até hoje com novas técnicas e materiais.
Este é um tipo de lâmpada no qual a sua aplicação é quase que ilimitada na
iluminação de indústrias, lojas, residências e vias públicas.
Lâmpadas fluorescentes são lâmpadas de descarga, geralmente de forma tubular, com
um eletrodo em cada ponta, contendo vapor de mercúrio sob baixa pressão. A luz é produzida por
pós fluorescentes ativados pela energia ultravioleta da descarga elétrica (ver FIGURA 5.9).
Até pouco tempo atrás, uma boa reprodução de cor só era obtida às custas da eficácia; na
maior parte das vezes, isto ainda é válido. São freqüentes, no entanto, situações nas quais ambas
as características são exigidas. Vários tipos de lâmpadas fluorescentes são um compromisso entre
a reprodução de cor ideal e o fluxo luminoso ótimo: ou a reprodução de cor é ótima e a eficácia
baixa, ou o contrário. Somente a lâmpada fluorescente de nova geração (/84) proporciona ambos
os aspectos em graus elevados.
Formas típicas das lâmpadas fluorescentes
As lâmpadas fluorescentes são disponíveis em 5 diâmetros (16mm, 26mm, 32mm e
38mm) e em várias formas (tubo linear, tubo circular, tubo em forma de U e tubo em forma de
W). Na FIGURA 5.13 são representadas as diversas formas das lâmpadas fluorescentes:
Tubo linear
Tubo em U
Tubo circular
(lâmpadas
Tubo em U
(lâmpadas
FIGURA 5.13 – Formas das lâmpadas fluorescentes.
66
Camada fluorescente
As características das lâmpadas fluorescentes (temperatura da cor, índice de reprodução
de cores “IRC” e eficácia luminosa) dependem do pó fluorescente que é utilizado em sua
fabricação, pois é ele que transforma a radiação ultravioleta em radiação visível. Atualmente
existe um grande número de pós fluorescentes capazes de cobrirem todo o espectro visível
produzindo luz de qualquer temperatura de cor e com excelentes índices de reprodução de cor.
Em casos que uma excelente reprodução de cor é desejada, utiliza-se uma combinação
de pós de diversas cores. Os pós fluorescentes mais utilizados e os respectivos picos do
comprimento de onda são mostrados na TABELA 5.5.
TABELA 5.5 – Pós utilizados em lâmpadas fluorescentes.
Pós fluorescentes
Pico do comprimento
de onda [nm]
Aluminato de estrôncio
304
Disilicato de Bário
350
Silicato de estrôncio / Bário magnésio
365
Tetraborato de estrôncio
368
Tungstato de cálcio
410
Pyrofosfato de estrôncio
418
Aluminato de bário magnésio
447
Halofosfato de cálcio
474
Aluminato de estrôncio
488
Halofosfato de estrôncio
490
Silicato de zinco
525
Óxido de yttrio
610
Borato de yttrio vanadato
615
Pentaluminato de lítio
655
Magnésio fluorgermanato
743
Existem alguns pós fluorescentes capazes de eliminar o problema das lâmpadas de
descarga que é o efeito estroboscópico. Estes pós conseguem emitir luz visível mesmo quando a
radiação ultravioleta provocada pela descarga não existe.
Eficácia luminosa das lâmpadas fluorescente
Uma lâmpada fluorescente operando em uma temperatura de 25 oC, onde ela possui um
melhor rendimento, consegue converte 30% da potência aplicada em forma de radiação visível,
2% é perdido nos fios de condução, 0,5% na forma de radiação ultravioleta (onda longa) e o
restante é perdido em forma de calor. As lâmpadas atuais apresentam uma eficácia luminosa que
67
varia de 20 a 100 lm/W, sendo até 5 vezes maior que a eficácia luminosa das lâmpadas
incandescentes que fica na faixa de 8 a 21,5 lm/W.
Manutenção do fluxo luminoso
Com o uso as lâmpadas fluorescentes vão perdendo a capacidade de produção de luz
devido a uma deterioração que ocorre no revestimento de fósforo de seu bulbo e ao
escurecimento da parte interna provocado pelo material emissivo dos eletrodos, que são
facilmente notados nas suas extremidades (FIGURA 5.14). Embora todas as lâmpadas percam a
sua eficiência ao longo do tempo de utilização, o ritmo desta queda não é o mesmo para todas
elas, visto que alguns fósforos são melhores que os outros.
FIGURA 5.14 - Deterioração da lâmpada fluorescente.
O fluxo luminoso que consta nos catálogos das lâmpadas foi medido na centésima hora
de seu funcionamento e a uma temperatura de 25 oC, que é a temperatura em que ela apresenta
um melhor rendimento, apresentando uma redução em sua emissão para valores abaixo e acima
deste. Uma lâmpada instalada em um ambiente onde a temperatura esteja abaixo dos 25 oC pode
estar emitindo o seu fluxo luminoso máximo devido ao calor que ela gera em torno da sua
luminária.
Vida média
A vida média de uma lâmpada fluorescente depende do número de partidas, ou seja, de
quantas vezes ela foi ligada e desligada. O material emissivo sobre os filamentos da lâmpada vai
sendo consumido a cada ligação, e sua vida acaba quando este não mais existir. Dependendo do
número de acionamentos e do tipo de lâmpada a vida média varia de 6.000 a 20.000 horas.
A vida média de uma lâmpada fluorescente é geralmente determinada para períodos de 3
horas, isto quer dizer: após acionada, a lâmpada fica geralmente acessa por 3 horas. Se este
período for aumentado, a vida média da lâmpada será significativamente maior. Exemplo: uma
lâmpada fluorescente standard de 40 W é projetada para uma vida média de 20.000 horas,
tomando-se como base o período de acionamento de 3 horas. Se este ciclo for aumentado para 10
horas a vida média da lâmpada passa a ser de 27.000 horas.
Consumo do sistema de iluminação com lâmpadas fluorescentes
Quando se deseja verificar a potência de um sistema de iluminação que utiliza lâmpadas
fluorescentes deve ser considerada também a potência dos reatores, assim sendo, a potência total
do sistema é a soma das potências do reator e das lâmpadas.
68
TABELA 5.6 – Potência total dos sistemas de iluminação com lâmpadas fluorescentes.
Reator Convencional
Reator de partida rápida
Lâmpadas
Reator
Potência total
Reator
Potência total
1 x 20W
7 – 10
27 – 30
-
-
2 x 20W
-
-
16 – 18
56 – 58
1 x 40W
10 – 15
50 – 55
15 – 19
55 – 59
2 x 40W
24
104
23
103
2 x 65 W
32
162
-
-
2 x 110 W
-
-
35
255
Quanto aos sistemas de ligação, existem os seguintes tipos de lâmpada:
Lâmpadas de catodo pré-aquecido: (convencionais)
As primeiras lâmpadas fluorescentes a serem utilizadas eram do tipo pré-aquecidas,
necessitando do aquecimento dos catodos através de um starter. Os catodos são constituídos de
um filamento de tungstênio em forma de espiral; uma vez aquecidos, provocam uma intensa
emissão eletrônica que dispara um arco entre eles. Este pré-aquecimento pode ser obtido por duas
formas:
"interruptor de partida" ou starter
Ao acionar-se o interruptor do circuito elétrico da FIGURA 5.15 é produzido um arco
entre as lâminas A e B do starter, pois o gás dentro dele é ionizado. O calor produzido pela
ionização do gás faz com que a lâmina bimetálica B deforme-se estabelecendo o contato dentro
do starter. Fechado o circuito, a corrente elétrica circula aquecendo os catodos que começam a
emitir elétrons, e a ionização do gás dentro do starter é interrompida, esfriando o par bimetálico
que se deforma em sentido contrário desfazendo o contato entre as lâminas A e B. Neste
momento ocorre dentro da lâmpada um pico de corrente que resulta em uma descarga de arco
entre seus catodos fazendo com que a lâmpada se acenda. Logo após a lâmpada ser ligada, a
tensão nos catodos diminui devido a reatância em série, fazendo com que o reator a partir daí
passe a funcionar como o estabilizador da corrente. Com o objetivo de diminuir a interferência
nos aparelhos de rádio e de comunicação durante o processo de acionamento da lâmpada, é
acoplado ao starter um capacitor “C”.
Uma desvantagem das lâmpadas de pré-aquecimento com a utilização de starter é
quando elas queimam. Se o circuito for acionado com a lâmpada queimada o starter tentará ligála por várias vezes podendo o mesmo ser danificado.
69
Lâmina bimetálica
Starter
A
B
C
Filamentos
Interruptor
Fase
Lâmpada
Neutro
Reator
FIGURA 5.15 - Ligação de lâmpada fluorescente de catodo pré-aquecido.
Lâmpadas de cátodo quente não pré-aquecido: (partida rápida)
São lâmpadas de menor diâmetro, também chamadas de slimline. Evitam os atrasos na
ligação (possuem acendimento instantâneo), característicos das lâmpadas de cátodo pré-aquecido,
e dispensam o starter. A ignição é obtida pela aplicação de uma voltagem elevada em uma de
suas extremidades fornecida diretamente pelo reator. Devido a esta alta tensão aplicada são
utilizados neste tipo de lâmpada soquetes especiais para evitar riscos de choques elétricos. Na
FIGURA 5.16 pode-se ver o esquema de ligação para este tipo de lâmpada.
Filamentos
Lâmpada
Reator
Neutro
Fase
Interruptor
FIGURA 5.16 - Ligação de lâmpada fluorescente de catodo quente.
Lâmpadas de cátodo frio
São lâmpadas especiais de diâmetro muito reduzido usadas em anúncios luminosos, que
dependendo do gás introduzido no tubo, são obtidas diferentes cores. Este tipo de lâmpada tem
70
uma vantagem sobre as demais, pois tem uma vida muito mais longa. Como as lâmpadas de
catodo quente, estas também têm partida instantânea.
Lâmpadas fluorescentes compactas
As lâmpadas fluorescentes compactas são assim chamadas devido ao seu pequeno
tamanho e baixa potência, disponíveis de 7 a18 W. A produção destas lâmpadas foi possível com
a utilização de fósforos tricromáticos que proporcionam um excelente índice de reprodução de
cores (IRC) e temperatura da cor correlata. Elas estão criando uma revolução na concepção de
projetos de iluminação com lâmpadas fluorescentes, devido a sua excelente eficiência luminosa,
proporcionando uma redução no calor gerado pelo sistema e consequentemente uma grande
economia de energia elétrica.
Vantagens e desvantagens:
Em geral, as lâmpadas fluorescentes apresentam as seguintes vantagens:
❏ custo de operação menor quando comparado com as incandescentes;
❏ boa eficiência luminosa (4 a 6 vezes mais que as incandescentes);
❏ boa reprodução das cores (dependendo do tipo);
❏ baixa luminância (redução da possibilidade de ofuscamento);
❏ vida média alta (6.000 a 20.000 horas).
Mas apresentam também as seguintes desvantagens:
❏ custo inicial alto;
❏ necessitam equipamento auxiliar (reatores, starters, etc.);
❏ sensíveis a temperatura ambiente;
❏ maiores dimensões (com exceção das novas lâmpadas compactas);
❏ produção de ruído pelos reatores;
❏ limitações na utilização de “dimmers”.
71
Problemas de funcionamento
A TABELA 5.7 apresenta alguns dos problemas de mau funcionamento das lâmpadas
fluorescentes.
TABELA 5.7 – Sintomas de mau funcionamento das lâmpadas fluorescentes,
causas e soluções.
