PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
ESCOLA POLITÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ÊNFASE EM TELECOMUNICAÇÕES
ANA PAULA ALVES OLIVEIRA
MARIANNA JAGHER LOPES
ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS
DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
UTILIZANDO TECNOLOGIA LED
CURITIBA
2013
ANA PAULA ALVES OLIVEIRA
MARIANNA JAGHER LOPES
ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS
DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
UTILIZANDO TECNOLOGIA LED
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia Elétrica com ênfase em
Telecomunicações
da
Pontifícia
Universidade Católica do Paraná, como
requisito parcial à obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Profa. Ma. Maria Gertrudes Te
Vaarwerk.
CURITIBA
2013
ANA PAULA ALVES OLIVEIRA
MARIANNA JAGHER LOPES
ESTUDO E PROPOSTA PARA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SALAS
DE AULA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ
UTILIZANDO TECNOLOGIA LED
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em
Engenharia Elétrica com ênfase em Telecomunicações da Pontifícia Universidade
Católica do Paraná, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro
Eletricista.
COMISSÃO EXAMINADORA
_____________________________________
Professor 1(Mestra Maria Gertrudes Te Vaarwerk)
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
_____________________________________
Professor 2 (Doutor James Alexandre Baraniuk)
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
_____________________________________
Professor 3 (Doutora Lilia Maria Marques Siqueira)
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
Curitiba, ____ de ________ de 2013.
AGRADECIMENTOS
Gostaríamos de agradecer primeiramente a deus, por iluminar e abençoar a
nossa trajetória.
Aos nossos pais, pelo apoio e por tudo que sempre fizeram por nós, pelo
exemplo, pela amizade e carinho, fundamentais na construção de nosso caráter.
Aos nossos irmãos, pelas palavras de consolo, pelas dicas e pela
cumplicidade.
Ao professor James, pela ajuda e pelas palavras amigas que nos guiaram até
o fim desse projeto.
A professora Maria, pelos cuidados, por nos transmitir todo o conhecimento
possível, e principalmente pela extrema paciência, pois lidar com nós duas
realmente não é fácil.
A professora Lilia, pelo afeto e atenção, que sempre nos tranquilizou, desde o
primeiro ano.
Uma boa iluminação levanta uma
arquitetura medíocre, e uma iluminação
ruim acaba com o melhor projeto.
(Oscar Niemeyer)
RESUMO
A substituição das lâmpadas incandescentes e fluorescentes por LEDs tem
por objetivo amenizar o esgotamento dos recursos naturais energéticos e os
impactos ambientais gerados pelo uso da energia elétrica em demasiado na
iluminação artificial. O objetivo desse trabalho é desenvolver um projeto para
substituição do sistema de iluminação de diferentes salas de aula da Pontifícia
Universidade Católica do Paraná por um novo sistema utilizando tecnologia LED,
visando melhor eficiência energética, seguindo as recomendações da NBR ISO/CIE
8995-1, a partir da avaliação do sistema de iluminação atual, a elaboração e a
avaliação de um novo projeto e por último a análise da viabilidade do mesmo. Após
a execução do projeto foi possível concluir que este tende as exigências,
melhorando a qualidade da iluminação com a redução da potência instalada e dos
custos com energia elétrica, tornando o sistema energeticamente eficiente. Porém, o
uso da tecnologia LED tornou o projeto inviável, pois a utilização de mais luminárias,
para garantir a iluminância ideal, não compensou o fato de ela consumir menos
energia e devido ao seu elevado custo, não se obtendo um retorno de investimento
em um prazo considerável.
Palavras-chave: Eficiência. Energia. Elétrica. LED.
ABSTRACT
The replacement of incandescent and fluorescent lamps by LEDs aims to mitigate
the depletion of energy resources and the environmental impacts caused by its use
in artificial lighting too. The aim of this work is to develop a project to replace the
lighting in different classrooms at the Catholic University of Paraná system with a
new system using LED technology to better energy efficiency, using the
recommendations of ISO / CIE 8995-1, from the assessment of the current lighting
system, the development and evaluation of a new project and lastly the analysis of
viability. After the execution of the project, was concluded that this tends
requirements, improving lighting quality with reduced installed power and electricity
costs, making energy efficient system. However, the use of LED technology has
made the project unfeasible, because the use of more lamps, to ensure optimal
illuminance did not offset the fact that it consume less energy and due to the fact that
the cost of this technology is still very high, not getting a return on investment in a
considerable time
Key-words: Efficiency. Energy. Electrical. LEDs.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - A cadeia do uso de energia ...................................................................... 17
Figura 2 - Etiquetas informativas de energia elétrica ................................................ 20
Figura 3 - Espectro eletromagnético ......................................................................... 21
Figura 4 - Curva de sensibilidade espectral relativa ao olho humano ....................... 23
Figura 5 - Intensidade luminosa ................................................................................ 23
Figura 6 - Fluxo luminoso .......................................................................................... 24
Figura 7 - Iluminância x Luminância .......................................................................... 25
Figura 8 - Coeficiente de reflexão de alguns materiais e cores ................................. 26
Figura 9 - Reprodução das cores .............................................................................. 27
Figura 10 - Temperatura da cor................................................................................. 28
Figura 11 – Starter .................................................................................................... 33
Figura 12 - Reator eletromagnético de partida convencional .................................... 34
Figura 13 - Componentes de uma lâmpada incandescente ...................................... 36
Figura 14 - Lâmpada halógena dicroica .................................................................... 39
Figura 15 - Lâmpada halógena ................................................................................. 39
Figura 16 - Lâmpada Fluorescente ........................................................................... 41
Figura 17 - Elementos de lâmpadas de vapor de mercúrio ....................................... 42
Figura 18 - Lâmpada a vapor de sódio de alta pressão ............................................ 44
Figura 19 - Classificação do fluxo luminoso .............................................................. 45
Figura 20 - Tipos de refletores .................................................................................. 47
Figura 21 - Curva de distribuição do tipo “bat wing” .................................................. 49
Figura 22 - Evolução da tecnologia das lâmpadas LED ............................................ 51
Figura 23 - Evolução dos LEDs ................................................................................. 51
Figura 24 - Funcionamento dos LEDs ....................................................................... 52
Figura 25 - LED de alta potencia ............................................................................... 53
Figura 26 - LED de alta potência (estrutura) ............................................................. 54
Figura 27 - LED convencional ................................................................................... 54
Figura 28 - Curva I x V em função da cor do LED ..................................................... 56
Figura 29 - Lâmpadas LED ....................................................................................... 56
Figura 30 - Divisão do ambiente em cavidades zonais ............................................. 65
Figura 31 - Razões de Cavidades ............................................................................. 66
Figura 32 - Tabela de refletância eficaz (%) da cavidade do teto ou chão ................ 66
Figura 33 - Coeficientes de utilização ....................................................................... 67
Figura 34 - Fatores de correção para refletâncias da cavidade do chão diferente de
20% ........................................................................................................................... 68
Figura 35 - Medidor de energia LACTEC .................................................................. 73
Figura 36 - Medidores no circuito de iluminação ....................................................... 73
Figura 37 – Imagens da sala de aula ........................................................................ 81
Figura 38 - Disposição das lâmpadas das salas da aula .......................................... 83
Figura 39 – Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO ............................................................ 84
Figura 40 - Luminária da sala de aula ....................................................................... 84
Figura 41 - Iluminâncias medidas da sala de aula .................................................... 86
Figura 42 - Lâmpada MASTER LEDtube .................................................................. 88
Figura 43 - Luminária CAC 10 - S ............................................................................. 88
Figura 44 - Luminária LHT02 - E de sobrepor ........................................................... 89
Figura 45 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 - S ......................................... 90
Figura 46 - Nova distribuição das luminárias LHT02 - E de sobrepor ....................... 91
Figura 47 - Fotos sala de desenho ............................................................................ 93
Figura 48 - Distribuição atual das luminárias............................................................. 95
Figura 49 – Lâmpada TLDRS16W-S84-ECO ............................................................ 96
Figura 50 - Luminária da sala de desenho ................................................................ 96
Figura 51 - Iluminâncias medidas da sala de desenho ............................................. 98
Figura 52 - Lâmpada MASTER LEDtube 10 W da PHILIPS ..................................... 99
Figura 53 - Luminária CAC 09 - E da LUMICENTER .............................................. 100
Figura 54 - Luminária LHT 03 - E da LUMICENTER ............................................... 101
Figura 55 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 – E ....................................... 102
Figura 56 - Nova distribuição das luminárias LHT03 – E ........................................ 103
Figura 57 - Panorâmica da sala de circuitos A ........................................................ 105
Figura 58 - Panorâmica da sala de circuitos B ........................................................ 105
Figura 59 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos A........................ 107
Figura 60 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos B........................ 107
Figura 61 - Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO........................................................... 108
Figura 62 - Luminária das salas de circuitos ........................................................... 108
Figura 63 - Iluminâncias medidas na sala de circuitos A ......................................... 111
Figura 64 - Iluminânicias medidas na sala de circuitos B ........................................ 111
Figura 65 - Lâmpada MASTER LEDtube 32 W ....................................................... 113
Figura 66 - Luminária CAA 10-S232 ....................................................................... 113
Figura 67 - Luminária CAA 20-S232 ....................................................................... 114
Figura 68 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos A
................................................................................................................................ 115
Figura 69 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos B
................................................................................................................................ 116
Figura 70 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos A . 117
Figura 71 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos B . 117
Figura 72 – Sistema de iluminação atual da sala de aula ....................................... 119
Figura 73 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de aula ....... 120
Figura 74 - Distribuição das iluminância atual da sala de aula ................................ 120
Figura 75 - Novo sistema de iluminação da sala de aula ........................................ 121
Figura 76 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de aula .................. 121
Figura 77 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto na sala de aula ........... 121
Figura 78 - Sistema de iluminação atual da sala de desenho ................................. 122
Figura 79 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de desenho 122
Figura 80 - Distribuição das iluminâncias atuais da sala de desenho ..................... 123
Figura 81 - Novo sistema de iluminação da sala de desenho ................................. 123
Figura 82 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de desenho ............ 124
Figura 83 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de desenho ...... 124
Figura 84 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos A .............................. 125
Figura 85 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de circuitos A
................................................................................................................................ 125
Figura 86 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos A ...................... 125
Figura 87 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos A .............................. 126
Figura 88 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A . 126
Figura 89 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A .......... 127
Figura 90 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos B .............................. 127
Figura 91 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala circuitos B .. 128
Figura 92 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos B ...................... 128
Figura 93 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos B .............................. 129
Figura 94 - Distruibuição das iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B . 129
Figura 95 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B .......... 129
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Grau de IP contra penetração de objetos ................................................. 49
Tabela 2 - Grau de IP contra a penetração de água ................................................. 50
Tabela 3 - Exemplo para determinação do coeficiente de utilização das luminárias . 61
Tabela 4 - Fator de depreciação ............................................................................... 62
Tabela 5 - Manutenção das Luminárias .................................................................... 63
Tabela 6 - Valor de iluminância média e IRC conforme ambiente e tarefa ............... 76
Tabela 7 - Classificação das lâmpadas quanto à temperatura .................................. 77
Tabela 8 - Dimensões do ambiente ........................................................................... 82
Tabela 9 - Refletâncias das superfícies .................................................................... 82
Tabela 10 - Consumo energético da sala de aula ..................................................... 84
Tabela 11 - Custo energético da sala de aula ........................................................... 85
Tabela 12 - Número de pontos a serem medidos nas salas de aula ......................... 85
Tabela 13 - Comparação do sistema atual com o recomendado .............................. 87
Tabela 14 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 10 - S
com a lâmpada PHILIPS ........................................................................................... 89
Tabela 15 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT02 - E de
sobrepor .................................................................................................................... 90
Tabela 16 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a
CAC 10 e a lâmpada PHILIPS .................................................................................. 92
Tabela 17 - Custo e consumo energético do novo sistema de iluminação usando a
LHT02 - E de sobrepor .............................................................................................. 92
Tabela 18 - Dimensões do ambiente ......................................................................... 94
Tabela 19 - Refletâncias das superfícies .................................................................. 94
Tabela 20 - Consumo energético .............................................................................. 96
Tabela 21 - Custo energético .................................................................................... 97
Tabela 22 - Número de pontos a serem medidos nas salas de desenho .................. 97
Tabela 23 - Comparação do sistema atual com o recomendado .............................. 98
Tabela 24 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 09 - E
com a lâmpada PHILIPS ......................................................................................... 101
Tabela 25 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT03 - E .. 102
Tabela 26 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a
CAC 09 e a lâmpada PHILIPS ................................................................................ 104
Tabela 27 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a
LHT03 e a lâmpada PHILIPS .................................................................................. 104
Tabela 28 - Dimensões do ambiente ....................................................................... 106
Tabela 29 - Refletâncias do ambiente ..................................................................... 106
Tabela 30 - Consumo energético das salas de circuitos A e B ............................... 109
Tabela 31 - Custo energético da sala ...................................................................... 110
Tabela 32 - Número de pontos a serem medidos nas salas de circuitos A e B ...... 110
Tabela 33 - Comparação do sistema atual com o recomendado ............................ 112
Tabela 34 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 10-S232
................................................................................................................................ 114
Tabela 35 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 20-S232
................................................................................................................................ 116
Tabela 36 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a
CAA 10-S232 e a lâmpada PHILIPS ....................................................................... 118
Tabela 37 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a
CAA 20-S232 e a lâmpada PHILIPS ....................................................................... 118
Tabela 38 - Economia de potência das salas .......................................................... 130
Tabela 39 - Tempo de retorno do investimento no novo sistema de iluminação ..... 131
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO ............................................................................................. 14
1.1
PROBLEMATIZAÇÃO .................................................................................. 15
1.2
OBJETIVOS ................................................................................................. 16
1.2.1
Objetivo Geral ............................................................................................. 16
1.2.2
Objetivos Específicos ................................................................................ 16
2
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO BRASIL .................................................... 16
2.1
LEI N° 9.478, DE 6 DE AGOSTO DE 1997 .................................................. 17
2.2
LEI N° 9.991, DE 24 DE JULHO DE 2000 .................................................... 18
2.3
LEI N° 10.295, DE 17 DE OUTUBRO DE 2001 E O DECRETO N° 4.059, DE
19 DE DEZEMBRO DE 2001 ....................................................................... 18
2.4
PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA –
PROCEL ....................................................................................................... 19
2.5
PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS
DERIVADOS DO PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL – CONPET ............... 19
2.6
PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM – PBE .............................. 20
2.7
PROESCO .................................................................................................... 21
3
ILUMINAÇÃO ............................................................................................... 21
3.1
A LUZ E A PERCEPÇÃO VISUAL................................................................ 21
3.2
CONCEITOS E GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS ..................................... 23
3.2.1
Intensidade Luminosa (Símbolo: I, Unidade: candela - cd) .................... 23
3.2.2
Fluxo Luminoso (Símbolo: φ, Unidade: lúmen - lm)................................ 23
3.2.3
Iluminância (Símbolo: E, Unidade: lux - lx) .............................................. 24
3.2.4
Luminância (Símbolo: L, Unidade: cd/m²) ................................................ 25
3.2.5
Refletância (símbolo: ρ) ............................................................................. 26
3.2.6
Eficiência Luminosa (Símbolo: η, Unidade: lm/W) .................................. 27
3.2.7
Índice de reprodução de cor (Símbolo: IRC, Unidade: %) ...................... 27
3.2.8
Temperatura da cor (Símbolo: T, Unidade: K).......................................... 28
3.2.9
Vida Útil ....................................................................................................... 28
3.3
REQUISITOS DE UMA BOA ILUMINAÇÃO ................................................. 28
3.3.1
Acuidade Visual .......................................................................................... 29
3.3.2
Nível de Iluminamento ................................................................................ 29
3.3.3
Ofuscamento ............................................................................................... 30
3.3.4
Distribuição das Luminâncias e Efeitos de sombra e luz ....................... 31
3.3.5
Reprodução das Cores .............................................................................. 32
3.3.6
Temperatura das Cores .............................................................................. 32
4
DISPOSITIVOS DE CONTROLE, LÂMPADAS E LUMINÁRIAS ................ 32
4.1
DISPOSITIVOS DE CONTROLE.................................................................. 32
4.1.1
Starters ........................................................................................................ 33
4.1.2
Reatores ...................................................................................................... 33
4.1.3
Ignitores ...................................................................................................... 35
4.2
LÂMPADAS .................................................................................................. 36
4.2.1
Lâmpadas Incandescentes ........................................................................ 36
4.2.2
Lâmpadas de Descarga .............................................................................. 39
4.3
LUMINÁRIAS ................................................................................................ 44
4.3.1
Direção do fluxo luminoso nas luminárias ............................................... 45
4.3.2
Modificação do fluxo luminoso nas luminárias ....................................... 45
4.3.3
Superfícies internas das luminárias ......................................................... 47
4.3.4
Curva de distribuição luminosa das luminárias ...................................... 48
4.3.5
Grau de proteção das luminárias .............................................................. 49
4.3.6
Manutenção das luminárias ....................................................................... 50
5
DIODOS EMISSORES DE LUZ (LED’S) ..................................................... 50
5.1
A EVOLUÇÃO DO LED ................................................................................ 51
5.2
O FUNCIONAMENTO DO LED’S ................................................................. 52
5.3
OBTENÇÃO DE LUZ BRANCA NOS LEDS ................................................. 52
5.4
DIODOS EMISSORES DE LUZ DE ALTA POTÊNCIA ................................ 53
5.5
NOVAS TECNOLOGIAS LED ...................................................................... 55
5.6
CORES EMITIDAS PELOS DIODOS EMISSORES DE LUZ ....................... 55
5.7
LÂMPADAS LED .......................................................................................... 56
5.8
CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE OS DIODOS EMISSORES DE LUZ ... 57
5.8.1
Vida útil real dos LED’s .............................................................................. 57
5.8.2
Descarte das lâmpadas LEDs .................................................................... 58
6
PRO JETO LUMINOTÉCNICO .................................................................... 58
6.1
TIPOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ....................................................... 58
6.2
ESCOLHA DOS COMPONENTES DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO........... 59
6.3
CÁLCULOS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ................................................. 59
6.3.1
Método dos Lúmens ................................................................................... 60
6.3.2
Método das Cavidades Zonais .................................................................. 64
6.3.3
Método do Ponto a Ponto .......................................................................... 69
6.4
ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO ........... 70
7
PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ..................................................... 70
7.1
AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ATUAL DOS
AMBIENTES INTERNOS ............................................................................. 71
7.1.1
Características do ambiente ...................................................................... 71
7.1.2
Componentes do sistema de iluminação ................................................. 72
7.1.3
Horário de funcionamento e consumo energético do atual sistema ..... 72
7.1.4
Medição da iluminância do ambiente ....................................................... 75
7.1.5
Análise da iluminação ................................................................................ 75
7.1.6
Resultado da análise da iluminação ......................................................... 77
7.2
DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO ................. 78
7.2.1
Determinação da iluminância média para os ambientes ........................ 78
7.2.2
Escolha das lâmpadas e luminárias. ........................................................ 78
7.2.3
Cálculo do número de luminárias ............................................................. 79
7.2.4
Avaliação do novo projeto ......................................................................... 79
7.3
SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO......... 80
7.4
AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DO NOVO PROJETO................................. 80
8
ESTUDOS DE CASO ................................................................................... 80
8.1
SALA DE AULA ............................................................................................ 81
8.1.1
Análise do atual sistema de iluminação ................................................... 82
8.1.2
Desenvolvimento do novo projeto de iluminação ................................... 87
8.2
SALA DE DESENHO .................................................................................... 93
8.2.1
Análise do atual sistema de iluminação ................................................... 94
8.2.2
DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO ................ 99
8.3
SALA DE CIRCUITOS A E B ...................................................................... 105
8.3.1
Análise do atual sistema de iluminação ................................................. 105
8.3.2
Desenvolvimento do novo sistema de iluminação ................................ 112
8.4
SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO....... 119
8.4.1
Sala de aula ............................................................................................... 119
8.4.2
Sala de desenho ....................................................................................... 122
8.4.3
Sala de informática (circuitos A) ............................................................. 124
8.4.4
Sala de microeletrônica (circuitos B)...................................................... 127
8.5
ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO ......... 130
9
CONCLUSÃO............................................................................................. 132
10
FLUXOGRAMA .......................................................................................... 134
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 135
ANEXOS ................................................................................................................. 138
14
1
INTRODUÇÃO
O fogo é considerado a primeira fonte de luz artificial, criado pelo homem.
Desde então, ele busca desenvolver novas fontes de iluminação, visando à melhoria
da eficiência e qualidade de vida (Pinto, 2008). A primeira grande melhoria técnica
aconteceu durante o século XIX, época em que a iluminação a gás e elétrica foram
desenvolvidas, quase simultaneamente, proporcionando uma competição que serviu
de estímulo aos inventores em ambos os lados. Por volta de 1910, a lâmpada de
filamento de tungstênio (incandescente), de Thomaz Edson, se tornou fonte
preferencial de luz para várias aplicações (Bowers, 1980), apesar de ter enfrentado
diversos problemas devido a necessidade de novas instalações e a falta de
acessibilidade à energia elétrica para toda a população.
Hoje, as lâmpadas incandescentes, devido seu alto consumo de energia
elétrica e sua baixa capacidade de iluminação, estão sendo proibidas de serem
fabricadas. No lugar dessas lâmpadas entram as fluorescentes, já existentes desde
1926, e as de LED, que são relativamente novas no mercado. Essas duas,
comparadas com a incandescente, produzem uma alta luminosidade e gastam
menor quantidade de luz.
A substituição das lâmpadas incandescentes por fluorescentes e LEDs tem
por objetivo amenizar o esgotamento dos recursos naturais energéticos e os
impactos ambientais gerados pelo seu uso em demasiado. Segundo as novas
estimativas da Empresa de Pesquisa Energética – EPE (2012), o crescimento médio
anual do consumo nacional de eletricidade, até 2021, será de 4,5%, sendo inferior a
taxa de crescimento do PIB brasileiro que será de 4,7% ao ano. Com a economia
crescendo mais que a demanda elétrica, a questão da eficiência energética se
destaca nesse cenário. No Brasil, 17% do consumo total de energia elétrica referese à iluminação artificial. O uso de equipamentos mais eficientes nos sistemas de
iluminação se torna um fator importante para a redução do consumo de energia
(Costa, 2006).
Com o intuito de promover a racionalização da produção e o uso eficiente do
consumo de energia, o Ministério de Minas e Energia e da Indústria e Comércio
criou em 1985 o “Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica” (Procel),
que tem por objetivo a conservação da energia elétrica, para a melhoria da
qualidade de produtos e serviços bem como a redução dos impactos ambientais.
15
O processo mais empregado para se conseguir eficiência, consiste na
modernização dos equipamentos de iluminação (retrofit) para proporcionar maior
índice luminotécnico, gastando menos energia (Plano Nacional de Energia – 2030).
Segundo Lamberts (1997), a eficiência de um sistema de iluminação artificial
depende do desempenho particular dos elementos envolvidos no projeto com o uso
de lâmpadas, reatores e luminárias mais eficientes, bem como a integração do
sistema artificial de iluminação com o sistema de iluminação natural.
Em ambientes escolares e universitários a iluminação tem um papel
fundamental para a realização de atividades e cada uma delas necessita de uma
iluminação específica como, por exemplo, leitura, escrita, atividades no quadro
(branco e negro), desenho, informática, dentre outras. O mesmo se aplica para a
Pontifícia Universidade Católica do Paraná que é composta por diversas salas de
atividades específicas. Considerando que iluminação desses ambientes permanece
funcionando durante boa parte do dia letivo, o que significa grande consumo de
energia, e a atual situação energética do país, melhorar a eficiência energética da
universidade em relação à iluminação significa diminuir o consumo de energia e
consequentemente suas despesas.
É nesse contexto de modernização do sistema de iluminação com a utilização
da tecnologia LED, visando eficiência sem afetar a qualidade, é que esse estudo
será desenvolvido.
1.1
PROBLEMATIZAÇÃO