SINTOMAS
CAUSAS
Dificuldade de acendimento
Tensão de alimentação
inferior a nominal;
Temperatura ambiente
muito baixa;
SOLUÇÕES
Substituir por lâmpada
resistente à baixa
temperatura ou
proporcionar proteção
térmica;
Redução do fluxo luminoso
Uso por tempo superior
a vida média;
Trocar a lâmpada;
Falta de acendimento
Eletrodos queimados;
Substituir a lâmpada;
Starter com falha;
Substituir o starter;
Ligações com defeito;
Rever os contatos;
Eletrodos funcionam, mas o
arco não dispara
Reator defeituoso;
Substituir o reator;
Starter em curto;
Substituir o starter;
Enegrecimento na
proximidade dos eletrodos
Uso superior a vida
média;
Substituir a lâmpada;
Reator ou starter com
defeito;
Substituir o reator ou
starter;
Lâmpada nova;
O efeito provavelmente
sumirá sozinho;
Lâmpada fica piscando
72
5.2.2. Lâmpadas a Vapor de Mercúrio
HISTÓRICO
No início de 1750 FRANCIS HAUKSBER, um cientista inglês, produziu
a descarga em um tubo de vidro com vácuo o qual havia sido eletricamente
carregado. Somente um século depois, em 1850, é que se obteve luz ao gerar
um arco elétrico através de tubos preenchidos com vários gases, cada um
com a sua própria característica de cor. Porém, a viabilidade comercial
estava difícil de ser obtida e com isso as lâmpadas de descarga elétrica ainda
continuariam nos laboratórios, como artigos de efeitos especiais, por um
bom tempo. Finalmente em 1901, PETER COOPER, introduziu a primeira
lâmpada a vapor de mercúrio comercialmente viável, mas infelizmente a luz
emitida por ela tinha um forte tom azul-esverdeado. A lâmpada foi
amplamente aplicada em iluminação industrial, uma vez que era muito mais
eficiente que as lâmpadas incandescentes da época. Ela continuou em uso
principalmente para foto-gravação e outras aplicações onde a reprodução de
cores não era crítica. Então em 1934 aparecem as primeiras lâmpadas a
vapor de mercúrio modernas, quando foram alcançados alguns avanços
tecnológicos importantes: A introdução de eletrodos de tungstênio com pasta
emissiva; A possibilidade de fazer passagem selada de metal em vidro duro e
quartzo; A introdução de um gás inerte; Conhecimento da tensão de
ionização para os diferentes tipos de gases e misturas; Conhecimento da
dosagem correta de mercúrio para uma descarga estável.
O componente principal de uma
Eletrodo
lâmpada a vapor de mercúrio é o tubo de
Resistor
de
partida
arco, assim como das lâmpadas
Bulbo
de partida
multivapores metálicos e das lâmpadas a
externo
vapor de sódio. O tubo de arco (tubo de
descarga) é feito de quartzo, material capaz
de suportar altas temperaturas. Dentro do
tubo de arco existem dois eletrodos
denominados
principais
que
são
Tubo de arco
Eletrodos principais
responsáveis pelo arco elétrico criado
dentro do tubo, com o auxilio de um
FIGURA 5.17 – Lâmpada a vapor de mercúrio
terceiro eletrodo (eletrodo auxiliar). O
(Fonte: MAMEDE FILHO [1995]).
eletrodo auxiliar é ligado em série com um
resistor de partida. O tubo de arco é
montado em uma estrutura de suporte que o protege de choques mecânicos. Esta estrutura é
conectada a base da lâmpada fornecendo suporte geral e permitindo a conexão da lâmpada a rede
elétrica. O tubo de arco e a sua estrutura são protegidos de contaminação por um bulbo de vidro
duro. Este bulbo é preenchido com um gás inerte que protege o sistema contra a oxidação e ajuda
a manter a temperatura da lâmpada praticamente constante. Algumas lâmpadas a vapor de
mercúrio têm o bulbo revestido com pós de fósforo, que são depositados por processo
eletrostático, e melhoram a qualidade cromática da luz emitida (ver FIGURA 5.17).
73
As lâmpadas a vapor de mercúrio emitem luz através de um arco elétrico, então
necessitam de um reator para o seu funcionamento. No instante em que a lâmpada é ligada o
reator fornece a tensão necessária para a partida, criando um pequeno arco entre o eletrodo de
partida e o eletrodo principal. Este arco ioniza o argônio dentro do tubo de descarga até que se
forme um arco entre os eletrodos principais. Após formado o arco entre os eletrodos principais o
resistor faz com que o arco auxiliar desapareça. Os eletrodos principais são feitos de um
composto emissivo trimetálico, envolto de uma espiral de tungstênio. Enquanto o arco aquece os
eletrodos principais os elétrons liberados pelo composto emissivo transitam entre eles
vaporizando o mercúrio no tubo de descarga, aquecendo rapidamente a lâmpada e emitindo a luz
desejada.
Estas lâmpadas são muito usadas para iluminação de grandes áreas internas (prédios
industriais, armazéns, depósitos, etc.) e externas, onde uma boa reprodução de cores não é
exigida. A luz das lâmpadas a vapor de mercúrio tem uma aparência branco-azulada, pois emite
radiação visível nos comprimentos de onda amarelos, verdes e azuis, com uma carência dos
vermelhos. Embora o índice de reprodução de cores da luz produzida por arco a vapor de
mercúrio seja pobre, há uma grande emissão de ultravioleta que poderá produzir o comprimento
de onda vermelho através da utilização de pós fluorescentes no bulbo da lâmpada. Exemplo: uma
lâmpada de bulbo claro que apresente um IRC de 22 poderá, com a utilização de pós
fluorescentes no seu bulbo, aumentar este índice para 52, tornando as cores muito mais naturais.
Eficácia luminosa das lâmpadas a vapor de mercúrio
As lâmpadas a vapor de mercúrio disponíveis na faixa de 80 a 1000 W convertem
aproximadamente 13% da potência fornecida em luz visível, mas possuem uma boa eficácia
luminosa, entre 45 e 65 lm/W. A temperatura da cor correlata pode variar de 3000 K a 6000 K
com um índice de reprodução de cores de 22 a 52.
Vida média
As lâmpadas a vapor de mercúrio possuem uma vida longa que pode variar de 6000 a
28000 horas. Infelizmente elas diminuem o fluxo luminoso emitido com o tempo, ou seja,
emitem cada vez menos luz à medida que envelhecem. Uma lâmpada a vapor de mercúrio com
cinco anos de idade irá emitir de 10 a 20% da quantidade de luz para a qual ela foi projetada. Isto
é um problema que deve ser levado em conta no momento de sua escolha. Por exemplo: um
sistema de iluminação com lâmpadas a vapor de mercúrio foi projetado para um nível de
iluminamento de 100 lux. Este poderá depois dos cinco anos ou mais estar emitindo apenas 15
lux. Associado a perda do fluxo luminoso, existem também uma perda na reprodução de cores
pelo envelhecimento da camada de fósforo da lâmpada.
Vantagens e desvantagens
As lâmpadas a vapor de mercúrio apresentam algumas vantagens na sua utilização:
❏ boa eficiência luminosa (4 a 6 vezes mais que as incandescentes);
❏ boa eficiência luminosa (45 - 65 1m/W);
❏ luminância média;
❏ oferecidas em gamas de potência elevadas (uma de 400W tem o fluxo luminoso
equivalente a 9 - 10 lâmpadas tubulares fluorescentes de 40W);
❏ volume pequeno;
❏ boa duração média (6.000 - 28.000 horas).
74
As desvantagens das lâmpadas a vapor de mercúrio são as seguintes:
❏ necessita aparelhagem auxiliar para acendimento;
❏ leva de 4 a 5 minutos para atingir o fluxo luminoso máximo;
❏ custo inicial elevado (pode ser amortizado pela eficiência e vida útil);
❏ quando desligadas e ligadas, ainda quentes, levam mais tempo ainda para acender (>
6 minutos);
❏ apagam-se (não funcionam) caso a tensão de alimentação caia abaixo da nominal;
❏ reprodução de cor apenas razoável, pobre para algumas cores.
Lâmpadas de luz mista
Ainda dentro do grupo das lâmpadas a vapor de mercúrio pode-se acrescentar as
lâmpadas mistas. A lâmpada de luz mista consiste de um bulbo preenchido com um gás, tendo
sua parede revestida com um fósforo, contendo um tubo de descarga ligado em série com um
filamento de tungstênio. Nas lâmpadas de luz mista como nas lâmpadas a vapor de mercúrio, a
radiação ultravioleta da descarga de mercúrio é convertida em radiação visível pela camada de
fósforo. Somada a esta radiação visível, está a radiação visível do próprio tubo de descarga, bem
como a luz de cor quente (avermelhada) do filamento incandescente. A radiação das duas fontes
mistura-se harmoniosamente, passando através da camada de fósforo para dar uma luz branca
difusa com uma aparência de cor agradável. Estas lâmpadas não necessitam da utilização de
reatores, pois o seu filamento além de emitir radiação visível, funciona como um estabilizador da
corrente na lâmpada. As lâmpadas de luz mista, portanto, poderão ser ligadas diretamente à rede.
Isto significa que as instalações de iluminação existentes, quando usam lâmpadas incandescentes,
poderão facilmente ser modernizadas, com o a utilização de lâmpadas de luz mista, que tem
praticamente duas vezes a eficiência e quase seis vezes a vida média daquelas, sem o custo extra
em termos de reatores, fiação ou luminárias.
75
5.2.3. Lâmpadas a Vapor de Sódio
HISTÓRICO
Embora
as lâmpadas a vapor de sódio a alta pressão sejam
atualmente uma das fontes de maior utilização a nível mundial pelas
múltiplas vantagens que apresentam, suas origens remontam ao século
passado, quando uma corrida dos pesquisadores para a solução da
iluminação por meio de descarga elétrica através de gases e vapores
começou a apresentar resultados promissores.
Os primeiros sucessos aconteceram com os tubos de Moore (1899)
com descarga em gases e a lâmpada de Cooper-Hewitt (1901) que obtinha
luz através do vapor de mercúrio a baixa pressão. Seria o grande início da
vasta família de lâmpadas de descarga.
Embora se vislumbrasse também a utilização do vapor de sódio, as
dificuldades de se trabalhar com ele, pela sua agressividade em relação ao
vidro e ao quartzo, fizeram com que só se chegasse a uma lâmpada prática,
comercializável, com o aperfeiçoamento do vidro.
O êxito se deu na Europa, primeiramente para operação em
corrente contínua (1931) e depois em corrente alternada (1933). Obtinha-se
então uma lâmpada com eficiência luminosa jamais alcançada antes, da
ordem de 55 lm/W.
Tratava-se, todavia, de uma fonte luminosa monocromática, na faixa
de 589 nanômetros, raia característica do sódio vaporizado.
Em contrapartida, a nova fonte emitia uma luz surpreendentemente
eficiente. Devidamente aperfeiçoada, chega a atingir 200 lm/W, eficiência até
hoje não igualada por qualquer outra fonte de luz. Entretanto, apresenta o
inconveniente de não reproduzir as cores (exceto o amarelo) e por isso
mesmo tem sido sempre rejeitada para aplicações internas.
Lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão
O tubo de descarga na lâmpada de sódio de baixa pressão contém sódio, que evapora a
o
98 C, e uma mistura de gases inertes (neônio e argônio) a uma pressão de diversas centenas de
N/m2 para obter uma voltagem de ignição baixa. A descarga se manifesta em um invólucro de
vidro tubular a vácuo, coberto na superfície interna com óxido de índio. Esta camada age como
um refletor infravermelho e assim mantém a parede do tubo de descarga na temperatura de
operação apropriada (270 oC). Esta lâmpada caracteriza-se por emitir uma radiação
monocromática, centrada no amarelo, elevada eficiência luminosa (que pode ser de até 200
lm/W) e longa vida média, disponíveis nas potências de 18 a 180 W. Desta forma, este tipo de
lâmpada encontra sua aplicação em grandes espaços externos, onde a reprodução da cor não é
necessária e onde o reconhecimento por contrastes é predominante (auto-estradas, vias de tráfego,
estacionamentos, pátios de manobras, etc.).
76
Lâmpadas a vapor de sódio de alta pressão
São lâmpadas nas quais o tubo de descarga contém um excesso de sódio, para dar
condições de saturação do vapor quando ela está funcionando (a uma pressão de 13 a 26 kN/m2),
e para permitir a absorção interna na superfície. Também é utilizado um excesso de mercúrio
para proporcionar um gás de proteção, e o xênon é incluído sob baixa pressão para facilitar a
ignição, e limitar a condução de calor do arco de descarga para a parede do tubo. O tubo de
descarga, feito de óxido de alumínio sintetizado, para resistir à intensa atividade química do
vapor de sódio à temperatura de operação de 700 oC, é colocado num invólucro de vidro duro, a
vácuo.
As lâmpadas de sódio de alta pressão radiam energia sobre uma grande parte do espectro
visível. Em comparação com as lâmpadas de sódio de baixa pressão, elas proporcionam uma
reprodução de cor razoavelmente boa. São disponíveis com eficiência luminosa de até 130 lm/W,
em potências que variam de 33 a 210W, e uma temperatura de cor de aproximadamente 2100 K.
Com uma tonalidade alaranjada agradável e alta eficiência luminosa, estas lâmpadas têm tido um
emprego crescente para todos os tipos de iluminação externa e iluminação industrial de grande
altura (250 - 400W para alturas de montagem de 6 - 10m e potências superiores para alturas de 15
- 30m).
Vantagens e desvantagens
As lâmpadas a vapor de sódio apresentam as seguintes vantagens:
❏ elevada eficiência luminosa, especialmente as de baixa pressão;
❏ notável vida média (6.000 - 9.000 horas);
❏ luminância média (baixa pressão);
❏ reprodução de cores razoável (alta pressão apenas);
❏ sem limitação de posição para funcionamento (alta pressão).
Como desvantagens das lâmpadas a vapor de sódio pode-se dizer:
❏ ocorre uma distorção das cores pela emissão monocromática (baixa pressão apenas);
❏ necessidade de aparelhagem auxiliar para a partida e alimentação;
❏ leva de 5 - 8 minutos para atingir 80% do fluxo luminoso máximo;
❏ elevada luminância que elevam os riscos de ofuscamento (alta pressão);
❏ há limitação de posição para funcionamento (baixa pressão);
❏ custo inicial elevado.
5.2.4. Lâmpadas a Vapor Metálico
A lâmpada Multivapores Metálicos pertence à família das lâmpadas de alta intensidade
de descarga, e foi desenvolvida baseada na tecnologia da lâmpada Vapor de Mercúrio, com a
adição de novos elementos químicos a fim de melhorar o espectro do Mercúrio. O resultado foi
uma lâmpada de luz branca, mais eficiente, com melhor índice de reprodução de cores e maior
variedade de tonalidades de cor.
77
Devido à tecnologia da lâmpada Vapor Metálico ser relativamente nova, os fabricantes
de lâmpadas utilizam diferentes tipos de combinações químicas na produção destas lâmpadas.
Basicamente três diferentes tipos de combinações químicas são utilizadas, que são:
❏ Química das três cores;
❏ Química das terras raras;
❏ Química do Sódio Escândio.
Química das três cores
Além da utilização do Mercúrio e Argônio, são adicionados os elementos químicos
índio, sódio e tálio na composição do tubo de arco deste tipo de lâmpada Vapor Metálico. A
radiação de energia destes três elementos químicos são respectivamente o azul, o vermelho e o
verde. O resultado é uma lâmpada que utiliza um reator para lâmpadas Vapor de Mercúrio em
combinação com um ignitor de baixo pulso de tensão (baixo custo), uma vida média com menor
variação (vida mais previsível), ótima manutenção do fluxo luminoso ao longo da vida. Por outro
lado as características de cor estão sob menor controle do que em outros tipos de química, existe
a possibilidade de perda de uma das 3 cores no final de vida, o que torna esta diferença muito
aparente. Além disso, é muito difícil desenvolver uma lâmpada com uma tonalidade de cor
diferente de 4.000 K.
Química das terras raras
Neste tipo de química, também se tem a adição de três novos elementos químicos ao
argônio e ao mercúrio, que são: disprósio, tálio e o hólmio, proporcionando à lâmpada um
espectro mais uniforme e contínuo. O resultado é um melhor índice de reprodução de cores,
eficiência luminosa média melhor, e melhor estabilidade das cores. Esta química também
proporciona maior liberdade no desenvolvimento de novas tonalidades de cor (entre 3.800 e
5.600 K). Porém, picos de alta tensão são necessários para acender a lâmpada requerendo
também de um reator de maior isolação elétrica (maior custo). Além disso, a manutenção do
fluxo luminoso não é tão boa e existe uma maior variação na vida das lâmpadas.
Química do Sódio e Escândio
Apesar de o sódio e o escândio serem as principais adições químicas nesta versão, o lítio
e o tálio também podem ser adicionados para melhorar ainda mais o rendimento de cores. As
vantagens principais desta química são o alto rendimento de cores, alta eficiência luminosa, boa
estabilidade de cores, longa vida média e a possibilidade de desenvolver diversas tonalidades de
cor (diferentes temperaturas de cor). As desvantagens são as mesmas da química das terras raras,
necessidade de picos de alta tensão para acender a lâmpada, reator de maior isolação elétrica
(maior custo) e baixa manutenção do fluxo luminoso durante a vida.
Vantagens e desvantagens
Como vantagens das lâmpadas a vapores metálicos cita-se:
78
❏
❏
❏
❏
Disponíveis numa grande gama de potências (250 a 2000W);
Elevada eficiência luminosa (aproximadamente 95 lm/W);
Boa reprodução de cores (IRC > 70);
Vida útil elevada (6000 a 20000 h).
Como desvantagens:
❏ Necessitam de equipamentos auxiliares;
❏ Redução do fluxo luminoso durante a vida útil (de 30 a 50%);
❏ Variações na temperatura da cor correlata durante a sua vida (de 300 a 600 K);
❏ Sensíveis a variações de tensão maior que 5%.
5.3. LÂMPADAS DE MICROONDAS
HISTÓRICO
A lâmpada elétrica incandescente foi inventada em 1879, dando início a
iluminação elétrica. Na década de 1930 surgem então a família das
lâmpadas à descarga gasosa, proporcionando uma melhor eficiência dos
sistemas de iluminação. Em 1990 a lâmpada de enxofre (sulfur lamp), que
tem sua primeira apresentação em 1994. Muitos consideram que esta nova
tecnologia irá revolucionar os sistemas de iluminação no século XXI. Hoje
este novo sistema é utilizado em muitas aplicações práticas, e futuramente
esta nova lâmpada será popular, tornando-se mais uma opção na solução de
projetos de iluminação.
A lâmpada de microondas (sulfur microwave lamp) representa um grande avanço na
fabricação de fontes de luz artificial. O princípio de funcionamento de forma bem simplificada é
o seguinte: um bulbo de vidro rotativo contendo enxofre e argônio é bombardeado com
microondas a uma freqüência de 2,45 GHz, transformando-se em um plasma que emite radiação
visível. O bulbo é rotativo para que possa ser resfriado e ao mesmo tempo misture o plasma que é
criado. As propriedades físicas dos átomos de enxofre excitados asseguram que a maioria da
energia de microondas será convertida em luz, emitindo pouquíssima energia como radiação
ultravioleta (0,14%) e infravermelho (8%) gerando menos calor. Os primeiros protótipos tinham
uma potência de saída de 5900 W, sendo que atualmente já se têm disponíveis lâmpadas de
menor potência para utilização comercial.
Enxofre
Microondas
Bulbo
de vidro
FIGURA 5.18 – Lâmpada de microondas.
79
Um bulbo com um tamanho aproximado de uma bola de golfe, com uma potência de
1425 W pode produzir 135.000 lumens de luz branca, temperatura de cor de 5700 K e um bom
índice de reprodução de cores (IRC=79). Devido ao alto fluxo luminoso estas lâmpadas
necessitam de refletores especiais que possam projetar a luz em pontos distantes das fontes, tais
como os tubos de luz (light pipe). Estes refletores também são necessários para proteger o
ambiente de possíveis vazamentos de microondas. Estes sistemas são excelentes para a
iluminação de grandes áreas, tais como: armazéns, pavilhões industriais, centros comerciais e
para iluminação de segurança.
FIGURA 5.19 – Lâmpada de microondas com tubo de luz.
Eficácia luminosa das lâmpadas de microondas
Espera-se que esta lâmpada em pouco tempo seja a fonte de luz artificial mais eficiente,
chegando a 110 lm/W, perdendo somente para as lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão,
com a vantagem de emitir uma luz de espectro muito semelhante como o da luz natural.
Vida média
Por não existir nenhum filamento nem componentes metálicos para degradar ou alterar a
composição química do composto dentro do bulbo, esta lâmpada possui vida muito longa
chegando a atingir em torno de 60.000 h, porém o gerador de microondas (magnetron) terá que
ser substituído com aproximadamente 15.000 h. Além de possuir uma vida muito longa, esta
lâmpada mantém praticamente constante a temperatura da cor correlata e o seu índice de
reprodução de cores, mantendo a qualidade do sistema de iluminação durante toda a sua vida.
Vantagens e desvantagens
As lâmpadas a vapor de mercúrio apresentam algumas vantagens na sua utilização:
❏ Alta eficiência luminosa (acima de 110 lm/W);
❏ Vida muito longa (lâmpada 60.000 h e magnetron 15.000 h);
❏ Excelente reprodução de cores;
❏ Baixa emissão de ultravioleta e de infravermelho (menos calor);
❏ Não afeta o meio ambiente;
80
❏
❏
❏
❏
❏
Funciona em qualquer posição;
Fonte puntual com grande fluxo luminoso (135.000 lm);
Temperatura da cor correlata e IRC estáveis ao longo da vida da lâmpada;
Podem ser utilizadas com “dimmers” (redução de até 20% do fluxo máximo);
Manutenção fácil.
As desvantagens das lâmpadas de microondas são:
❏ Custo elevado;
❏ Demora no acendimento (em 20 segundos – 80% do fluxo máximo);
❏ Necessita de refletores especiais.
81
5.4. TEMPERATURA DE COR E TONALIDADE DA LUZ
A importância da cor da luz não deve ser negligenciada, principalmente quando existe a
integração da luz natural com a elétrica. O rendimento cromático e a temperatura de cor correlata
dependem dos pós fluorescentes que revestem o interior dos tubos e bulbos das lâmpadas.
Atualmente, em virtude das pesquisas no campo dos pós fluorescentes, pode-se fabricar lâmpadas
de todos os tipos de temperatura de cor com excelentes índices de reprodução de cores.
5.4.1. Temperatura de cor correlata
As fontes de luz têm cores que variam de aparência entre "quente" e "fria". As cores
"quentes" possuem uma aparência avermelhada ou amarelada e as de cores “frias” aparecerão
azuladas.
Fontes de luz com temperatura de cor correlata até 3.000 K são consideradas como cores
"quentes", com valores acima de 4.000 K, cores “frias”. No intervalo de 3.000 K a 4.000 K, são
consideradas de cores neutras ou moderadas, pois não produzem nenhuma das duas aparências de
cor descritas anteriormente.
Em locais de cor "quente", como por exemplo, as cores amareladas ou avermelhadas,
estas são destacadas e realçadas por lâmpadas de TCC de 3.000 K. Por outro lado, ambientes
onde predominam as cores verdes e azuis, estas serão realçadas com fontes de TCC mais altas,
como por exemplo, as fluorescentes de 5.000 K. Na iluminação de ambientes em que há
equilíbrio entre cores, mas cujo efeito não se quer "quente" ou "frio", as lâmpadas com TCC de
4.000 K tornam-se uma boa opção.
Cabe relembrar a denominação, cor quente e fria (quanto a sua aparência), tem o sentido
inverso da temperatura de cor. Quanto mais alta a temperatura de cor mais fria é a sua aparência e
vice-versa.
Para uma iluminação ser de boa qualidade, a aparência de cor das fontes de luz deverá
estar relacionada com os níveis de iluminamento. Quanto maior for nível de iluminamento, maior
deverá ser a temperatura de cor correlata da fonte de luz (luz mais branca), para se obter uma
aparência de cor agradável. O diagrama de KRUITHOF relaciona a temperatura de cor correlata
com níveis de iluminância. A área limitada pelas duas curvas indica a região na qual, em função
da iluminância de projeto de da temperatura de cor correlata da fonte de luz utilizada, as cores
terão uma aparência mais natural. Se esses limites são ultrapassados, isso resultará em impressões
de cor não naturais e desagradáveis.
A explicação deste fenômeno é também encontrada na natureza: no fim do dia, por
exemplo, a luz natural cria um nível de iluminação relativamente baixo: de 500 a 1.000 lux. A luz
tem então até certo ponto, um tom avermelhado, com uma temperatura de cor na ordem de
2.000 K. Ao meio-dia, entretanto, podem existir níveis de 50.000 a 100.000 lux, com uma
temperatura de cor de 6.000 a 7.000 K ou mais. Portanto, isso está de acordo com a tendência
encontrada no caso da luz artificial.
82
FIGURA 5.20 – Diagrama de KRUITHOF.
Estas observações servem como uma orientação sendo que a escolha definitiva da fonte
de luz depende e deve levar em consideração o índice de reprodução de cor desta.
5.4.2. Índice de reprodução de cor
O segundo fator na escolha das lâmpadas é o índice de reprodução de cor (IRC). O IRC
no sistema internacional de medidas é um número de 0 a 100, que classifica a qualidade relativa
de reprodução de cor de uma fonte padrão de referência da mesma TCC.
O IRC identifica a aparência como as cores de mercadorias, móveis e pessoas serão
percebidas quando iluminadas pela fonte de luz em questão. Quanto maior o IRC, melhor o
equilíbrio entre as cores, sendo este um fator preponderante para comparação de fontes de luz
com a mesma TCC, ou para a escolha de lâmpada, quando a aparência do ambiente é crítica.