Qual o valor da quantidade de energia consumida pelo sistema de
iluminação atual das salas de aula da Pontifícia Universidade Católica do
Paraná?

Qual é o custo da energia consumida pelo sistema de iluminação atual?

O sistema de iluminação atual é suficiente para os diversos ambientes?

Trocar o sistema de iluminação atual por LED é suficiente para garantir
melhor eficiência energética nessa área?

É viável, atualmente, trocar a iluminação das salas de aula para LED?
16
1.2
OBJETIVOS
1.2.1 Objetivo Geral
Desenvolver um projeto para substituição do sistema de iluminação atual de
diferentes salas de aula da Pontifícia Universidade Católica do Paraná por um novo
sistema envolvendo tecnologia LED, visando melhor eficiência energética.
1.2.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos do trabalho são:
a) Realizar o levantamento da situação atual, das salas de aula a serem
avaliadas, abordando as características do ambiente, componentes do
sistema, horário de funcionamento, nível de iluminamento nos planos de
trabalho, o local e a tarifa de energia, conforme o manual de iluminação
eficiente do PROCEL de 2002.
b) Realizar estudos a respeito das opções de lâmpadas LEDs disponíveis no
mercado e a partir de pesquisas selecionar a melhor lâmpada para os
diferentes ambientes universitários.
c) Seguindo as normas ABNT referentes à iluminação, elaborar um novo
sistema utilizando as lâmpadas LED pesquisadas.
d) Simular o novo sistema de iluminação em softwares específicos.
e) Realizar um levantamento do consumo de energia e respectiva tarifa do
sistema de iluminação elaborado e com esses dados obter a relação custo
benefício do mesmo.
2
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NO BRASIL
Em tempos em que o aquecimento global, mudanças climáticas e o
esgotamento dos recursos energéticos naturais são motivo de preocupação no
mundo, a melhoria da eficiência energética é a solução mais econômica, eficaz e
rápida para minimizar impactos ambientais (Petrobras magazine).
17
Em 2001, houve uma grave crise de abastecimento de eletricidade que
demonstrou a importância da necessidade em melhorias nos usos finais de energia
por diversos setores de consumo (JANNUZZI).
Figura 1 - A cadeia do uso de energia
Fonte: A Eficiência Energética e o Novo Modelo do Setor Energético
A figura 1 mostra a forma de energia (primária e secundária) e os processos
pelos quais cada uma delas passa até o sistema de uso final. Durante a passagem
pelo setor energético há perdas de energia, um exemplo são os fósseis, que não são
aproveitados de forma ideal, parte deles é perdida para o meio ambiente, causando
não só desperdício, mas também poluição com a liberação de gases nocivos a
atmosfera.
O Brasil tem apoiado diversas iniciativas de melhorias no uso final de energia
elétrica desde a criação do Programa de Conservação de Energia Elétrica
(PROCEL) em 1985.
2.1
LEI N° 9.478, DE 6 DE AGOSTO DE 1997
Restabelece os princípios e objetivos da “Política Energética Nacional” que define,
em seu artigo 1°, a competência do Estado brasileiro quanto à proteção ao meio ambiente e
à promoção da conservação de energia. Esta lei instituiu o Conselho Nacional de Política
Energética – CNPE. Entre outras competências, o CNPE deve “Promover o aproveitamento
racional dos recursos energéticos do País”. Para o exercício de suas atribuições, o “CNPE
contará com o apoio técnico dos órgãos reguladores do setor energético”, onde vemos uma
premissa para a atuação de Agências Reguladoras como Aneel (Agência Nacional de
Energia Elétrica) e ANP (Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis).
18
2.2
LEI N° 9.991, DE 24 DE JULHO DE 2000
A Lei n° 9.991 determina a aplicação do montante de 0,5% da receita
operacional líquida – ROL – das concessionárias distribuidoras de energia elétrica
em projetos de eficiência energética voltados ao uso final. Esta estabelece ainda os
percentuais mínimos para investimento em pesquisa e desenvolvimento do setor
elétrico (incluindo eficiência energética) pelas concessionárias de geração,
transmissão e distribuição. Estes recursos são investidos em programas diretos das
próprias empresas, ou por meio do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico – FNDCT, além de parcela destinada ao MME para estudos e pesquisas de planejamento da expansão do sistema energético, bem como os de
inventário e de viabilidade necessários ao aproveitamento dos potenciais
hidrelétricos.
O objetivo desses programas é demonstrar à sociedade a importância e a
viabilidade econômica de ações de combate ao desperdício de energia elétrica e de
melhoria da eficiência energética de equipamentos, processos e usos finais de
energia.
2.3
LEI N° 10.295, DE 17 DE OUTUBRO DE 2001 E O DECRETO N° 4.059, DE
19 DE DEZEMBRO DE 2001
Também conhecida como a “Lei de Eficiência Energética” estabelece o
procedimento para a adoção de níveis máximos de consumo específico de energia,
ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de
energia fabricados ou comercializados no País. A Lei prevê, ainda, a evolução dos
níveis por meio de programa de metas, específico para cada equipamento. São
estabelecidos
prazos
diferenciais
para
fabricação
e
importação,
e
para
comercialização. Já foram regulamentados os índices mínimos para motores
elétricos
trifásicos,
lâmpadas
fluorescentes
compactas,
refrigeradores
e
congeladores, condicionadores de ar, fogões e fornos a gás, e aquecedores de água
a gás. A regulamentação desses equipamentos, considerando-se a etiquetagem e o
Selo
PROCEL,
possibilita
(Eletrobrás/Procel, 2009).
uma
economia
anual
estimada
em
4TWh
19
A implementação da Lei de Eficiência Energética tem como objetivo promover
transformações estruturais no mercado dos equipamentos consumidores de energia.
Pretende-se, com ela, disponibilizar para o mercado consumidor, a médio e longo
prazo, produtos com inovações tecnológicas induzidas pela eficiência energética. E
consequentemente trazer benefícios diretos ao meio ambiente, pela adoção de
equipamentos eficientes livres de gases que agridem a camada de ozônio, ou com a
redução da emissão de gases de efeito estufa.
2.4
PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA –
PROCEL
Criado em 1985, coordenado pelo MME e operacionalizado pela Eletrobrás, o
PROCEL foi convertido em Programa de Governo por meio de Decreto em 1991. O
Programa é constituído por diversos subprogramas, dentre os quais se destacam
ações nas áreas de iluminação pública, industrial, saneamento, educação,
edificações,
prédios
públicos,
gestão
energética
municipal,
informações,
desenvolvimento tecnológico e divulgação.
O Programa utiliza recursos da Eletrobrás e da Reserva Global de Reversão
(RGR) fundo federal constituído com recursos das concessionárias, proporcionais ao
investimento de cada uma, utilizando, também, recursos de entidades internacionais.
2.5
PROGRAMA NACIONAL DA RACIONALIZAÇÃO DO USO DOS DERIVADOS
DO PETRÓLEO E DO GÁS NATURAL – CONPET
O CONPET é um Programa do Ministério de Minas e Energia, cuja Secretaria
Executiva é exercida pela Petrobras, cabendo a esta empresa fornecer recursos
técnicos, administrativos e financeiros ao Programa. Seu principal objetivo é
incentivar o uso eficiente destas fontes de energia não renováveis no transporte, nas
residências, no comércio, na indústria e na agropecuária. As ações do programa
também são voltadas para a racionalização do uso dos derivados do petróleo e do
gás natural que contribuem na articulação de estratégias econômicas, ambientais e
institucionais.
20
2.6
PROGRAMA BRASILEIRO DE ETIQUETAGEM – PBE
O PBE resultou do Protocolo firmado em 1984 entre o Ministério da Indústria
e do Comércio e a Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica - ABINEE,
com a interveniência do Ministério das Minas e Energia.
O Programa Brasileiro de Etiquetagem visa prover os consumidores de
informações que lhes permitam avaliar e aperfeiçoar o consumo de energia dos
equipamentos eletrodomésticos, selecionar produtos de maior eficiência em relação
ao consumo, possibilitando economia nos custos de energia. Para isto, o PBE atua
através de etiquetas informativas (figura 2), com o objetivo de alertar o consumidor
quanto à eficiência energética de alguns dos principais eletrodomésticos nacionais.
Figura 2 - Etiquetas informativas de energia elétrica
Fonte : Vivagreen
21
2.7
PROESCO
Em 19 de maio de 2006, o BNDES aprovou o PROESCO, programa destinado a financiar projetos de eficiência energética. O Programa visa apoiar a
implementação de projetos que comprovadamente contribuam para a economia de
energia, com focos de ação em iluminação, motores, otimização de processos, ar
comprimido,
bombeamento,
ar-condicionado
e
ventilação,
refrigeração
e
resfriamento, produção e distribuição de vapor, aquecimento, automação e controle,
distribuição de energia e gerenciamento energético. A linha de financiamento
contempla ainda os usuários finais de energia, interessados em financiar a compra
de equipamentos eficientes.
3
ILUMINAÇÃO
Iluminação não significa apenas fornecer uma quantidade de luz a um local,
mas sim, fornecer a quantidade de luz necessária para que atividades sejam
desenvolvidas de forma mais eficiente e confortável. Desta forma, surge a
necessidade de projetar sistemas de iluminação eficientes e de qualidade que
satisfaçam as exigências impostas pelas normas técnicas.
3.1
A LUZ E A PERCEPÇÃO VISUAL
A luz é a energia radiante que tem a propriedade de sensibilizar o olho
humano. Ela faz parte de uma série de radiações quem compõe o espectro
eletromagnético e que diferem entre si por seu comprimento de onda e frequência.
Figura 3 - Espectro eletromagnético
Fonte: IME/USP
22
A luz visível faz parte do grupo de radiações compreendidas entre 3800 Å e
7800 Å. Esta faixa de radiações fica limitada por radiações infravermelhas que
possuem maior comprimento de onda (7800 a 100000 Å) e radiações ultravioletas
com menor comprimento de onda (1000 a 4000 Å). Dentro da faixa de luz visível, os
diferentes comprimentos de onda correspondem às diferentes cores de luz.
O olho humano é o órgão pelo qual se pode perceber a sensação de luz, cor,
e interpretar as imagens. A sensação visual devido aos estímulos luminosos gera
impulsos que são transmitidos até o cérebro através do nervo óptico.
A radiação eletromagnética visível passa pelo sistema óptico, formado pela
córnea e humor vítreo e incide sobre a retina do globo ocular, onde células nervosas
excitadas pela luminosidade informam suas impressões ao cérebro, que processa
essa informação e forma as imagens, completando assim a sensação visual.
As células nervosas são denominadas cones e bastonetes. Os cones são
células receptoras da retina responsáveis pela percepção das cores, possuindo
também sensibilidade para altos níveis de iluminamento e luminância (visão diurna).
Os bastonetes registram a intensidade luminosa e são responsáveis pela visão para
baixos níveis de luminância (visão noturna), não captam cores, mas são bastante
sensíveis aos movimentos e variações luminosas.
O olho humano é mais sensível a ondas que provocam a sensação de luz
amarela (550 Å). Então necessitamos de mais energia para a visualização de outras
cores de luz. Conforme mostrado na figura 4, quanto menor o comprimento de onda,
maior intensidade de sensação luminosa com pouca luz, e quanto maior o
comprimento de onda, menor intensidade de sensação luminosa com pouca luz. A
curva pontilhada corresponde a visão escotópica (noturna) com baixos níveis de
iluminância (0,001 cd/m2) e a curva cheia à visão fotóptica (diurna) com altos níveis
de iluminância.
23
Figura 4 - Curva de sensibilidade espectral relativa ao olho humano
Fonte: LABCON
3.2
CONCEITOS E GRANDEZAS LUMINOTÉCNICAS
3.2.1 Intensidade Luminosa (Símbolo: I, Unidade: candela - cd)
Indica como se distribui em todas as direções a energia irradiada. É a
intensidade do fluxo luminoso irradiado em determinada direção.
Duas fontes luminosas podem ter igual potência e em uma direção, uma
emitir mais energia que outra.
3.2.2 Fluxo Luminoso (Símbolo: φ, Unidade: lúmen - lm)
É a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em todas as direções.
Figura 5 - Intensidade luminosa
Fonte: LABCON
24
Figura 6 - Fluxo luminoso
Fonte: LABCON
3.2.3 Iluminância (Símbolo: E, Unidade: lux - lx)
Chamada também de iluminamento ou nível de iluminação, ela mede a
quantidade de luz que incide sobre uma superfície situada a certa distância da fonte.
Na prática, é a quantidade de luz num ambiente e pode ser medida com o auxílio de
um luxímetro.
A unidade lux é definida como sendo o iluminamento de uma superfície de
1m² recebendo de uma fonte de luz puntiforme a 1m de distância, na direção normal,
um fluxo luminoso de 1 lúmen, uniformemente distribuído.
A iluminância pode ser calculada pela expressão:
Onde:
= Fluxo luminoso (lm)
A = área (m²)
Devido às fontes luminosas não emitirem um fluxo luminoso uniforme em
todas as direções, o valor da iluminância não será a mesma em todos os pontos. A
norma NBR ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT,2013)