Uma considerável quantidade de luz produzida pelas lâmpadas fluorescentes, até pouco
tempo era perdida quando se procurava obter uma boa reprodução de cor. As lâmpadas
fluorescentes convencionais não têm condição de, ao mesmo tempo, produzir um alto fluxo
luminoso e uma boa reprodução de cor. Este foi sempre o desafio enfrentado pelos engenheiros
responsáveis pela pesquisa e desenvolvimento destas lâmpadas: uma lâmpada com ótima
reprodução de cor e alto fluxo luminoso. Porém, este desafio já foi vencido, com uma descoberta
revolucionária na tecnologia dos halofosfatos de revestimentos, com o trifósforo, e no processo
de dupla camada de revestimento. Atualmente, as lâmpadas com dupla camada de revestimento e
83
trifósforo, garantem um alto fluxo luminoso com excelente reprodução de cores para as lâmpadas
fluorescentes, colocando a disposição dos projetistas, uma gama de opções capazes de satisfazer
qualquer exigência de aplicação.
A TABELA 5.8 apresenta a temperatura de cor correlata e o índice de reprodução de cor
para algumas fontes de luz.
TABELA 5.8 – TCC e IRC para várias fontes de luz.
FONTE DE LUZ
TCC [ K ]
IRC
7.500 – 19.000
5.800 – 6.500
6.400 – 6.900
100
100
100
2.850
3.000
97
89
4.350
3.100
6.600
3.230
67
55
75
77
5.900
4.000
22
43
5.200
4.600
55
75
2.250
25
Natural
Céu claro
Céu claro + sol
Céu encoberto
Incandescente
500 W
Halógena
Fluorescente
Branca fria
Branca quente
Luz natural
Branca quente “Deluxe”
Vapor de mercúrio
Clara
Branca “Deluxe” (revestida)
Vapor metálico
Claro
Revestida
Vapor de sódio alta-pressão
A lâmpada de vapor metálico de bulbo claro tem uma temperatura de cor de 5.200 K e
um IRC de 55. A fraca aproximação da luz emitida por esta lâmpada com a luz natural é porque a
temperatura de cor define a cor dominante e não a distribuição espectral da luz. Assim, mesmo
com uma diferença de apenas 12% na temperatura de cor, esta lâmpada não proporciona uma luz
que combine com a luz natural num dia claro + sol.
45
Eficiência Luminosa de Lâmpadas
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
lm/
Incandescente
Incandescente Halógena
Halógina dicróica
Vapor de Mercúrio
Fluorescente compacta (5 – 26W)
Fluorescente compacta (27 –
Fluorescente comum
Vapor
Vapor Metálico
Sódio alta
Sódio baixa
Microondas
0
10
20
30
40
50
60
70
lm
80
90
100
110
46
Orientação para comparação e escolha de Lâmpadas
Lâmpada
Rendimento
cromático
Eficiência
Energia
Vida
Custo
Custo
luminosa
consumida
média
inicial
total
☺
☺
INCANDESCENTE
Halógena
☺
Fluorescente
Vapor de Mercúrio
Luz mista
☺
☺
☺
Símbolo
Rendimento
cromático
Eficiência
luminosoa
Energia
consumida
Vida
média
Custo
inicial
Custo
total
☺
BOM
mais de 80 lm/W
Pouca
mais de 10.000 h
Baixo
Baixo
Regular
50 a 80 lm/W
Regular
2.000 a 10.000 h
Médio
Médio
Ruim
15 a 50 lm/W
Muita
menos de 2.000 h
Alto
Alto
Vapor de Sódio
Microondas
☺
☺
☺
☺
☺
☺
Simbologia
47
6. LUMINÁRIAS
Luminária é toda aquela aparelhagem que serve para modificar (controlar, distribuir e
filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas: desviá-lo para certas direções (defletores) ou
reduzir a quantidade de luz em certas direções para diminuir o ofuscamento (difusores). Além
disso, protegem a lâmpada e todos os equipamentos necessários para a sua fixação e alimentação
contra elementos externos (seja de natureza mecânica ou ambiental) e controlam o acesso direto
às partes sob tensão.
Os requisitos básicos de uma luminária são:
❏ proporcionar suporte e conexão elétrica às lâmpadas;
❏ controlar e distribuir a emissão de luz;
❏ manter a temperatura de operação das lâmpadas nos valores adequados;
❏ facilitar a instalação e manutenção;
❏ ser esteticamente agradável;
❏ ser economicamente viável.
As luminárias podem ser classificadas de acordo com a emissão e distribuição do fluxo
luminoso; pelo tipo de proteção contra contatos diretos ou indiretos; e pelo tipo de proteção
contra a umidade e sujeira (com diferenciações quanto ao uso interno ou externo).
6.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A DISTRIBUIÇÃO DO FLUXO LUMINOSO.
No caso de uma lâmpada contida numa luminária, parte da luz emitida pela lâmpada será
absorvida pela luminária enquanto o restante será emitido ao espaço. A fração de emissão de luz
(ou rendimento), portanto, é uma característica da luminária:
FEL =
Luz emitida pela luminária
[%]
Luz emitida pela lâmpada
Este valor depende dos materiais empregados na construção da luminária, da refletância
das suas superfícies, de sua forma, dos dispositivos usados para proteger as lâmpadas, do seu
estado de conservação (programa de manutenção) e, em alguns casos, até da temperatura
ambiente.
Basicamente, esta fração ainda pode ser dividida numa parcela que vai para cima (para o
hemisfério superior) e noutra que vai para baixo (hemisfério inferior). A TABELA 6.1 apresenta a
classificação proposta pela CIE (Commission Internationale d'Eclairage) para luminárias de
iluminação geral, de acordo com o direcionamento do fluxo luminoso (ver FIGURA 6.1).
48
TABELA 6.1 – Classificação de luminárias de acordo com o fluxo luminoso, segundo a CIE.
Classe de luminária
Fluxo luminoso
em relação a horizontal [%]
Para cima
Notas
Para baixo
Direta
0 - 10
90 - 100
O fluxo luminoso é dirigido para
baixo. Luminárias deste tipo
proporcionam um alto rendimento
Semidireta
10 - 40
60 - 90
O fluxo luminoso é dirigido
principalmente para baixo.
Geral difusa
40 - 60
40 - 60
O fluxo luminoso é dirigido em
partes iguais para cima e para
baixo.
Semi-Indireta
60 - 90
10 - 40
O fluxo luminoso é dirigido
principalmente para cima.
0 - 10
O fluxo luminoso é dirigido para
cima. Luminárias deste tipo
proporcionam
um
baixo
rendimento, com uma visão pouco
clara por falta de sombras.
Indireta
90 - 100
49
0 - 10 %
90 - 100 %
10 - 40 %
60 - 90 %
40 - 60 %
40 - 60 %
60 - 90 %
10 - 40 %
90 - 100 %
0 - 10 %
FIGURA 6.1 – Classificação das luminárias conforme CIE.
Além disso, as luminárias podem ser também classificadas segundo a concentração do
facho de luz: muito aberto, aberto, difuso, médio, concentrado ou assimétrico.
50
6.2. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A PROTEÇÃO CONTRA CONTATOS DIRETOS
OU INDIRETOS
A classificação das luminárias quanto a proteção contra contatos diretos ou indiretos
elaborada pelo IEC (International Electrotechncial Commission) abrange quatro classes (Classe
0, I, II e III). A TABELA 6.2 sintetiza esta classificação:
TABELA 6.2 – Classificação das luminárias quanto a proteção contra contatos diretos ou
indiretos.
Classe
Tipo de Proteção
Símbolo*
0
São luminárias isoladas eletricamente. Não existe nenhum
condutor para aterramento. O alojamento poderá ser de um
material isolante, que total ou parcialmente cumprirá a função de
isolamento, ou poderá ser de um metal isolado das partes
condutoras. Podem incluir partes com isolamento reforçado ou
duplamente isolado.
Ausente
I
São luminárias nas quais a proteção contra choque elétrico não
fica confiada somente a isolação básica, mas que inclui uma
precaução adicional de segurança (aterramento). O condutor de
aterramento é conectado a todas as partes de metais expostas que
podem se tornar condutoras na presença de uma condição de
defeito.
Ausente
II
São luminárias nas quais a proteção contra choque elétrico não
fica confiada somente a isolação básica, mas na qual são
fornecidas precauções adicionais de segurança como isolamento
reforçado ou duplo isolamento. Não existe nenhum condutor de
aterramento neste tipo de luminária.
III
São luminárias nas quais a proteção contra choque elétrico
depende do suprimento de Segurança de Extra Baixa Voltagem
(SELV), e na qual voltagens mais elevadas do que aquelas da
SELV não são geradas. O SELV é definido como uma voltagem
que não excede 50 V (AC, rms) entre condutores ou entre
qualquer condutor e a terra. O mais comum é uma voltagem
máxima de operação de 42 V (CA).
* Símbolo utilizado pelos fabricantes de luminárias.
III
51
6.3. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A PROTEÇÃO CONTRA POEIRA E UMIDADE
O IEC (International Electrotechncial Commission) também elaborou um sistema de
classificação das luminárias quanto ao grau de proteção proporcionado pelo equipamento contra
o ingresso de corpos estranhos, poeira e umidade. Este sistema é chamado de IP (Ingress
Protection). O termo corpo estranho inclui certos itens como ferramentas e dedos colocados em
contato com as partes condutoras.
O grau de proteção deste sistema é identificado pelas letras IP seguidos de dois
algarismos. O primeiro algarismo indica a proteção contra o ingresso de corpos estranhos e
poeira, sendo que o segundo algarismo indica o grau de vedação contra a penetração de água. As
TABELAS 6.3 e 6.4 mostram o que significa cada um destes algarismos.
TABELA 6.3 – Classificação das luminárias quanto a proteção contra poeira.
Algarismo
Grau de Proteção
Símbolo*
0
Não protegido.
Ausente
1
Protegido contra objetos sólidos maiores que 50 mm.
Ausente
2
Protegido contra objetos sólidos maiores que 12 mm.
Ausente
3
Protegido contra objetos sólidos maiores que 2,5 mm.
Ausente
4
Protegido contra objetos sólidos maiores que 1 mm.
Ausente
5
Protegido contra poeira.
6
Hermético.
* Símbolo utilizado pelos fabricantes de luminárias.
52
TABELA 6.4 – Classificação das luminárias quanto a proteção contra umidade.
Algarismo
Grau de Proteção
Símbolo*
0
Não protegido.
Ausente
1
Protegido contra gotejamento de água.
2
Protegido contra gotejamento de água quando inclinada acima de
15o.
3
Protegido contra água pulverizada.
❛
4
Protegido contra água borrifada.
❛
5
Protegido contra jatos de água.
❛ ❛
6
Protegido contra jatos de água em alta pressão.
Ausente
7
Protegido contra efeitos de imersão.
❛❛
8
Protegido contra submersão.
❛❛
❛
Ausente
..m
* Símbolo utilizado pelos fabricantes de luminárias.
6.4. CURVA FOTOMÉTRICA
As luminárias servem para controlar, conforme a necessidade, a distribuição de luz das
lâmpadas. O controle da fonte de luz proporcionado pela luminária é representado em forma de
diagramas, mostrando a intensidade luminosa em todas as direções através de medições em
laboratório.
Estes diagramas são obtidos traçando-se retas radiais, a partir de uma fonte luminosa,
com a mesma distância angular entre elas. Utiliza-se de vetores para representar a intensidade
luminosa em cada uma das direções traçadas. Através da união da extremidade de cada vetor, é
construída a curva de distribuição de intensidade luminosa da luminária, também conhecida como
curva fotométrica (ou polar).
A curva fotométrica de uma luminária puntual será um círculo, pois ela emitirá um fluxo
luminoso com igual intensidade em todas as direções do ambiente, conforme pode ser visto na
FIGURA 6.2.
53
0o
30o
330o
60o
300o
270o
90o
240o
120o
210o
180
o
150o
FIGURA 6.2 – Curva fotométrica para uma fonte puntual.
Porém, como as fontes de luz não são puntuais, as curvas fotométricas não serão
circulares, pois elas emitem diferentes intensidades luminosas conforme a direção considerada. A
FIGURA 6.3 mostra um exemplo de curva fotométrica de uma fonte real de iluminação.
0o
30o
330o
60o
300o
270o
90o
240o
120o
210o
180
o
150o
FIGURA 6.3 – Curva fotométrica para uma fonte real.
Geralmente estas curvas são construídas para dois planos: um plano vertical através do
eixo longitudinal da luminária (90o – 270o) e um outro perpendicular ao eixo longitudinal (0o –
180o). Estes planos são representados nas FIGURAS 6.4(a) e 6.4(b) respectivamente.