especifica níveis mínimos de iluminância para ambiente em função da atividade a
ser realizada no local, de forma que seja alcançado o conforto visual.
25
3.2.4 Luminância (Símbolo: L, Unidade: cd/m²)
Luminância é a sensação de claridade percebida, quando raios luminosos são
refletidos e transmitidos aos olhos, isto é, a intensidade luminosa que provem de
uma superfície pela sua superfície aparente. Ela pode ser calculada pela expressão:
Onde:
I = Intensidade luminosa (cd)
A = Área projetada (m²)
α = Ângulo considerado (graus)
Figura 7 - Iluminância x Luminância
Fonte: OSRAM
Pela dificuldade de medição, a intensidade luminosa de um corpo não
radiante (reflexão), pode-se usar como alternativa a expressão:
Onde:
E = Iluminância sobre a superfície (lx)
ρ = Coeficiente de reflexão
26
Os objetos refletem a luz diferentemente uns dos outros, significando assim
que a mesma iluminância pode originar luminâncias diferentes.
3.2.5 Refletância (símbolo: ρ)
Representa a relação entre o fluxo luminoso refletido e o fluxo luminoso
incidente de uma superfície, e seus valores são em função das cores e dos materiais
utilizados como alguns exemplos mostrados na figura 08. Seu valor pode ser
determinado utilizando a equação:
Onde:
= Fluxo luminoso refletido
= Fluxo luminoso incidente
Quanto maior o valor da refletância das superfícies, melhor será a distribuição
luminosa e maior será a iluminância do ambiente.
Figura 8 - Coeficiente de reflexão de alguns materiais e cores
Fonte: OSRAM
27
3.2.6 Eficiência Luminosa (Símbolo: η, Unidade: lm/W)
Eficiência Luminosa é a medida da quantidade de lúmens (fluxo luminoso)
que uma fonte luminosa gera por potência consumida.
Pode ser determinada pela expressão:
Onde:
φ = fluxo luminoso (lm)
P = potência consumida (W)
Essa grandeza, associada com as outras, influencia na determinação de
fontes luminosas eficientes e adequadas.
3.2.7 Índice de reprodução de cor (Símbolo: IRC, Unidade: %)
O índice de reprodução de cor de uma fonte luminosa artificial se refere à
fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma determinada fonte luminosa.
É a medida da cor real de um objeto ou superfície e sua aparência ao ser
iluminada.
O IRC é determinado de acordo com a atividade desenvolvida no
ambiente (varia de 0 a 100%). Quanto mais próximo o índice estiver de 100, mais
fielmente as cores serão reproduzidas.
Figura 9 - Reprodução das cores
Fonte: arqbrasil
É importante lembrar que o Índice de Reprodução da Cor não está
relacionado com a temperatura da cor.
28
3.2.8 Temperatura da cor (Símbolo: T, Unidade: K)
A temperatura da cor é a aparência de cor da luz. Quanto mais alta a
temperatura da cor, mais branca é a cor da luz.
A luz branca proporciona um
ambiente mais dinâmico, ideal para áreas de trabalho, já a luz amarela proporciona
um ambiente mais aconchegante, ideal para áreas de descanso.
Figura 10 - Temperatura da cor
Fonte: LUXSIDE
A premissa de que quanto mais clara a luz mais potente é a lâmpada não é
válida, pois a cor da luz não interfere na eficiência energética da lâmpada.
3.2.9 Vida Útil
A vida útil de uma fonte luminosa artificial está relacionada com a durabilidade
em horas da mesma. Ela deve ser levada em consideração do ponto de vista
econômico.
3.3
REQUISITOS DE UMA BOA ILUMINAÇÃO
Uma boa iluminação deve estar adequada a atividade a ser desenvolvida,
visando proporcionar conforto visual ao indivíduo e garantir o melhor desempenho
na realização da tarefa.
29
3.3.1 Acuidade Visual
A acuidade visual é a clareza de visão dos detalhes. Há vários fatores que
influenciam nessa capacidade de discernimento, como faixa etária, tempo de
exposição, contraste, distância da tarefa ao olho, tamanho da tarefa.
O tamanho da tarefa varia com a distância que ela está do olho. Os objetos
são aproximados ou distanciados do olho, para se enquadrarem dentro do campo
visual, para se obter melhor nitidez.
O tempo de exposição está relacionado com o tempo que um objeto demora a
ser visto, pois quando está em movimento pode esconder muitos detalhes. Esse
tempo varia conforme seu tamanho, contraste e nível de iluminação.
O contrate é o destaque do objeto com as outras superfícies que o cercam.
Quando o objeto possuir brilho inferior às outras superfícies da cena, mesmo que
não impeçam a realização da tarefa, proporcionarão um determinado grau de
desconforto visual por ofuscamento.
3.3.2 Nível de Iluminamento
O valor de iluminância recomendado para cada ambiente, tarefa ou atividade
a ser realizada é determinado pela NBR ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de ambientes
de trabalho (ABNT, 2013). A iluminância e sua distribuição pelas superfícies de
trabalho tem uma influência direta em como uma pessoa percebe e executa a tarefa
visual.
O nível de iluminância visando o melhor desempenho visual está relacionado
diretamente dimensões do ambiente, velocidade e precisão e tipo de tarefa a ser
executada. Um nível muito baixo de iluminação pode causar fadiga visual assim
como um nível muito alto pode provocar irritação da visão. Com isso, o aumento da
iluminação acima de certo nível crítico não se faz necessário, pois já não
proporciona aumento na acuidade visual e representa apenas um desperdício de
energia.
Os valores de iluminância podem ser ajustados em pelo menos um nível na
escala da iluminância, quando contrastes excepcionalmente baixos estão presentes
na tarefa, o trabalho visual é critico, a correção dos erros é cara, a exatidão ou alta
30
produtividade são importantes, a visão dos trabalhadores está prejudicada (ABNT
NBR ISO/CIE 8995-1, 2013).
A escala de iluminâncias é:
20 – 30 – 50 – 75 – 100 – 150 – 200 – 300 – 500 – 750 – 1000 – 1500 – 2000
– 3000 – 5000 lux.
3.3.3 Ofuscamento
O ofuscamento é a sensação visual produzida por áreas brilhantes dentro do
campo de visão, e pode ser classificado em ofuscamento desconfortável,
ofuscamento inabilitador e ofuscamento refletido.
O ofuscamento inabilitador, interfere na capacidade de realizar tarefas,
causando uma redução na habilidade de ver os objetos dentro do campo visual. Ele
é causado pela função direta do brilho ou intensidade luminosa da fonte de luz e do
contraste entre brilho e escuro no campo visual. Ele é mais frequente em iluminação
externa, podendo também aparecer em iluminação pontual e fontes brilhantes
intensas, como uma janela em um ambiente pouco iluminado.
O ofuscamento desconfortável pode causar dor, visão de imagens e manchas
de luz. Ele ocorre quando uma fonte de luz é vista dentro de um campo visual com
menos brilho e o efeito de saturação é produzido em máxima resposta. Ele varia em
função do brilho da fonte e das dimensões. Ele geralmente surge diretamente de
luminárias brilhantes ou janelas.
O ofuscamento refletido acontece quando a luz vinda de uma fonte é refletida
de uma superfície especular em direção aos olhos ou no seu campo de visão.
Reflexão de imagens é quando a imagem da fonte de luz é mais brilhante que a
luminância da tarefa, o que ocorre nas telas dos monitores.
Segundo Costa (2006), o ofuscamento depende da posição do observador em
relação ao eixo de visão. Muitas vezes ele não consegue ser totalmente evitado,
mas apenas atenuado. As luminárias podem apresentar medidas anti-ofuscantes
que permitem definir a sua qualidade em função de um nível de iluminação
determinado. Como não conseguimos prever a posição do observador em relação à
tarefa, o ofuscamento indireto se torna impossível de ser evitado, mas uma mudança
da posição do observador em relação à fonte de luz pode ser uma alternativa.
31
Independente dos tipos de ofuscamento existentes, os ajustes se fazem
necessários. Deve-se examinar com atenção a tarefa visual e selecionar
equipamentos de iluminação adequados com qualidade de luz, definida por normas.
É importante limitar o ofuscamento para evitar erros, fadigas e acidentes.
A NBR ISO/CIE 8995-1 estabelece que os valores máximos permitidos de
ofuscamento desconfortável de um sistema de iluminação de acordo ambiente,
tarefa ou atividade. Os valores são adotados na escala de valores 13 – 16 – 19 – 22
– 25 – 28, onde 13 representa o ofuscamento desconfortável menos perceptível. O
índice de URG dos equipamentos de iluminação deve ser fornecido pelo fabricante e
incorporado aos cálculos luminotécnicos.
3.3.4 Distribuição das Luminâncias e Efeitos de sombra e luz
As diferenças entre as luminâncias de vários planos causam a fadiga visual,
pois os olhos precisam se adaptar a essas variações de sensação de claridade.
Para evitar essa fadiga, é recomendado que as luminâncias do teto, parede e piso
se harmonizem numa proporção de 1:2:3, e que no caso de uma mesa de trabalho,
a luminância não seja inferior a 1/3 da do objeto observado.
A direção da luz interfere na maneira como percebemos os objetos. A luz
vinda de mais de uma direção atenua as sombras, deixando o plano de trabalho
homogêneo e sem distrações. Sombras são desejadas quando há necessidade de
se destacar relevos como em fachadas e esculturas e indesejadas quando
atrapalham ou impedem a visão correta da tarefa visual. Elas podem ser nítidas,
quando uma única fonte está iluminando o objeto; múltiplas quando tem várias
fontes luminosas e cada uma produz uma sombra nítida em direções diferentes e
suaves, quando a iluminação é distribuída de forma que nenhuma fonte luminosa é
predominante. Deve se levar em conta o direcionamento do foco das luminárias,
para se evitar que sejam criadas sombras. A direção de luz mais adequada vai
depender dos objetivos da impressão que se deseja causar e das atividades
desenvolvidas no ambiente.
32
3.3.5 Reprodução das Cores
As variações de cores que os objetos sofrem quando são iluminados por
fontes de luz diferentes, são identificadas pelo seu Índice de Reprodução de Cor
(IRC).
A cor de um objeto é determinada pela reflexão de parte do espectro de luz
visível que incide sobre ele. Para se obter uma boa reprodução de cores, deve haver
uma boa qualidade da luz incidente. É recomendada por norma, a utilização de
lâmpadas com IRC superior a 80% em locais de trabalho ou de permanência
constante.
3.3.6 Temperatura das Cores
A temperatura da cor refere-se ao aspecto da tonalidade de cor da luz. As
lâmpadas que apresentam diferentes temperaturas de cor, tem diferentes
distribuições espectrais. A aparência de cor da luz vai depender da composição do
espectro da fonte de luz.
A escolha da temperatura de cor de uma fonte de luz deve estar relacionada
com as cores dos materiais e o tipo de ambiente que se deseja proporcionar.
Vermelho, amarelo e laranja são cores consideradas quentes, já o verde, azul e
violeta são cores consideradas frias.
A aparência da cor das lâmpadas pode ser descrita pela sua temperatura de
cor correlata e estão divididas em três grupos:
 Cor quente: temperaturas abaixo de 3300 K.
 Cor intermediária: temperaturas entre 3300 K a 5300 K.
 Cor fria: temperaturas acima de 5300 K.
4
DISPOSITIVOS DE CONTROLE, LÂMPADAS E LUMINÁRIAS
4.1
DISPOSITIVOS DE CONTROLE
São equipamentos auxiliares cujo objetivo é proporcionar a partida das
lâmpadas de descarga e realizar o controle do fluxo de corrente em seu circuito.
33
4.1.1 Starters
Também conhecidos como disparadores e representados na figura 11, os
starters são dispositivos compostos por um pequeno bulbo com dois eletrodos
internos e imersos em gás inerte, cuja finalidade gerar um pulso de tensão capaz de
desencadear a ignição na lâmpada.
Figura 11 – Starter
Fonte: Philips
Quando submetido a uma descarga elétrica, o starter se aquece e
consequentemente fecha o circuito, através de lâminas bimetálicas, da lâmpada a
qual pertence, permitindo a passagem de corrente que, em seguida, esquenta os
eletrodos da mesma. Porém, quando a descarga é finalizada, as lâminas são
resfriadas e o circuito é aberto, com a abertura desse contato ocorre uma
sobretensão que fecha novamente o circuito no interior da lâmpada. A partir desse
ponto, a tensão entre os eletrodos gera o deslocamento de elétrons pelo filamento
da lâmpada e o seu devido funcionamento.
4.1.2 Reatores
Os reatores dispositivos com a finalidade de estabilizar a corrente elétrica de
uma lâmpada de descarga e fornecer características elétricas adequadas para a
mesma. No circuito elétrico de uma lâmpada, os reatores representam uma
reatância em série com esta, e podem ser classificados em dois tipos:
eletromagnéticos e eletrônicos. Entre esses dois, o reator eletrônico se destaca
devido seu menor consumo de energia, maior durabilidade da lâmpada e melhor
estabilidade do seu fluxo luminoso, além do maior tempo de vida útil, menor perda
por calor, mais compacticidade e leveza facilitando seu manuseio e instalação
(Philips).
34
4.1.2.1
Reatores eletromagnéticos
Os reatores eletromagnéticos podem ser constituídos de um núcleo de
lâminas de aço soldadas entre si e associadas a uma bobina de fio de cobre ou
formado por um núcleo de ferro com um enrolamento de cobre e ligado em paralelo
a um capacitor. Esses reatores são classificados em dois tipos: de partida comum ou
de partida rápida.