FIGURA 6.4 – Planos utilizados para construção de curvas fotométricas.
54
Por convenção, as curvas fotométricas são traçadas para fluxos luminosos de 1000 lm
com a finalidade de permitir comparações entre diferentes luminárias. Então, a leitura da
intensidade luminosa deve ser ajustada para o fluxo luminoso real da lâmpada utilizada. Por
exemplo, a leitura da curva numa dada direção é: I = 200 cd para 1.000 lm. Caso a lâmpada
forneça 3.000 lm, o valor lido deve ser multiplicado por 3 (3.000/1.000); assim, a intensidade
luminosa real será: I = 200 x 3 = 600 cd.
Para lâmpadas refletoras o diagrama de intensidade luminosa é dado em valores
absolutos de candela, ao invés de candelas por 1000 lúmens.
55
7. PROJETO LUMINOTÉCNICO
Para que se obtenha uma iluminação de qualidade, esta deve ser planejada obedecendo
critérios técnicos. Sabendo-se que a concepção do ambiente é um dado fundamental para a
qualidade da iluminação, o arquiteto e o luminotécnico devem trabalhar em conjunto desde as
fases iniciais do projeto arquitetônico. Um projeto de iluminação de qualidade pode ser
caracterizado pelos seguintes aspectos:
❏
❏
❏
❏
❏
❏
❏
Nível de iluminamento adequado ao tipo de atividade;
Redução ou total eliminação de ofuscamentos;
Distribuição harmoniosa das iluminâncias no ambiente;
Jogo equilibrado de sombras;
Cor do ambiente e das fontes de luz adequadas;
Não geração de cargas térmicas indesejáveis;
Proporcionar aos usuários do ambiente impressão de bem-estar e conforto.
A quantidade e qualidade da iluminação de uma área de trabalho interna deverão ser
baseadas no desempenho visual, no conforto e em critérios de economia de energia. Uma análise
do ambiente a ser iluminado e a tarefa visual a ser executa, determinam a escolha do sistema de
iluminação a ser usado e a posição e distribuição das luminárias. Existem quatro formas de se
iluminar artificialmente um ambiente:
❏
❏
❏
❏
Iluminação geral;
Iluminação geral localizada;
Iluminação local;
Iluminação da tarefa/ambiente.
Iluminação geral
Sistemas de iluminação geral
proporcionam uma iluminação uniforme
sobre toda a área do plano de trabalho de
um ambiente. São sistemas nos quais a
iluminação parte de luminárias fixadas
regularmente no teto. Neste tipo de sistema
toda a área de trabalho apresenta a
iluminância de projeto.
FIGURA 7.1 – Iluminação geral.
Iluminação geral localizada
Nos sistemas de iluminação geral
localizada, as luminárias são colocadas para
iluminar as regiões onde são realizadas as
tarefas
visuais
e
proporcionam
uma
FIGURA 7.2 – Iluminação geral localizada.
56
iluminação de fundo para o resto do ambiente. Num sistema de iluminação geral localizada
somente as áreas de tarefas apresentam o nível de iluminação de projeto.
Iluminação local
Sistemas de iluminação local
proporcionam iluminação sobre áreas
relativamente pequenas e imediações
(p.ex., uma lâmpada de escrivaninha).
Para evitar problemas de ofuscamento e
adaptação, este sistema é geralmente
empregado em conjunto com um
sistema de iluminação geral que fornece
iluminação de fundo; no caso desta
combinação, o sistema geral é chamado
de
sistema
de
iluminação
de
tarefa/fundo e o sistema local é
chamado de sistema de iluminação
suplementar.
FIGURA 7.3 – Iluminação local + tarefa/fundo.
Iluminação tarefa/ambiente
Sistemas de iluminação da
tarefa/ambiente usam iluminação bem
dirigida à tarefa visual, suplementada
por uma iluminação indireta para
produzir a iluminação de ambiente. Este
sistema de iluminação é geralmente
fixado diretamente na mobília ou
partições
internas
e
dispensam
iluminação artificial no teto.
FIGURA 7.4 – Iluminação tarefa/ambiente.
7.1. VARIÁVEIS LUMINOTÉCNICAS
A seguir são descritas as principais variáveis luminotécnicas a serem consideradas para a
obtenção de uma iluminação adequada.
7.1.1. Nível de iluminação médio da tarefa
Uma das primeiras etapas do projeto luminotécnico é a definição dos níveis de
iluminação a serem obtidos nos ambientes em função das diferentes tarefas visuais. Durante
muito tempo os sistemas de iluminação foram projetados de modo a economizar ao máximo a
energia necessária para o seu funcionamento. No início do século XX os valores de iluminância
recomendados oscilavam em torno de 2,5 a 35 lux, valores muito inferiores aos atualmente
utilizados. Com o desenvolvimento de fontes de luz de alta eficiência, os valores recomendados
no momento chegam a ser de até 30 vezes ou mais os valores iniciais.
57
O rendimento visual tende a crescer, a partir de 10 lux, com o logaritmo do nível de
iluminamento até aproximadamente 1000 lux, ao mesmo tempo em que fadiga visual diminui
sensivelmente, conforme pode ser visto na FIGURA 7.5. A partir deste ponto os aumentos de
iluminância não acarretam em melhoras sensíveis no rendimento visual, começando a ocorrer um
aumento na fadiga visual, logo, recomenda-se que os níveis de iluminamento para o
desenvolvimento de tarefas visuais nunca ultrapassem a 2000 lux, exceto situações especiais tais
como cirurgia e montagens na área de micro-eletrônica, onde os níveis recomendados chegam a
20.000 lux.
FIGURA 7.5 – Variações no rendimento e na fadiga visual com variações na iluminância
(Fonte: IIDA [1997]).
Se antigamente a principal preocupação dos projetistas de iluminação era somente
quantitativa, ou seja, sistemas de iluminação que fossem econômicos, hoje em dia esta tendência
não se confirma. Cada vez mais os luminotécnicos procuram soluções que sejam energeticamente
eficiente, mas que, principalmente, proporcione uma iluminação de qualidade, criando ambientes
confortáveis, o que acarretará numa maior produtividade dos seus usuários.
A iluminância média da tarefa é resultante da combinação de quatro elementos que
determinam a quantidade de luz necessária para o desempenho de uma determinada tarefa visual:
❏
❏
❏
❏
a cena visual (tarefa visual propriamente dita);
a idade dos observadores;
importância da velocidade e acuidade visual no desempenho visual;
refletância da tarefa (do fundo no qual os detalhes são vistos).
A idade dos usuários de um sistema de iluminação afeta a fadiga visual. A medida que
se envelhece, o poder de acomodação, para focalizar objetos próximos diminui devido ao
endurecimento do cristalino. Quando jovem uma pessoa é capaz de focalizar um objeto a 10 cm
de distância, sendo que esta distância é aumenta podendo chegar a 100 cm quando se atinge os
60 anos de idade. Além do endurecimento do cristalino, ocorre também como envelhecimento
uma redução no diâmetro da pupila, diminuindo assim a quantidade de luz que penetra nos olhos.
Para um mesmo nível de iluminamento, a quantidade de luz que penetra nos olhos de uma pessoa
de 60 anos de idade é um terço da quantidade de luz que penetrará nos olhos de uma de 20 anos.
58
Isto significa dizer que pessoas idosas necessitarão de quantidades de luz maior, a fim de evitar a
fadiga visual.
Outro problema acarretado pelo envelhecimento e a velocidade e a precisão na
discriminação de pequenos detalhes no campo visual, que começa a ser notada a partir dos 30
anos. Para solucionar estes problemas são recomendados níveis de iluminação mais elevados.
Na escolha do nível de iluminamento devem ser levados em consideração também os
aspectos relativos aos contrastes no ambiente. Quando não existe um contraste adequado entre o
objeto observado e o fundo, este ficará camuflado, e não será perfeitamente visível.
De um modo geral, quanto maior for a iluminância mais fechada a pupila ficará, o que
melhora a acuidade visual. Como visto anteriormente, a partir de um certo nível de iluminação, o
ganho em termos de desempenho visual não compensa o custo efetuado para obtê-lo.
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), através da norma NB57 (NBR 5413), indica a iluminância a ser obtida para cada tipo de tarefa, em função da faixa
etária do observador, da precisão requerida pela tarefa e da refletância de fundo. Como o número
de tarefas visuais são ilimitadas, as atividades que não constam nesta norma poderão ter seu nível
de iluminamento determinado através de outras que apresentem características semelhantes.
7.1.2. Distribuição espacial da luz (uniformidade)
A aparência de um ambiente é valorizada quando suas características estruturais, os
objetos e as pessoas são iluminados de maneira que as formas e as texturas fiquem claramente
reveladas. A iluminação não deverá ser por demais direcional, o que provocaria sombras muito
acentuadas, não devendo também ser muito difusa, para evitar a eliminação do efeito modelador
do ambiente que é proporcionado pela luz. Os dois extremos de iluminação deverão ser evitados
em locais de trabalho.
A escolha e o posicionamento correto das luminárias têm uma importância determinante
para a obtenção de uma iluminação que proporcione uma visão boa e agradável. Como regra
geral, um ambiente de trabalho não deve apresentar zonas com diferenças muito acentuadas de
nível de iluminação FIGURA 7.6; num local com distribuição das áreas de trabalho uniforme, a
relação entre as iluminâncias não deve ser superior a 3:1.
500 lux
100 lux
Errado
500 lux
500 lux
500 lux
500 lux
Correto
FIGURA 7.6 – Recomendações quanto a uniformidade das iluminâncias.
59
Tanto a ausência de sombras, que dificulta percepção espacial e o reconhecimento de
detalhes, como contrastes de sombra marcantes são desaconselhados e devem ser corrigidos pela
adequada implementação dos sistemas de iluminação descritos anteriormente (ver FIGURA 7.7).
Errado
Correto
FIGURA 7.7 – Posicionamento das fontes de luz.
7.1.3. Controle do ofuscamento
Em virtude da aplicação de elevadas luminâncias, atualmente, existe a possibilidade da
luminosidade da luminária se tornar excessiva, causando ofuscamento, trazendo problemas de
desconforto e fadiga visual. Um controle neste sentido é relativamente fácil e muitas vezes
indispensável. Este ofuscamento poderá ser direto ou refletido.
Ofuscamento direto:
O ofuscamento direto poderá ser causado por uma luminária de grande intensidade
luminosa no campo visual do observador. Este ofuscamento poderá se apresentar de duas
maneiras, um inabilitador e outro desconfortável ou perturbador. Um ofuscamento é dito
inabilitador quando uma fonte luminosa muito intensa está dentro do campo visual podendo
causar até cegueira no observador (FIGURA 7.8). Já o ofuscamento perturbador é aquele que a
fonte luminosa que se encontra dentro do campo visual causa desconforto, irritação e distração
visual (FIGURA 7.9).
FIGURA 7.8 – Exemplo de ofuscamento inabilitador.
FIGURA 7.9 – Exemplo de ofuscamento
desconfortável ou
perturbador
(Fonte: LAMBERTS [1997]).
Na iluminação de interiores o ofuscamento desconfortável é um problema maior do que
o ofuscamento inabilitador e geralmente as medidas adotadas para controlá-lo conseguem
simultaneamente resolver também os problemas do ofuscamento inabilitador. Embora o
60
ofuscamento perturbador não produza a incapacidade visual ele as vezes leva a uma grande
fadiga visual. O grau de ofuscamento perturbador depende, primeiramente: da luminância das
fontes de luz quando comparadas com a luminância geral do ambiente; do número e tamanho
aparente das fontes de luz; e da posição das fontes no campo de visão.
Existem vários sistemas de avaliação de ofuscamento, adotados por diversos países,
podendo-se citar os seguintes:
Sistemas de classificação do conforto visual (método Americano)
Para avaliação dos problemas de ofuscamento os Estados Unidos da América e o Canadá
utilizam um sistema de classificação do conforto visual para um dado sistema de iluminação
interno. Este sistema baseia-se na porcentagem das pessoas que consideram visualmente
confortável uma dada instalação quando vista do fundo da sala. Uma instalação é considerada
sem ofuscamento se a probabilidade de conforto visual (PCV) for de, pelo menos, 70 %.
Sistema de índices de ofuscamento (método Britânico)
Na Grã-Bretanha, Países Escandinavos e África do Sul, o sistema de índices de
ofuscamento IES, descrito no "British IES Tecnical Report l0", é usado para especificar e avaliar
o grau de desconforto para a maior parte das áreas interiores de trabalho, para uma série de
luminárias com distribuição de luz padronizada.