Reator eletromagnético de partida comum ou convencional (figura 12): é
caracterizado por fornecer uma tensão ao filamento, de uma lâmpada,
com a finalidade de pré aquecê-lo e em seguida proporcionar o
acendimento da lâmpada com o auxílio de um starter.

Reator eletromagnético de partida rápida: nesse reator a tensão aplicada
aquece os filamentos constantemente, facilitando o acendimento em um
curto espaço de tempo, sem a necessidade de um starter.
Ambos os reatores podem operar em formatos simples ou duplos, ou seja,
para uma ou duas lâmpadas (normalmente fluorescentes).
Figura 12 - Reator eletromagnético de partida convencional
Fonte: Philips
4.1.2.2
Reatores eletrônicos
Esses reatores são constituídos por componentes eletrônicos como
capacitores, indutores, resistores, circuitos integrados, entre outros. Devido à
presença de componentes indutivos e capacitivos é possível operar os reatores
eletrônicos em altas frequências, proporcionando maior fluxo luminoso com menor
potência e consequentemente de maior eficiência. Podem ser classificados em
reatores de partidas rápidas e de partidas instantâneas.
35

Reator eletrônico de partida rápida: O acendimento nesse reator é
controlado por um sistema de pré-aquecimento dos filamentos da
lâmpada. Inicialmente, ele gera uma tensão em cada filamento da
lâmpada e, em seguida, uma tensão de circuito aberto entre os extremos
da lâmpada. Essa partida possibilita a emissão de elétrons por efeito
termo-iônico, deste modo, é possível se obter um tempo de energização,
do reator e o acendimento da lâmpada, reduzido.

Reator eletrônico de partida instantânea: nesse reator os filamentos não
são pré-aquecidos, porém ele aplica uma tensão de circuito aberto para o
acendimento da lâmpada.
4.1.3 Ignitores
São dispositivos auxiliares encontrados em lâmpadas a vapor metálico e
vapor de sódio que atuam gerando uma sequência de pulsos de tensão com o
propósito de desencadear a descarga, quando a lâmpada inicia seu processo de
acendimento o ignitor deixa de emitir pulsos.
As lâmpadas a vapor metálico e as de vapor de sódio necessitam desse
dispositivo devido a sua partida, que exige uma tensão superior a da rede. Nesse
caso, quando essas lâmpadas estão desligadas durante, um intervalo de tempo
significativo, a pressão do gás encontra se reduzida e para elevá-la é necessário a
presença de um ignitor que inicia o disparo até que a pressão do gás atinja um valor
mínimo de reacendimento.
Existem hoje três tipos de ignitores:

Ignitor derivação: este utiliza o reator como transformador do pulso, logo o
reator deve suportar os impulsos de tensão além de estar junto do ignitor e
estarem afastados da lâmpada.

Ignitor série: nesse dispositivo o ignitor independe do reator e deve estar
incorporado a um transformador em um envoltório. Também necessita de
estar próximo à lâmpada, evitando a redução da intensidade dos pulsos,
podendo ter o transformador distante da mesma.

Ignitor paralelo: esse ignitor é utilizado em lâmpadas a vapor de mercúrio e a
vapor de sódio de baixa pressão. Além de gerar tensões de impulso que
36
podem perfurar o isolamento dos componentes do circuito da lâmpada
causando danos.
4.2
LÂMPADAS
4.2.1 Lâmpadas Incandescentes
São lâmpadas cujo funcionamento consiste na passagem de corrente elétrica
ao longo de um filamento de Tungstênio, gerando o aquecimento elevado deste e
consequentemente a emissão de luz.
4.2.1.1
Componentes das lâmpadas incandescentes
Figura 13 - Componentes de uma lâmpada incandescente
Fonte: Iluminação de interiores.
Como mostra a figura 13, os principais elementos que compõe as lâmpadas
incandescentes são:
 Filamento: normalmente composto por Tungstênio, devido seu alto ponto
de fusão que permite o filamento chegar a temperaturas elevadas e desse
modo gerar emissão de luz.
37
 Meio interno: composto por gases inertes que exercem pressão interna no
bulbo e que não reagem quimicamente com o Tungstênio, diminuindo a
oxidação do filamento e consequentemente aumentando a vida útil da
lâmpada. Alguns exemplos de gases utilizados nesse meio são o Argônio,
Nitrogênio e Criptônio.
 Bulbo: formado por vidro de baixa temperatura de fusão, para evitar o
amolecimento deste, devido à elevada temperatura do filamento. O bulbo
tem como objetivos separar o meio interno do externo, diminuir a
luminância da fonte de luz, alterar a composição espectral e distribuição
fotométrica do fluxo luminoso produzido (bulbos coloridos), além da
finalidade decorativa.
 Base: mecanismo de fixação que liga a lâmpada a alimentação de energia.
4.2.1.2
Vida útil e eficiência luminosa
Para aumentar a eficiência luminosa de uma lâmpada incandescente deve se
elevar a temperatura de seu filamento, porém esse aumento reduz o tempo de vida
útil da lâmpada.
Segundo a norma ABNT de iluminação geral, as lâmpadas incandescentes
possuem uma vida média de 1000h e eficiência luminosa de aproximadamente
15lm/W.
4.2.1.3
Fatores de depreciação e descarte das lâmpadas incandescentes
Depois de certo tempo, o fluxo luminoso das lâmpadas incandescentes
diminui devido aos seguintes fatores (MOREIRA, 1990):

Evaporação do filamento, que causa diminuição da seção, tornando-o mais
frágil, reduzindo sua temperatura, aumentando sua resistência elétrica e
consequentemente fazendo com que a lâmpada consuma menos potência
e diminua sua emissão de luz.
 Enegrecimento interno do bulbo, devido às partículas evaporadas pelo
filamento, que diminuem a emissão do fluxo luminoso.
38
As lâmpadas incandescentes por não possuírem substâncias potencialmente
nocivas ao meio ambiente e serem compostas por elementos recicláveis (como o
alumínio da base e o vidro do bulbo) podem ser descartadas normalmente como lixo
reciclável.
4.2.1.4
O fim das lâmpadas incandescentes
Atualmente estão em circulação no mercado brasileiro certa de 147 modelos
de lâmpadas incandescentes etiquetadas. Estima-se que a lâmpada incandescente
seja responsável por aproximadamente 80% da iluminação residencial no Brasil.
Um grande problema envolvendo essas lâmpadas é que estas consomem
grande quantidade de energia e iluminam pouco, esse fato foi decisivo para que em
julho de 2012 fosse proibida a fabricação e importação das
lâmpadas
incandescentes com potência de 150W e 200W e que não tiverem eficiência
energética determinada na Portaria n1007 de dezembro de 2010. Para as lâmpadas
de 60W, que são as mais utilizadas, bem como as de 75W e 100W, a data limite é
30 de julho de 2013.
A substituição desse tipo de lâmpada ocorrerá gradativamente e acabará em
julho de 2017, quando as lâmpadas de menor potência também terão sua fabricação
proibida.
4.2.1.5
Lâmpadas incandescentes halógenas
Também conhecidas como lâmpadas de quartzo, as lâmpadas halógenas,
como mostra a figura 14, são lâmpadas incandescentes que possuem internamente
ao bulbo, aditivos de iodo ou bromo.
39
Figura 15 - Lâmpada halógena
Fonte: OSRAM
Figura 14 - Lâmpada halógena dicroica
Fonte: OSRAM
O funcionamento dessa lâmpada se difere da incandescente comum quando
partículas de tungstênio, evaporadas do filamento, combinam-se com o bromo ou
iodo presentes no bulbo, formando um composto de iodeto de tungstênio (WI6), em
seguida, esse gás circula dentro do bulbo, através de correntes de convecção, e se
aproxima do filamento. Devido à alta temperatura próxima ao filamento, o iodeto de
tungstênio se decompõe e a parte correspondente ao tungstênio se deposita no
filamento o recompondo. Esse ciclo (“ciclo do iodo”) permite que o filamento possa
chegar a temperaturas mais elevadas aumentando o fluxo luminoso emitido sem
comprometer o filamento e consequentemente a vida útil da lâmpada.
Existem
também
as
lâmpadas
dicroicas,
figura
15,
que
são
um
aperfeiçoamento das lâmpadas halógenas por apresentarem um refletor capaz de
concentrar o fluxo luminoso, estas tem vida útil de cerca de 3.000h. E são usadas
em projetores com diversas aplicações interiores e exteriores e em particular nos
faróis dos automóveis.
4.2.2 Lâmpadas de Descarga
Nessas lâmpadas, a luz é emitida a partir de uma descarga elétrica contínua
em um gás ou vapor o qual quando excitado, pela radiação da descarga, provoca
uma luminescência.
As lâmpadas de descarga elétrica são classificadas em duas categorias, as
de Baixa Pressão, onde se encaixam as lâmpadas fluorescentes e as de vapor de
40
sódio, e as de Alta Pressão, compostas pelas de vapor de mercúrio, novamente as
de vapor de sódio, mista, vapor de mercúrio e as de vapores metálicos.
4.2.2.1
Componentes das lâmpadas de descarga
A lâmpada de descarga tem como componentes básicos:

Meio interno: gás ou vapor, presentes dentro do bulbo e que variam de
acordo com o tipo de lâmpada, através do qual se estabelece um arco
elétrico e consequentemente emissão de luz. Os gases mais utilizados são
o argônio, o neônio, o xenônio, o hélio ou criptônio, além dos vapores de
mercúrio e sódio.