Sistema de limitação de luminâncias (método Australiano)
O "Australian Standard Code", para a iluminação artificial de edifícios, estabelece
limites para a luminância média de uma luminária (ou lâmpada nua), dependendo das dimensões
da sala e da altura de montagem acima do nível do olho. Esta é complementada por um número
de ângulos empíricos de limitação de luz para luminárias de distribuição limitada.
Sistema de curvas de luminância
O sistema de curvas de luminância foi adotado pela CIE e é utilizado na Áustria, França,
Alemanha, Itália e Holanda, e é considerado o mais simples e prático dos métodos, sendo
também o mais comumente utilizado no Brasil. Por ser o mais utilizado no Brasil, ele será
descrito a seguir.
Este sistema é utilizado para verificar possíveis ofuscamentos causados por luminárias
uniformemente distribuídas em um plano superior ao observador, como pode ser visto na FIGURA
7.10. Este sistema mostra os limites de luminâncias para luminárias em diferentes classes de
qualidade, numa faixa de ângulos críticos de 45o a 85o a partir da vertical.
hS
tan λ =
a
hS
λ
45o
a
Observador
1,20 m
FIGURA 7.10 – Verificação do ângulo de ofuscamento.
61
A faixa de ângulos críticos é entre 45o e o ângulo λ para um observador situado no limite
do ambiente. O ângulo λ é o ângulo entre a vertical e alinha do olho do observador até a fonte de
luz mais distante. O máximo valor do ângulo λ é de 85o.
A limitação do ofuscamento direto é suficiente quando a luminância média de uma dada
luminária na faixa de ângulos críticos não excede os valores especificados pelas curvas de
limitação de um dos dois gráficos da FIGURA 7.11.
TABELA 7.1 – Curva de luminância em função da iluminância e da classe da luminária.
Classe da luminária
Iluminância de serviço [lux]
2.000 1.000
A
500
2.000 1.000
B
≤ 300
500
2.000 1.000
C
≤ 300
500
2.000 1.000
D
≤ 300
500
2.000 1.000
E
Curva de luminância
a
b
c
d
e
f
≤ 300
500
≤ 300
g
h
Diagrama 1: Válido para
Luminárias sem lados luminosos
Luminárias alongadas vistas na direção
longitudinal
Diagrama 2: Válido para:
Luminárias não alongadas com lados
luminosos
Luminárias alongadas com lados
luminosos vistas na direção transversal
FIGURA 7.11 – Curvas de limitação de luminâncias.
62
Uma luminária é considerada como tendo lados luminosos quando tiver um lado
luminoso com uma altura maior do que 30 mm e é alongada quando a razão do comprimento
contra a largura da sua superfície luminosa for maior que 2:1.
As curvas cobrem uma escala graduada de valores de ofuscamento, representando
classes de qualidade de A até E para diversos valores de iluminâncias práticas. As classes de
qualidade das luminárias são definidas em função das diferentes necessidades de controle de
ofuscamento para cada atividade e ambiente, tendo a seguinte definição:
Classe A: Qualidade muito elevada;
Classe B: Qualidade elevada;
Classe C: Qualidade média;
Classe D: Qualidade baixa;
Classe E: Qualidade muito baixa.
Recomenda-se a utilização das classes de luminárias A e B para escolas, escritórios e
hospitais. No caso de lojas, áreas de exposição, cinemas, teatros, igrejas, residências, hotéis as
classes de luminárias B ou C são bem aceitas.
Para se utilizar as curvas de limitação de luminâncias no controle de ofuscamento, devese considerar a distribuição de luminâncias da luminária nas direções longitudinal (90o – 270o) e
transversal (0o – 90o) como pode ser visto na FIGURA 7.4.
Este sistema é válido somente para ambientes cujas refletâncias sejam de no mínimo:
50% para o teto e 25% para as paredes, não ocorrendo ofuscamento quando as luminâncias da
luminária estiverem (em todos os ângulos) à esquerda da curva limitante selecionada.
Ofuscamento indireto:
É provocado pela visão do reflexo da fonte de luz no plano da tarefa visual; pode
inabilitar a visão principalmente por diminuição de contraste (ex., reflexo em telas de vídeo) e
causar desconforto visual (reflexo em superfícies de trabalho polidas). Como medidas corretivas,
além de se evitar acabamentos polidos e brilhantes nos ambientes de trabalho, recomenda-se
verificar o posicionamento das luminárias com relação aos usuários e, em especial, a análise do
diagrama fotométrico das luminárias para se proceder um controle da emissão de luz em
determinados ângulos:
❏
❏
superfícies horizontais - 0° a 30°;
superfícies verticais - > 50°.
7.1.4. Distribuição das luminâncias
Para um observador, localizado num ambiente, a luz torna-se significativa ao atingir
objetos e superfícies; a luz refletida por estes na direção do olho do observador é que os tornam
visíveis. Assim, a primeira causa de percepção visual é a luminância dos objetos e superfícies
63
contidos no campo visual. Iluminância é a etapa anterior do processo de propagação da luz e
serve para determinar as luminâncias.
A distribuição harmônica de luminâncias, que contribui para um efeito agradável da
iluminação, é conseguida com paredes (ρ > 50%) e teto (ρ > 70%) suficientemente claros. O piso
não deverá ser muito escuro (ρ > 20%) para evitar contrastes exagerados de luminâncias.
O reconhecimento espacial de obstáculos, bem como o seu aspecto superficial, é
ressaltado por um jogo adequado de sombras. A iluminação não deve, portanto, ser
demasiadamente pobre em sombras. A profundidade das sombras (sombreamento) deve, no
entanto, ser limitada. Os limites das sombras devem ser suaves. Sombras perturbadoras no objeto
principal a ser visto, devem ser totalmente evitadas. Sombras com profundidade limitada são
obtidas através de uma disposição regular dos pontos de luz com área suficientemente grande,
como é o caso das luminárias de lâmpadas fluorescentes.
A iluminação totalmente difusa (iluminação indireta), somente é recomendável em casos
especiais, devido ao reduzido efeito de sombras. Nos planos de trabalho, a direção principal de
incidência da luz deve vir de cima e da esquerda do plano.
A cor da luz artificial e a reprodução de cores, resultante de seu conteúdo espectral em
conjunto com a pintura do recinto determinarão o “clima de cores” e o aspecto cromático dos
objetos existentes no recinto. As cores de luz branco-neutras (TCC de 3.000 K a 4.000 K),
resultarão num clima de cor neutro, não causando mistura desagradável da luz artificial com a luz
natural. São, portanto, preferidas em ambientes de trabalho.
As cores de luz branca luz do dia (TCC maiores que 5.000 K), resultaram num efeito de
cores semelhantes à luz solar, desde que o nível de iluminamento atinja 1000 lux. As cores de luz
branco-mornas (TCC menores que 3.000 K), causam um realce de tons alaranjados e vermelhos.
São recomendadas para recintos de descanso, de preferência com níveis de iluminamento baixos.
64
8. CÁLCULO DA ILUMINAÇÃO INTERNA
São três os métodos gerais mais usados para o cálculo da quantidade de luz num
ambiente devido a fontes de luz artificiais e definição do número e distribuição das luminárias:
❏
❏
❏
método ponto a ponto;
método da iluminância média (ou lumen ou fluxo total);
método do fluxo transferido (ou radiosidade diferenças finitas).
A escolha sobre qual dos três métodos deve ser utilizado deve ser baseada na
complexidade das exigências de iluminação (distribuição das tarefas visuais e geometria do
ambiente) e do tipo de sistema de iluminação escolhido.
Os métodos ponto a ponto e da iluminância média oferecem técnicas da análise
simplificadas que podem ser fácil e rapidamente empregadas, mas que envolvem uma certa perda
na precisão final. Caso o objetivo seja garantir uma iluminação de projeto sobre toda a área do
plano de trabalho, a iluminância média fornece uma avaliação razoável da situação em cada local.
Em situações em que são utilizados sistemas de iluminação localizada para tarefas visuais
específicas, o método ponto a ponto deve ser o empregado, que também é o adequado para a
maioria das situações de iluminação externa.
O método do fluxo transferido pode parecer demasiadamente complexo para situações
simples, mas, sem dúvida, é o único método capaz de produzir resultados confiáveis no projeto
de sistemas de iluminação complexos. Este método necessita do uso de computador para resolver
as equações envolvidas. Atualmente no mercado internacional existem muitos programas de
computador baseados neste método.
8.1. MÉTODO PONTO A PONTO
É empregado principalmente na análise de fontes em ambientes de iluminação localizada
e não uniforme (várias fontes irregularmente espaçadas contribuindo para iluminar uma
determinada área). Leva em consideração apenas a componente direta da emissão de luz, a
parcela refletida é desconsiderada.
O nível de iluminamento em um determinado ponto poderá ser calculado pela EQUAÇÃO
1.7 quando o tamanho da fonte for muito pequeno quando comparado com a distância entre a
fonte e o ponto considerado. Em situações em que isto não ocorre, outros procedimentos de
cálculo deverão ser utilizados. Pode-se, então, considerar três tipos básicos de fonte: fontes
puntiformes, fontes lineares e fontes superficiais.
8.1.1. Fontes puntiformes
Uma fonte de luz (lâmpada ou luminária mais lâmpada) será considerada puntiforme se
sua maior dimensão for menor que um quinto da distância entre a fonte e o ponto a ser iluminado.
65
Para fontes puntiformes os níveis de iluminamento poderão ser determinados pela EQUAÇÃO 1.7,
que poderá ser adaptada através de relações trigonométricas para situações práticas mais
freqüentes:
Iluminância (Eβ) em um plano cuja normal forma um ângulo “β” com a linha que une o
ponto a fonte (EQUAÇÃO 5.1)
θ
d
H
β
90o
FIGURA 8.1 – Iluminância de uma fonte puntiforme em um plano qualquer
Eβ =
I (θ )
H
2
⋅ (cos 2θ ⋅ cos β )
(8.1)
Iluminância horizontal (Eh) causada por uma fonte puntiforme (EQUAÇÃO 8.2)
θ
H
θ=β
d
β
FIGURA 8.2 – Iluminância de uma fonte puntiforme no plano horizontal
Eh =
I (θ )
H
2
⋅ cos 3θ
(8.2)
66
Iluminância vertical (EV) causada por uma fonte puntiforme (EQUAÇÃO 8.3)
θ
β = 900 - θ
d
H
β
FIGURA 8.3 – Iluminância de uma fonte puntiforme no plano vertical
EV =
I (θ )
H2
⋅ cos 2θ ⋅ sen θ
(8.3)
Nas EQUAÇÕES 8.1, 8.2 E 8.3, “I(θ)” é a intensidade luminosa na direção que faz um
ângulo “θ” com a vertical que passa pela fonte luminosa puntual.
8.1.2. Fonte luminosa linear
Uma fonte de luz só pode ser chamada de fonte puntual em relação a um determinado
ponto conforme for a distância entre os dois. Assim, uma lâmpada fluorescente de 2,4 m de
comprimento (ex: H.O. de 110W) só poderá ser tratada como fonte puntual para pontos distantes
a mais de 12 m (5 vezes o seu comprimento), distância na qual os erros causados pela EQUAÇÃO
8.2 são toleráveis. Para distâncias menores que 12 m este tipo de fonte deve ser tratado como uma
fonte luminosa linear.
Uma fonte luminosa será considerada linear quando o seu comprimento for maior do que
cinco vezes a distância entre o centro da fonte e o ponto considerado, e sua largura for menor que
um quinto desta distância.
CFONTE
LFONTE
FONTE LINEAR:
dFONTE-PONTO
CFONTE > 5.dFONTE-PONTO
Plano de Trabalho
LFONTE < dFONTE-PONTO /5
FIGURA 8.4 – Iluminância de uma fonte linear.
67
Na maioria das situações, as luminárias para lâmpadas fluorescentes enquadram-se na
categoria de fontes lineares. Para determinar a iluminância produzida por fontes lineares é
necessário integrar o efeito de cada pequeno elemento da fonte.
8.1.3. Fonte luminosa superficial
Quando o comprimento e a largura de uma fonte são maiores que um quinto da distância
entre o seu centro e o ponto considerado ela deve ser considerada como uma fonte superficial.
CFONTE
FONTE SUPERFICIAL:
LFONTE
dFONTE-PONTO
CFONTE > 5.dFONTE-PONTO
Plano de Trabalho
LFONTE > 5.dFONTE-PONTO
FIGURA 8.5 – Iluminância de uma fonte superficial.