Tubo de descarga: onde ocorre a descarga elétrica e é feita a composição
dos gases e vapores.

Eletrodos: compostos normalmente por níquel, tungstênio ou nióbios, além
de substâncias emissivas, os eletrodos são emissores de elétrons que
geram uma tensão elétrica entre eles.

Bulbo: nas lâmpadas de baixa pressão, baixas temperaturas, são
normalmente constituídos de vidro. Já em lâmpadas de alta pressão,
temperaturas elevadas, são compostos por quartzo ou, em casos
especiais, cerâmica translúcida.
4.2.2.2
Vida útil das lâmpadas de descarga
As lâmpadas de descarga, normalmente, tem sua vida útil reduzida devido à
quantidade de vezes que são acesas ou apagadas, ou seja, quando o seu número
de partidas é elevado, pois gera um maior desgaste do material ativo dos eletrodos
no momento da ignição, além de sujeitar as lâmpadas a maiores variações de
tensão elétrica, temperatura e pressões internas. Deste modo, adotar medidas que
diminuam as situações de partidas pode aumentar o tempo de vida útil dessas
lâmpadas.
41
4.2.2.3
Lâmpadas fluorescentes
São lâmpadas de descarga de baixa pressão, cujo bulbo é revestido
internamente por material fluorescente e seu meio interno é constituído por vapor de
mercúrio.
Em alguns tipos de lâmpadas fluorescentes (figura 16) há a necessidade de
alguns acessórios complementares para seu funcionamento adequado, são eles:
Figura 16 - Lâmpada Fluorescente
Fonte: Luminotécnica
O fluxo luminoso nessa lâmpada é produzido devido ao material fluorescente,
presente na superfície interna do bulbo, ativado pela energia ultravioleta da
descarga elétrica. Já a presença de vapor de mercúrio sob-baixa pressão tem como
objetivo facilitar a partida na lâmpada fluorescente.
Tem vida útil de aproximadamente 7.500h e custos maiores que as
incandescentes. Todavia, sua eficiência luminosa é cinco vezes maior que a das
incandescentes e superam os 70 lm / W (Copel, 2008).
Um problema presente nas lâmpadas fluorescentes é que estas possuem em
sua composição mercúrio, metal altamente tóxico e de volatilidade elevada em
condições normais de temperatura e pressão, possuindo alto grau de periculosidade.
A melhor forma de descarte para essas lâmpadas é que sejam enviadas para
aterros de resíduos perigosos ou tratadas antes de descarta-las.
42
4.2.2.4
Lâmpadas a vapor de mercúrio
São lâmpadas de alta pressão, como mostra a figura 17, constituídas por um
tubo de descarga de quartzo, para suportar elevadas temperaturas, contendo em
seu interior gás inerte (argônio), que facilita a descarga inicial, e gotas de mercúrio,
que são vaporizadas durante o processo de emissão de luz. Além da presença de
um reator que controla a descarga elétrica exercida sob a lâmpada.
Figura 17 - Elementos de lâmpadas de vapor de mercúrio
Fonte: Iluminação Elétrica
Quando uma tensão elétrica é aplicada na lâmpada é criado um arco elétrico
entre os eletrodos auxiliar e principal, provocando um aquecimento dos óxidos
emissores (presentes nos eletrodos), a ionização do gás e a formação de vapor de
mercúrio, deste modo, ocorre o aumento da pressão desses vapores e do fluxo
luminoso produzido até se estabilizar em sua condição normal de operação.
Em lâmpadas a vapor de mercúrio, a eficiência luminosa chega a
aproximadamente 50lm/W, para atingir essa eficiência é necessário a manutenção
de altas temperaturas no tubo de descarga, neste caso, o tubo é envolvido por outro
bulbo, que reduz as perdas de calor para o meio externo, proporcionando a
temperatura adequada. Já sua vida útil chega a 18.000h, mas nesse caso a lâmpada
necessita de um reator, cuja finalidade é estabilizar a descarga elétrica, evitando
grandes variações e preservando sua vida útil.
Por possuir certa quantidade de mercúrio assim como as fluorescentes, essas
lâmpadas devem ser tratadas antes de descartadas, ou levadas para aterros de
resíduos perigosos.
E tem grande aplicação na iluminação de estradas, aeroportos, grandes
naves industriais e geralmente em grandes espaços exteriores.
43
4.2.2.5
Lâmpadas de luz mista
A lâmpada de luz mista é conhecida por reunir três lâmpadas em uma, pois a
luz do filamento é incandescente (lâmpada incandescente), azulada (vapor de
mercúrio) e emitida em forma de radiação ultravioleta (fluorescente) que em contato
com a camada fluorescente do bulbo a transforma em luz avermelhada, além de não
necessitar de equipamentos auxiliares.
Como resultado da mistura das três lâmpadas consegue-se uma luz
semelhante à luz do dia. Possui eficiência luminosa entre 25 e 35 lm/W e um tempo
de vida útil de 6.000h. É utilizada frequentemente em iluminação interior, em
substituição da lâmpada de incandescência.
4.2.2.6
Lâmpadas a vapor de sódio
As lâmpadas a vapor de sódio podem ser de baixa ou alta pressão, ambas
tem seu tubo de descarga constituídos de sódio e uma mistura de gases inertes
(neônio e argônio) a uma determinada pressão para se obter uma tensão de ignição
baixa.
A descarga elétrica nessa lâmpada ocorre em um bulbo tubular a vácuo, este
é revestido por índio óxido de índio em sua superfície, essa camada de índio age
como um refletor infravermelho.
Nas lâmpadas a vapor de sódio de baixa pressão há poucos átomos de sódio
na descarga que se deseja excitar, obtendo assim uma composição espectral
monocromática e de fluxo luminoso amarelo, essa composição distorce as cores,
impedindo o seu uso em iluminação de interiores. Sua aplicação é em iluminação de
estradas, túneis, zonas ao ar livre.
Já as lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (figura 18), possui grande
parte da radiação de ressonância emitida do átomo de sódio perdida por auto
absorção da própria descarga, essa perda permite uma cor mais agradável e melhor
absorção de cores. São aplicadas utilizadas na iluminação externa, em avenidas,
autoestrada, viadutos, complexos viários, além do seu uso ampliado em áreas
industriais, siderúrgicas e locais específicos como aeroportos, estaleiros, portos,
ferrovias, pátios e estacionamentos.
44
Figura 18 - Lâmpada a vapor de sódio de alta pressão
Fonte: OSRAM
Em relação ao tempo de vida útil as lâmpadas de sódio de baixa pressão tem
em torno de 14.000 a 24.000 h, e um fluxo luminoso de 130 lm/W, já as de alta
pressão apesar da melhor reprodução de cores tem uma vida útil e fluxo luminoso
menores.
4.2.2.7
Lâmpadas de vapores metálicos
São lâmpadas semelhantes às de vapor de mercúrio e contém aditivos de
iodetos, como os de índio, tálio e sódio para melhorar a sua eficiência, sua
composição espectral. Sua luz emitida é da cor branca e seu fluxo luminoso é de
aproximadamente 95 lm/W além de uma vida útil entre 8.500 e 15.000 h.
4.3
LUMINÁRIAS
O uso de luminárias tem por objetivo fixar as lâmpadas de modo que sejam
agradáveis ao observador, serem capazes de modificar o fluxo luminoso para
atividades específicas, possibilitarem fácil instalação e posteriormente manutenção.
Sua estrutura pode ser constituída de diversos materiais, porém de acordo
com o local em que será usada, a lâmpada que será utilizada e a sua respectiva
finalidade no ambiente.
45
4.3.1 Direção do fluxo luminoso nas luminárias
Como citado anteriormente, as luminárias são capazes de modificar o fluxo
luminoso das lâmpadas de acordo com a atividade exercida no ambiente em que
será utilizada, nesse caso elas pode ser classificadas em (figura 19):

Diretas: Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente para o plano de
trabalhos. Tem como exemplo as luminárias refletoras ou também
conhecidas como spots.

Indiretas: Quando o fluxo luminoso é dirigido diretamente em oposição ao
plano de trabalho. Normalmente são aquelas luminárias com função
decorativa.

Semidireta: Quando parte do fluxo luminoso é direcionado diretamente e
predominantemente ao plano de trabalho e a outra parte é voltado ao
mesmo, porém na forma de reflexão.

Semi-indireta: Quando parte do fluxo chega ao plano de trabalho por efeito
indireto e outra parte diretamente.

Geral-difusa: Quando o fluxo luminoso apresenta a mesma intensidade em
todas as direções.
Figura 19 - Classificação do fluxo luminoso
Fonte: OSRAM
4.3.2 Modificação do fluxo luminoso nas luminárias
As luminárias tem a capacidade de mudar o fluxo luminoso emitido pela sua
fonte luminosa, a partir dessa característica pode-se classifica-las de acordo com
suas propriedades de modificar o fluxo luminoso.
46
4.3.2.1
Absorção
Capacidade da luminária de absorver parte do fluxo luminoso incidente,
assim, quanto mais escura for a superfície interna da luminária, maior será seu
índice de absorção.
4.3.2.2
Refração
Característica de direcionar o fluxo luminoso da fonte através de um vidro
transparente de construção específica, podendo ser plano ou prismático.
Os refratores são empregados para aplicar essa propriedade nas luminárias,
esses dispositivos modificam a distribuição do fluxo luminoso utilizando a
transmitância de uma fonte luminosa e são fundamentais para a vedação da
luminária, a protegendo contra poeira, chuva e impactos. Devem ser fabricados em
vidro duro temperado ou plásticos especiais para suportarem impactos mecânicos e
esforços térmicos.
4.3.2.3
Reflexão
Capacidade das luminárias de modificar a distribuição do fluxo luminoso,
através da sua superfície interna e sua forma geométrica de construção.
Essa propriedade é representada através dos refletores, dispositivos de vidro
ou plástico espelhado, alumínio polido, ou ainda de chapa de aço esmaltada ou
pintada de branco. Podem ser do tipo circular, elíptico ou parabólico, como mostra a
figura 20.
47
Figura 20 - Tipos de refletores
Fonte: Iluminação elétrica
4.3.2.4
Difusão
Característica
de
reduzir
a
iluminância
das
luminárias,
diminuindo
consequentemente os efeitos do ofuscamento através de uma placa de acrílico ou
de vidro.
Representando
essa
propriedade
tem-se
os
difusores,
dispositivos
translúcidos, foscos ou leitosos. Além das colmeias ou aletas que funcionam não só
como difusores mas também como refletores, defletores ou como absorvedores de
fluxo luminoso, e são usadas para ambientes que exijam maior controle do
ofuscamento.
4.3.3 Superfícies internas das luminárias
A composição da superfície interna das luminárias influencia no nível de
eficiência da iluminação, logo para cada tipo de ambiente e atividade nele exercida
necessita de uma luminária específica.

Luminárias de superfície esmaltada: A superfície dessas luminárias recebe
uma camada de tinta branca esmaltada e polida que permite um nível
médio de reflexão de 50%.
48

Luminárias de superfície anodizada: Confeccionadas em chapa de alumínio
e revestidas internamente por uma camada de óxido de alumínio, cuja
finalidade é proteger a superfície preservando o maior brilho por maior
tempo.