O cálculo dos níveis de iluminamento gerados por fontes superficiais são sem dúvida
nenhuma muito mais complicados do que para fontes puntuais e lineares, por isso raramente são
utilizados. É considerado aqui então apenas um caso simples de uma fonte superficial uniforme.
A EQUAÇÃO 8.4 serve apenas para uma fonte superficial uniforme e fornece a
iluminância diretamente em um ponto em baixo de um canto da luminária. Os dados geométricos
utilizados na EQUAÇÃO 8.4 são representados na FIGURA 8.6.
L
C
FONTE SUPERFICIAL:
H
A1 = tan-1(W/H)
B2
A2
B1
A1
A2 = tan-1[W.(L2+H2)1/2]
Plano de Trabalho
B1 = tan-1(L/H)
B2 = tan-1[L.(W2+H2)1/2]
FIGURA 8.6 – Iluminância de uma fonte superficial em baixo de um canto da luminária.
E=
IP
⋅ [A 2 ⋅ sen (B1 ) + B2 ⋅ sen ( A1 )]
2
(8.4)
68
Na EQUAÇÃO 8.4, “IP” é a intensidade luminosa máxima da fonte.
Para se obter a iluminância em um ponto que não esteja diretamente abaixo de um dos
cantos da luminária, torna-se necessário somar ou subtrair a contribuição de quatro fontes
imaginárias, cada uma com um canto em cima do ponto considerado.
8.2. MÉTODO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA (MÉTODO DOS LUMENS)
O método da iluminância média, também chamado método dos lumens ou do fluxo total,
é uma das ferramentas mais simples na elaboração de projetos luminotécnicos e tornou-se a mais
conhecida entre os profissionais da área. Este método assume que a luz emitida por uma
luminária é uniformemente distribuída sobre o plano horizontal de trabalho (Pht). Embora uma só
luminária não garanta uma iluminação uniforme, várias luminárias iguais, espaçadas
regularmente, produzem uma iluminação próxima da uniforme em todas as partes de um
ambiente. Portanto, a iluminância média num determinado ponto no plano horizontal de trabalho
é função do fluxo luminoso da luminária e da área iluminada.
A EQUAÇÃO 8.5 expressa a iluminância média no plano de trabalho (EPht) em função do
fluxo luminoso de cada luminária (φL), do número de luminárias (N), do coeficiente de utilização
da luminária (CU), do fator de depreciação (FD) e da área total do plano de trabalho (APht).
E Pht =
N ⋅ φ L ⋅ CU ⋅ FD
APht
[lux]
(8.5)
Caso a iluminância desejada no plano de trabalho EPht já esteja definida, o número de
luminárias N necessário para garantir esta iluminância é obtido pela EQUAÇÃO 8.6:
N=
E Pht ⋅ APht
φ L ⋅ CU ⋅ FD
(8.6)
Para determinar o fluxo luminoso da luminária (φL) deve-se multiplicar o fluxo luminoso
da lâmpada (φLâmpada) escolhida pelo número de lâmpadas (n) contidas na luminária, conforme
mostra a EQUAÇÃO 8.7.
φ L = φ Lâmpada ⋅ n
(8.7)
O Coeficiente de Utilização (CU) é um número complexo, obtido em laboratório, que
representa a eficácia da luminária e as características físicas e geométricas das superfícies que
compõe um ambiente. Parte do fluxo luminoso emitido por uma lâmpada é absorvida pela
luminária enquanto o restante divide-se nas direções especificadas pelas regiões da FIGURA 8.7.
69
4
3
2
3
2
1
Hm
Pht
FIGURA 8.7 – Distribuição do fluxo luminoso de uma fonte.
Cada região da FIGURA 8.7 caracteriza uma parcela do fluxo luminoso:
❏ Região 1: parcela do fluxo luminoso diretamente sobre o plano de trabalho;
❏ Região 2: parcela do fluxo na direção das paredes abaixo do plano das luminárias e
acima do plano de trabalho;
❏ Região 3: parcela do fluxo na direção das paredes acima do plano das luminárias;
❏ Região 4: parcela do fluxo na direção do teto.
A luz emitida diretamente para o plano de trabalho (região 1) é a mais significativa para
o iluminamento final; seguida pela luz refletida na cavidade mediana do ambiente (região 2) e
finalmente vem as parcelas que após repetidas reflexões chegam até o plano de trabalho (regiões
3 e 4).
Desta forma o coeficiente de utilização (CU) é função dos seguintes aspectos:
❏
❏
❏
❏
❏
Distribuição espacial de luz pela luminária;
Rendimento da luminária;
Refletância das diversas superfícies que compõe o ambiente (teto, paredes e piso);
Índice do ambiente (K);
Distribuição e localização das luminárias.
O índice do ambiente (K), também conhecido como índice do local, depende das
dimensões do recinto: comprimento (C), largura (L) e da altura de montagem da luminária (Hm –
distância entre a luminária e o plano de trabalho) e é calculado pela EQUAÇÃO 8.8.
K=
C⋅L
H m ⋅ (C + L )
(8.8)
Os coeficientes de utilização (CU) são fornecidos pelos fabricantes em tabelas (encartes
fotométricos), como função do índice do ambiente (K) e das refletâncias das superfícies (teto,
paredes e piso), assumindo uma razão espaçamento/altura das luminárias fixa, como pode ser
visto na TABELA 8.1 que serve como exemplo.
70
Alguns encartes fotométricos são obtidos em função de um índice do ambiente (K)
calculado pela EQUAÇÃO 8.9 e não pela EQUAÇÃO 8.8, as duas estão corretas, o importante é
empregar a equação adequada para o encarte em uso. A variação do CU é invertida conforme o
uso da EQUAÇÃO 8.9 ou a EQUAÇÃO 8.8.
K=
5 ⋅ H m ⋅ (C + L )
C⋅L
(8.9)
Na TABELA 8.1, tem-se o exemplo de coeficientes de utilização para uma luminária
fictícia. Neste exemplo, o índice do ambiente é igual a 1,0 e o teto, parede e piso têm refletâncias
de 50%, 30% e 10% respectivamente, resultando em um coeficiente de utilização CU = 0,55.
TABELA 8.1 – Tabela de coeficientes de utilização (exemplo)
Índice do
Ambiente
Refletâncias do teto, parede e piso
(K)
751
731
711
551
531
511
331
311
000
0,60
,47
,43
,40
,46
,42
,40
,42
,40
,38
0,80
,54
,50
,47
,53
,49
,47
,49
,46
,45
1,00
,59
,55
,53
,58
,55
,52
,54
,52
,51
1,25
,64
,60
,58
,63
,60
,57
,59
,57
,56
1,50
,67
,64
,61
,66
,63
,61
,62
,60
,59
Um outro fator considerado em cálculos de iluminação é o fator de depreciação “FD”
(ou fator de perda de luz) que pode ser descrito como a razão entre o nível de iluminação médio
após um determinado período de funcionamento e o nível de iluminação médio da instalação
nova. Assim, leva-se em consideração a redução do desempenho de uma instalação de
iluminação, provocada pelo acúmulo de pó no bulbo das lâmpadas, nas superfícies de distribuição
de luz (refletores) das luminárias e nas superfícies do próprio ambiente. Esta forma de
depreciação ou decaimento do fluxo luminoso efetivo não depende somente das características
das lâmpadas, luminárias e superfícies em geral em acumular mais ou menos sujeira, mas
também das condições de sujeira do local e da freqüência de limpeza em geral (TABELA 8.2).
O fator de depreciação “FD” pode também incorporar perdas de luz devidas ao
decaimento do fluxo luminoso provocado pelo ciclo de funcionamento das luminárias (em
sistemas de ligação automática esta perda pode ser maior); pode incorporar ainda uma estimativa
de redução do nível de iluminação, permitindo uma percentagem de lâmpadas queimarem antes
de serem trocadas. De maneira geral, caso não exista informações específicas sobre depreciação
71
do fluxo luminoso, freqüência de limpeza, etc. Recomenda-se a adoção dos valores contidos na
TABELA 8.2.
TABELA 8.2 – Fatores de depreciação do fluxo luminoso
Tipo de Instalação
(Lâmpada + Luminária)
Tipo de Manutenção
Ótima
Boa
Regular
Péssima
Lâmpada sem refletor
0.90
0.80
0.70
0.60
Lâmpada com refletor aberto
0.85
0.75
0.65
0.55
Lâmpada
com
refletor,
elementos antiofuscamento e
difusores de luz
0.85
0.75
0.65
0.55
8.3. MÉTODO DO FLUXO TRANSFERIDO (DIFERENÇAS FINITAS)
Este é o método mais preciso para a determinação da iluminação num ponto devido
tanto à luz natural como luz artificial. Neste método, um ambiente é descrito em termos da
luminância inicial (L01, L02 e L03) das paredes, teto e piso, respectivamente. A luminância final
(L1, L2 e L3) é maior que a inicial, para cada superfície, devido a componente da refletida no
ambiente. Fatores de forma ou configuração são usados para descrever o fluxo luminoso refletido
ou emitido por uma superfície e que incide em outra superfície.
Portanto, o fluxo luminoso final emitido pelo piso pode ser descrito pela EQUAÇÃO 8.10:
L3 = L03 + ρ 3 ⋅ (L2 ⋅ f 23 + L1 ⋅ f13 )
(8.10)
Similarmente, o fluxo do teto é definido pela EQUAÇÃO 8.11:
L2 = L02 + ρ 2 ⋅ (L3 ⋅ f 32 + L1 ⋅ f12 )
(8.11)
Enquanto, para as paredes a luminância é representada pela EQUAÇÃO 8.12:
L1 = L01 + ρ1 ⋅ (L1 ⋅ f11 + L2 ⋅ f 21 + L3 ⋅ f 31 )
(8.12)
A EQUAÇÃO 8.12 difere-se um pouco das demais, pois uma determinada parede pode
"ver" as outras paredes que formam o ambiente. Assim, as luminâncias finais podem ser obtidas
pela solução de um conjunto de equações simultâneas. Obviamente, quanto mais complexa for a
cena, mais difícil será a obtenção dos fatores de forma e mais difícil será a solução do conjunto
de equações resultante. Este método tornou-se viável somente após o advento do computador
digital.
72
9. ROTEIRO DE CÁLCULO PARA O MÉTODO DA ILUMINÂNCIA
MÉDIA
Um roteiro prático e simples que poderá ser seguido na elaboração de um projeto
luminotécnico utilizando o método da iluminância média (método os lumens) é o seguinte:
❏
❏
❏
❏
❏
❏
❏
❏
Escolha do nível de iluminamento (EPht);
Determinação do índice do ambiente (K);
Escolha das lâmpadas e luminárias;
Determinação do coeficiente de utilização (CU);
Determinação do fator de depreciação (FD);
Determinação do fluxo total (φTotal);
Cálculo do número de luminárias (N, NC, NL);
Distribuição das luminárias (A, B).
9.1. ESCOLHA DO NÍVEL DE ILUMINAMENTO (EPHT)
Como já foi dito anteriormente, está é a primeira etapa em um projeto luminotécnico. O
nível de iluminamento do ambiente será então determinado em função da tarefa visual que será
desenvolvida no local projetado. Estes níveis são obtidos na NBR 5413 que fornece o valor
mínimo, médio e máximo recomendado para cada tipo de atividade e em função do usuário.
9.2. DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DO AMBIENTE (K)
O índice do ambiente (K) que depende das características geométricas do local é
determinado através da EQUAÇÃO 8.8 ou 8.9, dependendo de como o fabricante da luminária que
se pretende utilizar fornece os dados de coeficiente de utilização (CU).
9.3. ESCOLHA DAS LÂMPADAS E LUMINÁRIAS
A escolha das lâmpadas que serão utilizadas em um determinado ambiente deve ser feita
em função do local e da atividade visual que será desenvolvida. Alguns aspectos devem ser
considerados a fim de que se faça a escolha mais adequada:
❏ Dimensões e forma do local a iluminar;
❏ Tipo de tarefa visual que será desenvolvida no ambiente;
❏ O nível de iluminamento de projeto;
❏ O período de funcionamento do sistema de iluminação;
❏ A vida útil da lâmpada;
❏ A eficiência luminosa da lâmpada;
❏ A temperatura de cor correlata e o índice de reprodução de cor da lâmpada;
❏ O custo inicial e de operação do sistema.
73
Na escolha da luminária, deve-se levar em conta o tipo de iluminação que se deseja para
o ambiente: direta, semidireta, geral difusa, semi-indireta e indireta. Também devem ser
considerados os seguintes aspectos:
❏ Adaptabilidade ao ambiente;
❏ Características construtivas;
❏ Efeito estético;
❏ O seu rendimento;
❏ Facilidade de manutenção e conservação;
❏ Facilidade de troca das lâmpadas;
❏ Possíveis problemas de ofuscamento.