Luminárias de superfície pelicular: essa luminária é revestida internamente
por uma fina película de filme reflexivo e com deposição de prata e
autoadesiva, criando uma superfície de alta reflexão e alto brilho.
4.3.4 Curva de distribuição luminosa das luminárias
A curva de distribuição luminosa (CDL) de uma luminária é um diagrama em
coordenadas polares que representa a intensidade luminosa em todos os ângulos
em que ela é direcionada em um plano. Essa distribuição depende do design do
refletor, o tipo de estrutura e a configuração da lâmpada.
Para interpretar a curva, a luminária utilizada deve ser posicionada na
intersecção entre os eixos horizontal e vertical (centro das coordenadas) e em
seguida observar as direções da intensidade luminosa. Além disso, para a
uniformização dos valores das curvas, geralmente são referidas a 1000 lm, neste
caso, é necessário multiplicar o valor encontrado na CDL pelo fluxo luminoso das
lâmpadas em questão e dividir o resultado por 1000 lm.
Um exemplo de curva é a do tipo “bat wing”, mostrada na figura 21, a
luminária que contém esse formato de CDL é indicada para ambientes de alta
iluminância e com a necessidade de controle de ofuscamento.
49
Figura 21 - Curva de distribuição do tipo “bat wing”
Fonte: OSRAM
4.3.5 Grau de proteção das luminárias
O grau de proteção (IP – Ingress Protection) tem como finalidade definir
características específicas sob quais condições de trabalhos os equipamentos
elétricos, incluindo as luminárias, suportam, por exemplo, exposição à poeira e água
ou resistência a impactos mecânicos.
Esses dados são apresentados na norma NBR IEC 60529 - Graus de
proteção para invólucros de equipamentos elétricos (códigos IP), e são designados
por três numerais (“IPXX”), variando de 0 a 9, que definem em ordem consecutiva os
graus de proteção das diversas partes do equipamento em relação à penetração de
corpos, a líquidos e sua resistência ao impacto, esses valores são representados
nas tabelas a seguir.
Tabela 1 - Grau de IP contra penetração de objetos
Graus de proteção contra a penetração de objetos
sólidos estranhos indicados pelo primeiro numeral
característico
Numeral
Descrição sucinta do grau de proteção
0
1
2
3
4
Não protegido
Protegido contra objetos sólidos de Ø 50 mm e maior
Protegido contra objetos sólidos de Ø 12 mm e maior
Protegido contra objetos sólidos de Ø 2,5 mm e maior
Protegido contra objetos sólidos de Ø 1,0 mm e maior
50
5
6
Protegido contra poeira
Totalmente protegido contra poeira
Fonte: OSRAM
Tabela 2 - Grau de IP contra a penetração de água
Graus de proteção contra a penetração de água indicados
pelo segundo numeral característico
Numeral
Descrição sucinta do grau de proteção
0
1
Não protegido
Protegido contra gotas d’água caindo verticalmente
Protegido contra queda de gotas d’água caindo
verticalmente com invólucro inclinado até 15°
Protegido contra aspersão d’água
Protegido contra projeção d’água
Protegido contra jatos d’água
Protegido contra jatos potentes d’água
Protegido contra efeitos de imersão temporária em
água
Protegido contra efeitos de imersão contínua em água
2
3
4
5
6
7
8
Fonte: OSRAM
4.3.6 Manutenção das luminárias
Uma boa parcela dos gastos de um sistema elétrico pode ser resolvida com a
manutenção das luminárias, que também pode resolver problemas no rendimento
das mesmas.
Essa manutenção deve ser feita periodicamente, mantendo sempre um
relatório contendo informações sobre a lâmpada instalada em cada luminária, além
de suas características técnicas e o histórico de manutenções. E se possível manter
em estoque algumas luminárias, desse modo pode-se trocar e realizar a
manutenção total do equipamento em menor período de tempo, não causando perda
da qualidade da iluminação do ambiente.
5
DIODOS EMISSORES DE LUZ (LED’S)
Os Diodos Emissores de Luz (LEDs), assim como o nome já diz, são diodos
que emitem luz, logo, possuem características semelhantes aos dos diodos, ou seja,
são semicondutores que permitem a passagem de corrente elétrica em apenas um
51
sentido, além de serem formados por dois materiais distintos que forma a uma
junção P-N.
5.1
A EVOLUÇÃO DO LED
Os diodos emissores de luz surgiram em 1962, seu criador, Nick Holoniak Jr.
era engenheiro da General Eletric. Os primeiros LEDs foram produzidos inicialmente
na cor vermelha e posteriormente nas cores verde e amarelo.
Após uma grande evolução tecnológica, através das pesquisas realizadas por
Shuji Nakamura, houve o desenvolvimento do LED na cor azul (História do LED –
SOLELUX). Após essa evolução foi possível reproduzir a cor branca, a partir da
combinação das três cores azul, verde e vermelha, que misturadas entre si também
podem reproduzir outras cores.
Inicialmente, nas cores vermelha, verde e amarela os LEDs eram usados
apenas para a iluminação indicativa, hoje, além desta finalidade também são
utilizados em semáforos, sistemas de iluminação, lanternas, painéis de carros e em
diversas outras aplicações.
Figura 22 - Evolução da tecnologia das lâmpadas LED
Fonte: Skyleds
Figura 23 - Evolução dos LEDs
Fonte: LEDs na Iluminação Arquiteturial
52
5.2
O FUNCIONAMENTO DO LED’S
Os diodos emissores de luz, como já citado anteriormente, são formados por
uma junção semicondutora P-N (P-cargas positivas ou lacunas e N-elétrons), a
combinação do material do tipo N com o do tipo P formam um diodo. Quando há
passagem de corrente, ou seja, quando o diodo é diretamente polarizado os elétrons
e as lacunas são direcionados para a junção, onde o material do tipo N “cede” seus
elétrons para do tipo P preenchendo as lacunas, quando esse processo ocorre há a
liberação de fótons (unidades de luz).
A recombinação entre lacunas e elétrons gera emissão de energia na forma
de luz visível, como mostra a figura 24.
Figura 24 - Funcionamento dos LEDs
Fonte: Projeto e implementação de lâmpadas para iluminação de interiores empregando diodos
emissores de luz (LED’s)
5.3
OBTENÇÃO DE LUZ BRANCA NOS LEDS
Existem três meios para obtenção de luz de cor branca:
1º. Misturar diretamente luzes de três fontes monocromáticas, vermelhas,
verdes e azuis para reproduzir uma fonte de luz branca através da
combinação das três cores no olho humano.
53
2º. Usar um LED ultravioleta para excitar uma combinação de fósforos (material
depositado próximo ao material semicondutor) vermelhos, verdes e azuis.
3º. Utilizar um LED azul para excitar um ou mais fósforos emissores de luz
visível.
Dentre os três métodos apresentados acima, o mais comum e o mais utilizado
pelos fabricantes é o terceiro, nesse caso, o LED emite um pequeno fluxo luminoso
em direção ao fósforo, gerando uma porção azul do espectro, e convertendo o
restante da luz em porções amarelas, que correspondem às cores vermelha e verde
do espectro, desse modo ocorre a obtenção da luz branca.
5.4
DIODOS EMISSORES DE LUZ DE ALTA POTÊNCIA
Os LEDs de alta potência ou HPLEDs (figura 25) foram desenvolvidos
inicialmente para o uso em câmeras e smartphones, sendo utilizados como uma
opção de flash, pois são capazes de oferecer luminosidade suficiente para tirar fotos
em ambientes com pouca luz e sem usarem muita energia. Em relação aos
smartphones, os HPLEDs são combinados a um capacitor que suaviza a carga
sobre a bateria, armazenando uma carga suficiente para um disparo do flash e
sendo carregado ao longo de um período maior. Em seguida, estes foram utilizados
em lanternas, já que possuem maior eficiência comparados com os LEDs
convencionais. E hoje são utilizados na iluminação de ambientes.
Figura 25 - LED de alta potencia
Fonte: Clickplus.pt
54
O funcionamento dos LEDs de potência é o mesmo dos LEDs convencionais,
porém se diferem pela sua estrutura como mostram as figuras 26 e 27, devido ao
fato dos HPLEDs serem mais complexos por garantirem um melhor desempenho em
aplicações que exigem maior confiabilidade e eficiência.
Figura 26 - LED de alta potência (estrutura)
Fonte: ConexLed
Figura 27 - LED convencional
Fonte: ConexLed
55
5.5
NOVAS TECNOLOGIAS LED
Com o crescimento dos LEDs no mercado, as empresas tem se dedicado a
novas descobertas referentes a essa tecnologia. Em 2007, a PHILIPS Lumileds
lançou a linha LUXEON Rebel, estes proporcionam níveis de fluxo luminoso entre 90
e 100 lúmens de luz branca fria.
Para melhorar ainda mais as características dos LEDs, foi criado e
incorporado aos LUXEON Rebel, um TFFC (Thin Film Flip Chip), componente que
permite maximizar a área de emissão luminosa e minimizar a resistência térmica,
devido à remoção de substrato de safira e lixamento de sua superfície, resultando
em LEDs mais brilhantes e mais eficientes.
5.6
CORES EMITIDAS PELOS DIODOS EMISSORES DE LUZ
Os LEDs emitem luz monocromática, esta possui sua coloração definida pelo
tipo de material que a compõe. Deste modo é possível variar o comprimento de onda
emitido em uma ampla faixa do espectro luminoso obtendo dessa forma qualquer
cor dentro do espectro (DIAS, 2012). A seguir tem se os componentes químicos e as
cores reproduzidas por estes:

LED vermelho: Fosforeto de Gálio (GaP), Fosforeto de Gálio e Arsênico
(GaAsP).

LED amarelo e verde: Fosforeto de Gálio (GaP), Fosforeto de Índio, Gálio
e Alumínio (InGaAlP).

LED infravermelho: Arseneto de Gálio (GaAs), Arseneto de de fosforeto
de alumímio e gálio (GaAlAs).
Um fator que também determina a cor do LED é a tensão que é aplicada
sobre ele, um exemplo é o Nitreto de Gálio (GaN) que dependendo da tensão
aplicada pode assumir uma coloração (comprimentos de onda) que varia do azul ao
ultravioleta.
56
Figura 28 - Curva I x V em função da cor do LED
Fonte: Electrónica
5.7
LÂMPADAS LED
As lâmpadas LED, como o nome já diz, tem como sua principal composição
diodos emissores de luz, e já existem no mercado diversos modelos, como mostra a
figura 29.
Figura 29 - Lâmpadas LED
Fonte: Philips
57
As lâmpadas LED tem se tornado populares devido sua alta eficiência e
elevado tempo de vida útil, superando as lâmpadas incandescentes e até mesmo as
fluorescentes. Sua eficiência é caracterizada pelos seguintes fatores

Alto rendimento luminoso: Capacidade de direcionar o fluxo luminoso para
a área desejada de forma uniforme e reduzindo a quantidade de regiões
escuras.

Economia de energia: Por possuírem alto rendimento, poucas perdas para
o ambiente e de não apresentarem dispositivos para seu disparo
instantâneo, as lâmpadas LED consomem uma quantidade de energia
inferior às outras lâmpadas.

Custo de manutenção reduzido: Devido ao seu elevado tempo de vida útil,
não necessitam ser substituídas constantemente.

Baixa tensão de operação: Nesse caso, as lâmpadas LED operam em
tensões baixas, de modo que, não oferecem riscos para aqueles que
realizam sua instalação e manutenção.

Alta confiabilidade: possuem grande resistência a vibrações e a choques
mecânicos, logo, as lâmpadas LED dificilmente se quebram.
Além dessas características, as lâmpadas LED também não emitem raios
ultravioletas e podem ser facilmente controladas e programadas, permitindo uma
variedade de cores e arquiteturas luminotécnicas. Porém, sua principal desvantagem
é o custo inicial, pois é uma tecnologia relativamente nova no mercado e ainda está
no começo de sua exploração.
5.8
CONSIDERAÇÕES FINAIS SOBRE OS DIODOS EMISSORES DE LUZ
5.8.1 Vida útil real dos LED’s
Uma orientação dada em relação às lâmpadas LEDs é que apesar da sua
indicação de vida útil de 50.000 horas, essa especificação é viável para o ambiente
que contém toda a sua estrutura elétrica projetada para receber essas lâmpadas. Ou
seja, se apenas substituir as lâmpadas fluorescentes ou incandescentes (estruturas
elétricas antigas) por lâmpadas LEDs, estas não terão seu rendimento ideal. É por
58
esse motivo que, eventualmente, são necessários a utilização de drivers ou reatores
específicos conjuntamente com as LEDs.
5.8.2 Descarte das lâmpadas LEDs
As lâmpadas LEDs uma fonte de iluminação artificial limpa, pois ao contrário
das lâmpadas fluorescentes compostas por mercúrio, um metal tóxico e nocivo ao
meio ambiente, não possuem metais pesados em sua composição, logo não
precisam de nenhum tipo de tratamento especial antes da reciclagem.
Segundo a eCycle, as lâmpadas LEDs são compostas por 98% de materiais
recicláveis, permitindo que o seu descarte seja feito de forma normal, ou seja, pode
ser descartado junto a vidros comuns.
6
PRO JETO LUMINOTÉCNICO
Para o desenvolvimento de um projeto luminotécnico, primeiramente deve-se
avaliar algumas características como:
 Dimensões e o tipo de atividade a ser desenvolvida no ambiente.
 Cores das paredes, piso, teto e posicionamento do plano de trabalho.
 Período de utilização do ambiente.
 Informações técnicas das lâmpadas e luminárias a serem utilizadas.
 Condições do ambiente e manutenção do sistema de iluminação.
6.1
TIPOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Os tipos de sistemas de iluminação a serem utilizados devem ser escolhidos
conforme a tarefa a se executada no ambiente e a distribuição do fluxo luminoso.
Eles podem ser divididos em:

Iluminação geral: é a iluminação principal do ambiente, responsável por
suprir a quantidade de luz necessária na superfície de trabalho com
uniformidade. As luminárias são distribuídas de forma regular e o valor
iluminância média deve estar de acordo com o exigido pela norma.
59

Iluminação
localizada:
é
a
iluminação
produzida
por
luminárias
direcionadas à iluminação da tarefa visual ou superfície de trabalho. A
iluminância não é distribuída uniformemente.

Iluminação suplementar: é a iluminação localizada próxima às tarefas
visuais de forma a complementar a iluminação geral.
6.2
ESCOLHA DOS COMPONENTES DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Os sistemas de iluminação apresentam um significativo potencial de redução
de consumo de energia. Essa redução pode ser conseguida com a escolha correta
dos componentes e com programas de manutenção adequados à instalação.
Com a realização de uma manutenção inadequada, estes sistemas se
degradam com o tempo, determinando uma queda do fluxo luminoso que acarretará
na diminuição da iluminância no ambiente e que exigirá uma maior potência
instalada para o atendimento dos requisitos de iluminação.
O conjunto de lâmpadas e luminárias a serem utilizadas no ambiente deve ser
escolhido conforme as tarefas a serem executadas e as dimensões dos ambientes.
As luminárias devem ser escolhidas principalmente pela direção do fluxo
luminoso e eficiência. Outros fatores como adaptação ao ambiente, características
de seu refletor, qualidade do material de fabricação, facilidade de manutenção e
substituição de lâmpadas também devem ser observados.
Para a escolha das lâmpadas, deve-se levar em consideração a iluminância
necessária para a execução da tarefa, o período de funcionamento do sistema de
iluminação, a vida útil, temperatura, índice de reprodução de cor e eficiência
luminosa das mesmas.
6.3
CÁLCULOS DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL
Os cálculos de iluminação artificial são usados para determinar a quantidade
de equipamentos necessários para se alcançar a iluminação adequada para a tarefa
que será executa. Este cálculo pode ser realizado utilizando os seguintes métodos:

Método dos lúmens.

Método das cavidades zonais.
60

Método do ponto por ponto.
6.3.1 Método dos Lúmens
Este método é o mais utilizado, pois considera a quantidade total de fluxo
luminoso necessário para determinado ambiente, com base nas atividades a serem
realizadas, nas refletâncias das superfícies que compõe o ambiente, nos tipos de
lâmpadas e luminárias escolhidos, bem como a frequência de manutenção e limpeza
do sistema de iluminação. Tem por finalidade determinar o número de luminárias
necessárias para garantir determinada iluminância em um ambiente, baseando-se
no fluxo médio. É dividido nas etapas a seguir.
6.3.1.1
Determinação da Iluminância
A NBR ISO/CIE 8995-1:2013 estabelece os valores de iluminância mantida
na superfície de referência que devem ser escolhidas de acordo com a tarefa a ser
executada ou tipo de ambiente. Se não estiverem estabelecidos valores para uma
determinada tarefa ou ambiente, deve-se considerar os valores dados para a
situação mais similar.
6.3.1.2
Escolha dos componentes do sistema de iluminação
A escolha das luminárias e lâmpadas a serem utilizadas deve ser realizada
conforme descrito no subitem 6.2.
6.3.1.3
Determinação do Índice do local (K) ou razão da cavidade do recinto
(RCR)
Este índice relaciona as dimensões do recinto com a altura da luminária em
relação ao plano de trabalho. É dado pelas fórmulas:
61
Onde:
c = Comprimento de ambiente.
l = Largura do ambiente.
h = Altura de montagem da luminária (distância da fonte de luz ao plano de
trabalho).
6.3.1.4
Determinação do coeficiente de utilização (U)
O coeficiente de utilização das luminárias mede a relação entre o fluxo
luminoso emitido e o fluxo luminoso recebido no plano de trabalho. Parte deste fluxo
luminoso emitido pela lâmpada é absorvido pela luminária, outro é refletido pelas
superfícies que compõe o ambiente e outra parte segue diretamente para o plano de
trabalho. Portanto, o valor do coeficiente de utilização dependerá das perdas
verificadas nas luminárias, dimensões dos ambientes, reflexão do piso, chão e
parede e também do índice do local (K) ou razão da cavidade do recinto (RCR).
Os fabricantes de luminárias costumam fornecer um quadro que relaciona o índice
do recinto ou razão da cavidade do recinto com as refletâncias do piso, chão e
parede. O fabricante PHILIPS utiliza o índice do local (K), já o fabricante
LUMICENTER utiliza o valor RCR.
Para determinar o coeficiente, cruza-se o valor do índice do local (K) com os
dados de refletância das superfícies, conforme tabelas abaixo:
Tabela 3 - Exemplo para determinação do coeficiente de utilização das luminárias
TETO %
PAREDE %
70
50
PLANO DE
30
50
10
50
10
TRABALHO %
K
30
30
10
30
10
0
10
10
0
0
COEFICIÊNTE DE UTILIZAÇÃO (x 0.1)
0.6
32
28
26
31
28
26
28
26
25
0.8
38
34
31
37
34
31
33
31
30
1.00
42
39
36
41
38
36
38
36
35
1.25
46
43
40
45
42
40
42
40
39
1.50
48
46
44
48
45
43
45
43
42
2.00
52
60
48
51
49
48
49
47
46
62
2.50
54
53
51
53
52
50
51
50
49
3.00
56
54
53
55
53
52
53
52
50
4.00
57
58
56
57
55
56
56
57
55
56
54
55
54
55
54
55
52
53
5.00
Fonte: Revista O Setor Elétrico
O coeficiente de utilização também pode ser determinado através da fórmula
abaixo:
Onde:
U = Coeficiente de Utilização.
K = Índice do local.
η = Eficiência da luminária.
6.3.1.5
Determinação do fator de depreciação (Fd)
Este fator, também chamado de fator de manutenção, está relacionado com a
diminuição do fluxo luminoso no decorrer do tempo. Ele mede a relação do fluxo
luminoso emitido no fim do período de manutenção da luminária e o fluxo inicial da
mesma. O fator de depreciação é usado com o intuído de aumentar o fluxo luminoso
inicial a fim de garantir que este fluxo esteja de acordo com as exigências de
iluminância mesmo no final do período de manutenção.
Diversos métodos são usados para a determinação do fator de depreciação.
O livro de Instalações Elétricas Industriais, do autor João Mamede Filho apresenta a
tabela 04, para determinação deste fator.
Tabela 4 - Fator de depreciação
Tipo de Aparelho
Aparelhos para embutir lâmpadas incandescentes
Fd
0,85
Aparelhos para embutir lâmpadas refletoras
Calha aberta e chanfrada
Refletor industrial para lâmpadas incandescentes
Luminária comercial
Luminária ampla utilizada em linhas contínuas
0,80
0,75
63
Refletor parabólico para 2 lâmpadas incandescentes
Refletor industrial para lâmpadas MV
Aparelho para lâmpada incandescente para iluminação
indireta
0,70
Luminária industrial tipo Miller
Luminária com difusor de acrílico
Globo de vidro fechado para lâmpada incandescente
Refletor com difusor plástico
Luminária comercial para lâmpada high output colmeia
Luminária para lâmpada fluorescente para iluminação
0,60
indireta
Fonte: Instalações Elétricas Industriais
Creder (2002) sugere que os fatores de depreciação sejam calculados em
função das características do ambiente e período de manutenção das luminárias
conforme tabela 05.
Tabela 5 - Manutenção das Luminárias
Período de Manutenção (h)
Tipo de
ambiente
2500
5000
7500
Limpo
0,95
0,91
0,88
Normal
0,91
0,85
0,80
Sujo
0,80
0,66
0,57
Fonte: Creder, 2002
Portanto, cabe ao projetista avaliar e escolher o melhor método para
determinar o fator de depreciação.
6.3.1.6
Determinação do fluxo luminoso e quantidade de luminárias
O fluxo luminoso total desejado pode ser calculado utilizando a equação:
Onde:
Φ = Fluxo luminoso total (lm)
A = Área do recinto (m²)
64
E = Valor da iluminância (lux)
U = Coeficiente de utilização
Fd = Fator de depreciação
Após o cálculo do fluxo luminoso total, calcula-se o número de luminárias
necessárias para atender a iluminância exigida para o ambiente, conforme equação:
Onde:
N = Número de luminárias
Φ = Fluxo luminoso total (lm)
φ = Fluxo por luminária (lm)
O fluxo luminoso emitido por luminária dependerá do tipo e número de
lâmpadas instaladas por luminária.
6.3.2 Método das Cavidades Zonais
Este método se baseia na transferência de fluxo luminoso, e é aplicado a
ambientes de alto padrão técnico, onde se exige maior precisão de cálculos. Ele
estabelece que se uma superfície A emite ou reflete um fluxo de modo difuso, parte
deste fluxo é recebido por uma superfície B. A porcentagem de fluxo total emitido
por A que é recebido por B é chamado fator de forma de B em relação a A. O teto,
chão e paredes de uma ambiente atuam como superfícies refletoras do fluxo
luminoso e são denominadas de cavidades zonais (CREDER, 2002). Este cálculo
pode ser realizado conforme etapas descritas abaixo.
6.3.2.1
Determinação do Índice do local (RCR)
Para a determinação do índice, primeiramente são consideradas três
cavidades zonais:
 Cavidade do teto CT.
 Cavidade do recinto CR.
 Cavidade do chão CC.
65
Figura 30 - Divisão do ambiente em cavidades zonais
Fonte: Mamede Filho, J. 2002
O valor do índice do local relaciona as dimensões das cavidades às do recinto
e pode ser calculado através das equações abaixo, que:
Onde:
RCR = Razão de cavidade do recinto
= Altura da cavidade do recinto (m)
C = Comprimento do recinto (m)
L = Largura do recinto (m)
Onde:
RCT = Razão de cavidade do teto
= Altura da cavidade do teto (m)
Onde:
RCC= razão de cavidade do chão
= altura da cavidade do teto (m)
66
6.3.2.2
Determinação da refletância eficaz na cavidade
A combinação da refletância da parede e teto ou da parede e chão devem ser
convertidos para a refletância eficaz da cavidade do teto (
da cavidade do chão (
) ou refletância eficaz
), usando o auxilio das tabelas 31 e 32.
Figura 31 - Razões de Cavidades
Fonte: CREDER, 2002
Figura 32 - Tabela de refletância eficaz (%) da cavidade do teto ou chão
Fonte: CREDER, 2002
67
As obstruções nas cavidades do teto ou do chão são levadas em
consideração na obtenção da refletância eficaz da cavidade.
6.3.2.3
Determinação do coeficiente de utilização da luminária (U)
Cada luminária apresenta um coeficiente de utilização específico, e seus
valores são fornecidos pelo fabricante. Na figura 33, é apresentada a tabela com os
coeficientes de utilização para determinado tipo de luminária, considerando-se uma
refletância eficaz da cavidade do chão (
) de 20%. Se outros valores para
forem usados, o coeficiente de utilização deverá ser corrigido de acordo com a
tabela apresentada na figura 34.
Figura 33 - Coeficientes de utilização
Fonte: CREDER, 2002
68
Figura 34 - Fatores de correção para refletâncias da cavidade do chão diferente de 20%
Fonte: CREDER, 2002
6.3.2.4
Determinação do fator de perda de luz (FPL)
O fator de perda de luz é um conjunto de diversas perdas que ocorrem no
fluxo durante o funcionamento da luminária. Estas perdas são registradas como
fatores parciais e o produto delas fornece o valor de FPL. Estes fatores parciais são:
1) Temperatura do ambiente (TA).
2) Tensão de serviço (TS).
3) Fator de reator (FR).
4) Fator de depreciação da superfície da luminária (FSL).
5) Fator de depreciação devido à sujeira (FDS).
6) Fator devido a queima de lâmpadas (FQL).
7) Fator de depreciação dos lúmens da lâmpada (FDL).
8) Fator de depreciação devido à sujeira da luminária (FDSL).
Cada um desses fatores apresenta uma tabela específica para sua
determinação e seus valores são usados para determinação do fator de perda de
luz, conforme equação abaixo:
69
6.3.2.5
Determinação do fluxo luminoso e quantidade de luminárias
O fluxo luminoso total e a quantidade de luminárias é obtido através das
equações:
Onde:
Φ = Fluxo luminoso total (lm)
A = Área do recinto (m²)
E = Valor da iluminância (lux)
U = Coeficiente de utilização
FPL = Fator de perda de luz
N = Número de luminárias
φ = Fluxo por luminária (lm)
6.3.3 Método do Ponto a Ponto
O método ponto a ponto, também chamado de “método das intensidades
luminosas” é utilizado quando as dimensões da fonte luminosa são muito pequenas
em relação à distância do plano de trabalho que deve ser iluminado. Ele baseia-se
na quantidade de luz que incidirá diretamente em cada ponto do local a ser
iluminado, considerando apenas a fonte luminosa.
Para a determinação das Iluminâncias, aplicam-se as seguintes fórmulas:
Para luz incidindo perpendicularmente ao plano do objeto, e:
Para luz que não incide perpendicularmente ao plano do objeto.
Onde:
E = Iluminância no ponto (lux)
I = Intensidade luminosa (cd)
70
D = Distância da fonte luminosa ao objeto (m)
α = Ângulo de abertura do facho
h = Distância vertical entre a fonte de luz e o plano do objeto (m)
Portanto, iluminância em certo ponto é o somatório de todas as iluminâncias
incidentes sobre esse ponto, provenientes de diferentes pontos de luz, como mostra
a equação seguinte.
6.4
ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO
Para realizar a análise do custo-benefício de um sistema de iluminação,
consideram-se os custos iniciais, como custos de equipamentos e instalação, e os
custos com manutenção para manter o sistema funcionando que incluem os custos
com energia, reposição de lâmpadas, limpeza e manutenção dos equipamentos.
7
PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Em muitos ambientes, os sistemas de iluminação possuem significativo
potencial de redução de energia elétrica, pois utilizam de equipamentos de
tecnologia obsoletas e com alto consumo energético.
O termo retrofit é utilizado para definir alterações ou reformas em sistemas de
iluminação visando a conservação de energia elétrica, através da utilização de
tecnologias energeticamente eficientes resultando na conservação de energia
elétrica sem detrimento da satisfação e conforto do usuário (GHISI, 1997).
Para o desenvolvimento deste trabalho, a metodologia seguirá as seguintes
etapas:

Avaliação do atual sistema de iluminação artificial.

Elaboração do novo projeto de iluminação.

Avaliação do novo projeto de iluminação.

Avaliação da viabilidade do novo projeto.
71
7.1
AVALIAÇÃO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL ATUAL DOS
AMBIENTES INTERNOS
Ao se analisar a iluminação de ambientes internos deve-se verificar se a
mesma esta de acordo com as exigências luminotécnicas: distribuição adequada da
iluminação, conforto visual e eficiência energética. A iluminação deve satisfazer
tanto os aspectos quantitativos como os qualitativos exigidos pelos ambientes.
A iluminação deve assegurar conforto visual às pessoas que utilizam o
ambiente, desempenho visual, garantindo a realização das tarefas visuais com
agilidade e precisão e a segurança visual.
Segundo LAMBERTS (1997), conforto visual é entendido como a existência
de um conjunto de condições, num determinado ambiente, no qual o ser humano
pode desenvolver suas tarefas visuais com o máximo de acuidade e precisão visual,
com o menor esforço, menor risco de prejuízos à vista e com reduzidos acidentes.
7.1.1 Características do ambiente
Primeiramente será realizado o levantamento das dimensões, tal qual o
comprimento, a largura, o pé direito, a altura da luminária em relação ao solo e ao
plano de trabalho, dos ambientes escolhidos para serem avaliados, utilizando uma
trena. Estes dados são fundamentais para a análise, pois influenciam no nível de
iluminância e na eficiência do sistema de iluminação.
Devem ser medidos também os valores das refletâncias das superfícies que
compõe os ambientes: teto, piso, quadro negro, parede e plano de trabalho. Para a
determinação aproximada da refletância das superfícies, utiliza-se o “Método do
papel branco fosco”. Este método sugere que seja colocado um papel branco fosco
encostado à superfície e que com o auxílio de um luxímetro, posicionado a 7,5 cm
do papel, seja realizado a medição da iluminância. Em seguida, deve ser retirado o
papel branco e medido novamente a iluminância. Após as medições, é realizado o
cálculo para determinar o valor da refletância da superfície (CREDER, 2002),
seguindo a equação descrita abaixo:
72
Onde:
= Refletância da superfície (%)
= Nível de iluminamento medido da superfície sem o papel branco
fosco.
= nível de iluminamento medido da superfície com o papel branco
fosco.
A NBR ISO/CIE 8995-1 estabelece que os valores de refletâncias para
superfícies internas estejam entre:

Teto: 0,6 à 0,9.

Paredes: 0,3 à 0,8.

Planos de trabalho: 0,2 à 0,6.