9.4. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE UTILIZAÇÃO (CU)
Após calculado o índice do ambiente (K) é necessário estabelecer as refletâncias do teto,
paredes e piso para que se consiga determinar o coeficiente de utilização desta combinação de
valores.
Na FIGURA 9.1 são mostradas as cavidades do teto e piso e paredes que possuem
recomendações diferenciadas quanto as respectivas refletâncias.
Cavidade do teto
Plano das luminárias
Paredes
Plano de trabalho
Cavidade do piso
FIGURA 9.1 – Cavidades do piso e teto e paredes.
Para a cavidade do teto recomenda-se que a refletância seja a mais alta possível, nunca
inferiores a 60%. No caso das paredes também é desejável que se tenha refletâncias elevadas
tendo-se um cuidado especial com as paredes que contem janelas, estas não deverão ter
refletâncias inferiores a 60%. Finalmente, para a cavidade do piso, as refletâncias não devem ser
inferiores a 20% sem ultrapassarem 40%. A TABELA 9.1 apresenta valores de refletâncias de
algumas superfícies.
Após determinadas as refletâncias do local e de posse do índice do ambiente (K), retirase do catálogo da luminária escolhida o respectivo fator de utilização.
74
TABELA 9.1 – Refletâncias aproximadas de algumas superfícies de edificações.
Superfície
Teto
Paredes
Pisos e mobília
Refletância
Material ou acabamento
0,80
Pintura branca em superfície plana de gesso
0,70
Pintura branca em azulejo acústico
0,60
Pintura branca em concreto sem acabamento fino
0,50
Pintura branca em madeira
0,80
Pintura branca em superfície plana de gesso
Azulejo branco vitrificado
0,70
Tijolo branco
0,65
Gesso rosa
0,40
Cimento de amianto branco
Concreto cinza claro
0,35
Aço inoxidável
0,30
Tijolo
0,05
Quadro de giz pintado de preto
0,80
Papel branco
0,45
Carpete, amarelo acinzentado
0,35
Madeira bordo
0,25
Madeira de carvalho
Telha de PVC marrom ou mármore
Carpete turquesa ou marrom esverdeado
0,20
Cerâmica polida
0,10
Cerâmica marrom
Carpete escuro com baixa manutenção
Telhas de PVC: marrom escuro
Madeira de carvalho escuro
9.5. DETERMINAÇÃO DO FATOR DE DEPRECIAÇÃO (FD)
Na determinação do fator de depreciação podem ser usados tanto os dados fornecidos
nos catálogos dos fabricantes de luminárias ou os valores recomendados na TABELA 8.2.
75
9.6. DETERMINAÇÃO DO FLUXO TOTAL (φTotal)
Para a determinação do fluxo total utiliza-se a EQUAÇÃO 9.1 que fornecerá a iluminância
média do ambiente.
φTotal =
onde:
φTotal
EPht
APht
CU
FD
E Pht ⋅ APht
CU ⋅ FD
(9.1)
- Fluxo luminoso total necessário para se obter a iluminância de projeto;
- Iluminância no plano horizontal de trabalho (iluminância de projeto);
- Área do plano horizontal de trabalho;
- Coeficiente de utilização da instalação;
- Fator de depreciação da instalação.
9.7. CÁLCULO DO NÚMERO DE LUMINÁRIAS
O número de luminárias (N) necessário é obtido pela EQUAÇÃO 6.2.
N=
onde:
φTotal
φL
(9.2)
N
- Número de luminárias;
φTotal - Fluxo luminoso total necessário para se obter a iluminância de projeto;
φL - Fluxo luminoso da luminária (EQUAÇÃO 8.7).
9.8. DISTRIBUIÇÃO DAS LUMINÁRIAS
O
espaçamento
entre
luminárias em um ambiente
B/2
depende da distância entre as
luminárias e o plano de trabalho
(Hm) e da sua distribuição do fluxo
luminoso. Recomenda-se que o
B
espaçamento entre o centro das
luminárias fique entre 1,0 a 1,5
vezes a altura de montagem (Hm),
tanto na largura como no
comprimento do ambiente, sendo
A/2
A
que a distância entre o centro das
luminárias e as paredes deverá ser
metade deste valor (FIGURA 9.2).
FIGURA 9.2 – Distribuição das luminárias.
Os valores de A e B são
determinados pela EQUAÇÃO 9.3 e EQUAÇÃO 9.4 respectivamente.
A=
C
NC
(9.3)
76
B=
L
NL
(9.4)
onde:
A
C
NC
B
L
NL
- Distância entre luminárias no comprimento;
- Comprimento do ambiente;
- Número de luminárias na direção do comprimento;
- Distância entre luminárias na largura;
- Largura do ambiente;
- Número de luminárias na direção da largura.
Se o número de luminárias resultar em valores para “A” e “B” fora dos limites
estabelecidos, corre-se o risco de uma iluminação não uniforme, com a existência de sobras
indesejáveis. Para resolver este problema eleva-se o número de luminária ou modifica-se a sua
distribuição no ambiente.
77
10. SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ESPECIAL DE EMERGÊNCIA
10.1. INTRODUÇÃO
O objetivo principal deste sistema de iluminação é o de garantir, em caso de falta de
energia na rede de alimentação, iluminação adequada para permitir a evacuação fácil e segura do
público; como também, garantir a continuidade das atividades que, por sua natureza, não possam
sofrer interrupções.
A Norma Brasileira (ABNT) NBR 10898 - Sistema de Iluminação de Emergência
estabelece as exigências principais que um sistema deste tipo deve satisfazer.
10.2. CLASSIFICAÇÃO
Os sistemas de iluminação de emergência podem ser classificados de várias formas,
segundo sua função específica, sua fonte alimentadora e sua condição de permanência.
10.2.1. Função específica
Evacuação do público:
Pode ser dividida em iluminação ambiente e iluminação p/sinalização.
❏
❏
Iluminação ambiente: é obrigatória nas circulações verticais e horizontais
(elevadores, escadas e corredores), locais de concentração de pessoas (hall de
distribuição, cinemas, teatros, etc.), zonas de saída, áreas de perigo (indústrias) e
locais de equipamento de apoio (ver ANEXO A, NBR 10898).
Iluminação de sinalização: serve para mostrar as mudanças de direção, obstáculos,
escadas, saídas, etc. A distância entre 2 pontos de luz deve ser no máximo 15 m e o
fluxo luminoso deve ser no mínimo de 30 lm. A função da iluminação pode ser
auxiliada por textos escritos ou símbolos gráficos, cujas especificações (dimensões e
cores) encontram-se no item 5.1.2.6 e no ANEXO B da NBR 10898.
TABELA 10.1 - Iluminamento mínimo ao nível do piso.
Nível mínimo de EPISO
5 lux
3 lux
Locais
Com desníveis:
Escadas;
Portas baixas (h < 2,1 m);
Obstáculos.
Planos:
Corredores;
Halls;
Refúgios.
Fluxo luminoso do ponto de luz
≥ 120 lm
(efetivos, já descontadas
todas as perdas)
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Continuidade das atividades:
Nos ambientes onde, pela natureza da atividade, a iluminação não pode sofrer
interrupções, o sistema de emergência deve ser capaz de suprir uma iluminação que proporcione
no mínimo 70 % do nível de iluminação do sistema normal. Isto é válido para locais tal como:
❏
❏
❏
salas de atendimento de urgência e de cirurgia;
laboratórios de produtos químicos;
salas de controle de tráfego (ferroviário e aeroviário).
10.2.2. Fonte alimentadora
A alimentação de qualquer sistema de iluminação de emergência deve garantir pelo
menos 1 hora de funcionamento. Quanto à fonte alimentadora os sistemas podem ser
classificados em três tipos distintos:
Sistema centralizado de acumuladores:
Este tipo é recomendado para edifícios médio, indústrias pequenas, casas de espetáculo
(teatros e cinemas), hospitais, restaurantes, etc.; sendo adequado quando o problema maior é
apenas a iluminação de emergência e não existe a necessidade de alimentar máquinas de porte.
Apresenta as seguintes vantagens:
❏
❏
❏
❏
fácil automação;
boa capacidade de armazenamento de energia em pequenas dimensões (baterias);
não exige manutenção freqüente e especializada;
não exige depósito ou alimentação com substâncias inflamáveis.
Grupo moto-gerador:
São recomendados para grandes edifícios, grandes áreas industriais e comerciais e em
qualquer local onde existam muitas lâmpadas ou equipamentos de porte a serem alimentados.
Apresentam alguns inconvenientes:
❏ manter pessoal especializado na manutenção dos motores e guarda e manuseio do
combustível;
❏ funcionar o motor periodicamente;
❏ evitar a poluição produzida pela combustão.
A NBR 10898 fixa várias condições específicas para a localização dos diversos
componentes da fonte de energia para os dois sistemas acima descritos.
Conjunto de blocos autônomos:
Também chamados de sistemas unitários, são sistemas onde a fonte luminosa (lâmpada),
a fonte de energia (bateria) e os dispositivos necessários para colocá-los em funcionamento são
incorporados num conjunto compacto de iluminação de emergência. São bastante seguros, de
simples manutenção, baixo custo e são recomendados para áreas independentes de dimensões
reduzidas e para edifícios antigos ou locais de difícil instalação de cabos de distribuição.
79
10.2.3. Condição de permanência
Quanto à condição de permanência da iluminação nos pontos os sistemas podem ser
classificados em: permanentes e não permanentes.
Permanentes:
São aqueles sistemas nos quais as fontes luminosas de emergência estão ligadas na rede
de alimentação e funcionam em serviço normal; passando automaticamente a serem alimentadas
por fonte própria, no caso de falha da fonte normal.
Não permanentes:
São aqueles nos quais os aparelhos de iluminação não são alimentados em serviço
normal, pela rede de alimentação normal e, em caso de falha, passam automaticamente a serem
alimentados pela fonte própria. Ou seja, ao contrário do sistema permanente, as lâmpadas de
emergência permanecem desligadas quando a alimentação é feita pela fonte normal.
Segundo o tipo de fonte de alimentação e condição de permanência da iluminação os
sistemas são classificados pela NBR 10898 conforme a TABELA 10.2.
TABELA 10.2 – Classificação dos sistemas de acordo com a fonte de energia e permanência.
Tipo
Iluminação
Fonte
1
Permanente
Central (acumuladores ou grupo moto-gerador)
2
Não permanente
Central (acumuladores ou grupo moto-gerador)
3
Não permanente
Central (acumuladores ou grupo moto-gerador) ou
blocos autômonos
4
Não permanente
Aparelhos portáteis (lanternas)
De acordo com o tipo e setor do estabelecimento e do efetivo de público que o utiliza, o
sistema de iluminação de emergência a ser adotado é obtido pelo emprego da TABELA 5 em
conjunto com o ANEXO A, ambos da NBR 10898.
10.3. PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
As instalações de iluminação de emergência devem ser projetadas buscando-se priorizar
as áreas (já definidas anteriormente) em função risco de acidentes; quanto maior o risco, maior
deverá ser o nível de iluminação.
As fontes luminosas que podem ser usadas são:
❏ luminárias com lâmpadas incandescentes;
❏ luminárias com lâmpadas fluorescentes;
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❏
projetores ou faróis.
As luminárias devem satisfazer as exigências da NBR 6854, resistir a uma temperatura
de 70 °C por 1 hora e para o controle do ofuscamento devem seguir os níveis de intensidade
luminosa da TABELA 10.3.
Tabela 10.3: Intensidade máxima para controle do ofuscamento (fonte NBR 10898).
Altura do ponto de luz em
Intensidade máxima do
Iluminância ao nível do piso na
relação ao piso [m]
ponto de luz [cd]
direção normal ao ponto [lux]
2,0
100
25
2,5
400
64
3,0
900
100
3,5
1.600
131
4,0
2.500
156
4,5
3.500
173
5,0
5.000
200
Projetores ou faróis, dependendo do facho de luz podem iluminar grandes áreas a partir
de um ponto. Entretanto, não devem ser empregados em áreas de dimensões reduzidas, de
passagem e escadas; quando utilizados para iluminar áreas de acesso ou saída, o facho luminoso
deve ser ajustado ao sentido do fluxo do público.
O método de cálculo dos níveis de iluminação deve ser o ponto-a-ponto e a relação de
iluminação entre as áreas claras e escuras deve ser no máximo 1:20.
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