Piso: 0,1 à 0,5.
7.1.2 Componentes do sistema de iluminação
Através de visitas às salas, deve se determinar os tipos e quantidades de
luminárias e lâmpadas juntamente com suas especificações técnicas e como se dá
suas distribuições pelos ambientes. Com essas informações será determinada a
potência total instalada isoladamente para cada sala.
7.1.3 Horário de funcionamento e consumo energético do atual sistema
Para determinar o total de energia consumida pelas salas de aulas avaliadas,
serão utilizados dois métodos, e em seguida compará-los para avaliar sua
viabilidade.
O primeiro método consiste na instalação de dois medidores de energia
LACTEC, representados na figura 35, no quadro de energia do bloco de Engenharia
Elétrica da Pontifícia Universidade Católica do Paraná, nos circuitos de iluminação
correspondentes as salas de circuitos A (sala de informática) e circuitos B (sala de
microeletrônica), indicado na figura 36.
73
Figura 35 - Medidor de energia LACTEC
Fonte: O autor
Figura 36 - Medidores no circuito de iluminação
Fonte: O autor
Os medidores, no projeto, tem a finalidade de registrar a energia consumida,
em kWh, pela iluminação, nas salas de microeletrônica e de informática durante o
período de 68 dias. Em seguida, os valores medidos serão comparados com os
valores encontrados no segundo método.
74
O segundo método tem por finalidade se obter a quantidade de energia, em
kWh, através de cálculos envolvendo a potência das lâmpadas utilizadas, nas salas
de aulas avaliadas, e seu tempo de funcionamento. Nesse caso aplica-se a seguinte
equação:
Onde:
= Quantidade de energia consumida (kWh)
= Potência total das lâmpadas (W)
= Período de tempo em que as salas ficam acesas (h)
Para determinar o período em que as salas ficam acesas, serão consultados
os horários de aula de cada sala e contabilizadas suas respectivas horas de
funcionamento, aplicando esses dados na seguinte função:
Onde:
= Período de tempo em que as salas ficam acesas (h)
= Quantidade de horas diárias em que as lâmpadas ficam acesas (h)
Para se obter a potência total das lâmpadas, durante a etapa de estudo dos
componentes do sistema de iluminação atual são observados as especificações
técnicas das lâmpadas, dentre elas a potência de cada lâmpada, essa informação
permite utilizar a seguinte equação:
Onde:
= Potência total das lâmpadas (W)
= Número de luminárias presentes na sala
= Número de lâmpadas em cada luminária
= Potência de cada lâmpada (W)
Após realizada a comparação dos métodos citados acima, será calculado o
custo da energia consumida em cada ambiente, a partir dos dados obtidos dos
medidores e da taxa de valor do kWh, fornecida pela Copel, aplicados na seguinte
equação:
75
Onde:
C = custo total da energia consumida pela sala estudada (R$).
= quantidade de energia consumida (kWh).
$ = tarifação imposta pela Copel (R$).
7.1.4 Medição da iluminância do ambiente
A NBR ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de Ambientes de Trabalho (ABNT,2013)
estabelece que a malha necessária para determinar as iluminâncias e uniformidades
médias depende do tamanho e forma da superfície, geometria do sistema de
iluminação, distribuição da intensidade luminosa das luminárias utilizadas, precisão
requerida e quantidades fotométricas a serem avaliadas. Para o cálculo do tamanho
da malha usa-se a equação a seguir:
Onde:
p = Tamanho da malha (m)
d = Maior dimensão da superfície de referência (m)
O cálculo para o número de pontos (n) de medição é estabelecido pelo
número inteiro mais próximo da relação d para p. Assim as superfícies de referência
são subdivididas em retângulos com os pontos de medição em seu centro. A média
aritmética de todos os pontos será a iluminância média.
As medições do nível de iluminamento devem ser realizadas a noite para
evitar a influência da iluminação natural nos resultados, usando um luxímetro, com a
fotocélula posicionada no plano horizontal à 0,8 metros do chão. Antes de iniciar as
medições, o luxímetro deve ser exposto a uma iluminância parecida a do ambiente,
por aproximadamente 10 min, para que as fotocélulas se estabilizem.
7.1.5
Análise da iluminação
Através da iluminância média calculada para cada ambiente, conforme 7.1.4
avalia-se se os valores encontrados estão de acordo com os estabelecidos na NBR
ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de Ambientes de Trabalho (ABNT, 2013).
Esta norma estabelece os níveis de iluminância média recomendados para
cada tarefa conforme tabela 06.
76
Tabela 6 - Valor de iluminância média e IRC conforme ambiente e tarefa
Tipo de ambiente, tarefa ou
̅
atividade
(Lux)
URG
IRC
Construções educacionais
Brinquedoteca
300
19
80
Berçário
300
19
80
300
19
80
300
19
80
500
19
80
Sala de leitura
500
19
80
Quadro negro
500
19
80
Mesa de demonstração
500
19
80
Salas de arte e artesanato
500
19
80
750
19
80
750
19
80
500
19
80
Oficina de ensino
500
19
80
Salas de ensino de música
300
19
80
500
19
80
300
19
80
500
22
80
200
22
80
Salas dos professores
300
22
80
Salas de esportes
300
22
80
Sala dos profissionais do
berçário
Salas de aula, salas de aula
particulares
Salas de aula noturna,
classes e educação de
adultos
Salas de arte em escola de
arte
Salas de desenho técnico
Salas de aplicação e
laboratório
Salas de ensino de
computador
Laboratório linguístico
Salas de preparação e
oficinas
Salas comuns de estudantes
e salas de reunião
Fonte: Adaptação da NBR ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT, 2013)
77
O valor da iluminância média pra cada ambiente, não pode estar abaixo do
estabelecido na tabela 06, independentemente da idade e condições de instalação
do sistema.
Além da comparação dos valores de iluminância, deve-se verificar se o índice
de reprodução de cores (IRC) está adequado ao tipo de tarefa realizada em cada
ambiente. Os valores mínimos recomendados para o IRC dos ambientes analisados
estão estabelecidos na tabela 06. Deve-se analisar também se a temperatura da cor
da lâmpada utilizada está compatível com as tarefas executadas. As lâmpadas
geralmente são divididas em três categorias, mostradas na tabela 07.
Tabela 7 - Classificação das lâmpadas quanto à temperatura
Aparência da cor
Temperatura de cor correlata
Quente
Abaixo de 3300 K
Intermediária
3300 K à 5300 K
Fria
Acima de 5300 K
Fonte: NBR ISO/CIE 8995-1 – Iluminação de ambientes de trabalho (ABNT, 2013)
7.1.6 Resultado da análise da iluminação
Após a avaliação das condições do sistema de iluminação atual, pode-se
chegar a três situações:
1) Os níveis de iluminância muito acima do recomendado:
Nesta situação, deve-se diminuir o nível de iluminância para o
recomendado, gerando assim redução na potência total instalada.
2) Os níveis de iluminância próximo do recomendado:
Nesta situação, deve-se manter o nível de iluminância, porém, visar a
redução da potência total instalada.
3) Os níveis de iluminância abaixo do recomendado:
Nesta situação, deve-se utilizar de equipamentos a fim de atingir o nível de
iluminância recomendado com a menor potência instalada.
Estas situações devem ser corrigidas no novo projeto de iluminação.
78
7.2
DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO
Após serem definidas as características e funções dos ambientes escolhidos,
gastos com energia elétrica e a avaliação das condições da iluminação atual, é
realizado o desenvolvimento do novo projeto de iluminação.
O método utilizado para a elaboração do projeto será o método dos lúmens, já
descrito no item 6.3.1, e devem-se seguir as seguintes etapas.
7.2.1 Determinação da iluminância média para os ambientes
Para a determinação da iluminância média adequada para cada ambiente e
tarefa executada, deve-se adotar os valores recomentados na NBR ISO/CIE 8995-1
– Iluminação de ambientes de trabalho, conforme tabela 06.
7.2.2 Escolha das lâmpadas e luminárias.
O desenvolvimento do novo projeto de iluminação será realizado utilizando
sistemas de iluminação a LED. Com alta eficiência energética e baixo consumo, o
LED se torna uma excelente opção para substituição das lâmpadas existentes. O
uso desta tecnologia oferece diversas vantagens, dentre as quais se destacam:
 Alto rendimento luminoso.
 Vida útil longa.
 Redução com os custos de manutenção.
 Alta qualidade de reprodução de cor.
 Não contaminação do meio ambiente.
As lâmpadas devem ser escolhidas pela sua eficiência luminosa, temperatura
de cor, índice de reprodução de cor e vida útil.
Elas devem possuir a maior eficiência luminosa e vida útil possível e sua cor
deve ser escolhida de acordo com a tarefa que será realizada no ambiente, visto que
a aparência de cor é uma questão estética e psicológica. Já o índice de reprodução
de cor é importante para o desempenho e conforto visual, e a lâmpada deve atender
79
a NBR ISO/CIE 8995-1, que estabelece os valores mínimos recomendados para
cada tipo de ambiente e tarefa, conforme tabela 06.
Ao longo da vida útil de uma lâmpada, ocorre uma diminuição do fluxo
luminoso devido à própria depreciação normal do fluxo e ao acúmulo de poeira
sobre a lâmpada e o refletor. Estes fatores também devem ser considerados.
Para a escolha das luminárias primeiramente deve-se observar quais os
requisitos para a execução das tarefas. A escolha deve ser realizada principalmente
em função de suas curvas fotométricas e propriedades reflexivas.
Através da curva de distribuição luminosa, coeficiente de utilização ou
rendimento, deve ser realizado a análise da eficiência a luminária. Esta dependerá
também das características de seu refletor, das luminárias possuírem ou não aletas,
do tipo de pintura do refletor e aletas e da utilização de difusor. A curva de
distribuição luminosa está relacionada com o direcionamento do fluxo luminoso e a
probabilidade de ocorrência de reflexos, brilhos e ofuscamentos.
Estas informações para análise devem ser fornecidas pelos fabricantes das
luminárias. Os catálogos também informam quais as luminárias mais adequadas
para cada tipo de ambiente.
Deve-se escolher mais de um tipo de luminária, para que seja possível a
comparação e escolha da melhor e mais indicada ao ambiente.
7.2.3 Cálculo do número de luminárias
Após escolhidas as lâmpadas e luminárias a serem utilizadas em cada
ambiente, realiza-se o cálculo para a determinação do número de luminárias,
utilizando o Método dos Lúmens, descrito no item 6.3.1.
Definida a quantidade de luminárias, deve-se avaliar a melhor forma sua de
distribuição e posicionamento pelo ambiente, a fim de garantir a uniformidade das
iluminâncias nos planos de trabalho.
7.2.4 Avaliação do novo projeto
Deve-se realizar a avaliação final do sistema de iluminação, verificando a
economia de energia elétrica proporcionada pelo novo sistema de iluminação nos
ambientes. Deve ser avaliada a potência instalada e a relação entre a potência
80
instalada e a área do recinto. Essa relação deve ser utilizada para a verificação da
eficiência luminosa do projeto.
7.3
SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Existem diversos softwares para a simulação de cálculos luminotécnicos. Eles
são usados para a determinação do número de luminárias a serem instaladas no
ambiente. Geralmente apresentam a curva de distribuição luminosa e o quadro do
fator de utilização para as luminárias disponíveis.
Para a simulação do sistema atual de iluminação e do novo projeto
desenvolvido, para fins de comparação, será utilizado será utilizado o software de
simulação DIALUX evo.
O DIALUX EVO é um programa de cálculo grátis e independente de qualquer
fabricante. Nele estão disponíveis uma grande quantidade de luminárias e lâmpadas
dos mais diversos fabricantes.
7.4
AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DO NOVO PROJETO.
Para avaliar a viabilidade de execução do projeto desenvolvido, deve-se
conhecer o preço das luminárias e lâmpadas a serem utilizadas, bem como o custo
de manutenção e reposição de equipamentos deteriorados. Esta avaliação deve ser
realizada através do tempo esperado para o retorno do investimento.
8
ESTUDOS DE CASO
Aqui serão apresentados os resultados para o estudo dos casos das salas da
Pontifícia Universidade Católica do Paraná, usando a metodologia proposta.
Primeiramente são definidas para estudo, salas onde são realizadas diferentes
tarefas. Em seguida, apresentam-se os resultados da avaliação do sistema de
iluminação artificial atual das salas. Após estes resultados, é iniciado o
desenvolvimento novo projeto de iluminação, definindo lâmpadas e luminárias a
serem utilizados e o cálculo para determinar a quantidade de luminárias para cada
sala. Realiza-se a simulação do novo projeto no software Dialux, e finaliza-se com a
análise econômica do projeto.
81
As salas escolhidas para serem avaliadas são:
8.1

Sala de aula – sala 16 (dezesseis) da Escola Politécnica.

Sala de desenho técnico – sala D4 da Escola Politécnica.

Sala de circuitos A do Bloco de Engenharia Elétrica.

Sala de circuitos B do Bloco de Engenharia Elétrica.
SALA DE AULA
A sala de aula avaliada, mostrada na figura 37, é um modelo convencional,
utilizada para atividades de leitura, escrita e apresentações orais.
Figura 37 – Imagens da sala de aula
Fonte o autor
82
8.1.1 Análise do atual sistema de iluminação
8.1.1.1
Características do ambiente
Nessa primeira etapa foi realizado a medição das dimensões da sala de aula,
utilizando uma trena MELFI 7,5 m e largura 25mm, conforme apresentado na tabela
8.
Tabela 8 - Dimensões do ambiente
Dimensões
Valores medidos (m)
Comprimento
9,8
Largura
7,26
Pé direito
3,3
Altura da luminária em relação ao solo
3,3
Altura da luminária em relação ao plano
2,575
de trabalho
Fonte o autor
A sala é composta por paredes de “tijolinhos” marrom claro, janelas
posicionadas à 1,2 metros do chão e cobrindo toda a extensão de uma das paredes
laterais, chão de tacos de madeira, teto de cor branca e mesas de fórmica creme
reflexivas. As refletâncias dessas superfícies foram determinadas utilizando o
método do papel branco fosco, descrito na seção 7.1.1, e representadas na tabela 9.
Tabela 9 - Refletâncias das superfícies
Superfícies
Iluminância sem
Iluminância com
o papel (lx)
o papel (lx)
Refletâncias (%)
Parede
30
80
28
Chão
51
133
29
Quadro
36
139
19
Plano de trabalho
170
217
59
Fonte: O autor
Devido à dificuldade para a medição, foi considerado o valor de 75% para a
refletância do teto, tendo em visto que, a cor branca possui refletância entre 60 e
90% (seção 7.1.1).
83
8.1.1.2
Componentes do sistema de iluminação
A sala de aula é constituída por um conjunto de dezesseis luminárias
distribuídas de acordo com a figura 38, cada qual contendo duas lâmpadas.
Figura 38 - Disposição das lâmpadas das salas da aula
Fonte: O autor
As lâmpadas utilizadas são as TLDRS32W-S84-ECO (figura 39) fabricadas
pela PHILIPS, com as seguintes especificações técnicas:
 Potência: 32 W.
 Base: G13.
 Temperatura de cor: 4000 K.
 Fluxo luminoso: 2700 lm.
 Eficiência luminosa: 84 lm/W.
 Índice de reprodução de cor: 85.
 Vida mediana: 15000 h.
 Comprimento: 1213,6 mm.
 Diâmetro: 28 mm (T8).
84
Figura 39 – Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO
Fonte: PHILIPS
Devido à falta de dados, não foi possível identificar o fabricante e a linha das
luminárias, porém foram observadas que estas são de formato retangular, modelo
de sobrepor, com corpo de chapa de aço pintado, refletor de alumínio anodizado
brilhante e sem aletas, como mostra a figura 40.
Figura 40 - Luminária da sala de aula
Fonte: O autor
8.1.1.3
Horário de funcionamento e consumo energético
Nessa etapa do projeto, não possível a instalação de medidores de energia,
devido à complexidade da instalação elétrica da Escola Politécnica. No entanto,
foram realizados os cálculos do consumo de energia.
Para a determinação do tempo em que as luzes ficam acesas, foi considerado
que a sala é utilizada apenas durante os períodos matutino (7h às 13h) e noturno
(18h às 23h), conforme verificado junto à secretaria da Escola.
A tabela 10 apresenta os dados referentes ao consumo energético.
Tabela 10 - Consumo energético da sala de aula
Variáveis
Potência de cada lâmpada
Dados
32 W
85
Número de lâmpadas em cada luminária
2
Número de luminárias
16
Potência total das lâmpadas
1024 W
Quantidade de horas diárias em que as
11 h
lâmpadas ficam acesas
Período de tempo que a sala fica acesa
22 dias (de segunda à sexta-feira)
Quantidade de energia consumida
247,81 kWh
Fonte: O autor
A partir dos dados da tabela 10, foi possível determinar o custo da energia
consumida, apontado na tabela 11, considerando que a Universidade se enquadra,
segundo a COPEL, na classe comercial A4 convencional.
Tabela 11 - Custo energético da sala de aula
Variáveis
Tarifação (com impostos)
Dados
0,23666 R$/kWh
Quantidade de energia consumida
Custo total da energia consumida
pela sala
247,81 kWh
58,6467 R$
Fonte: O autor
8.1.1.4
Medição da iluminância
Utilizando um luxímetro ICEL manaus LD-520, a verificação do valor da
iluminância média foi realizada seguindo o método proposto na NBR ISO/CIE 89951, já descrito na seção 7.1.4.
As medições foram realizadas no período noturno para evitar influência da luz
natural e a quantidade de pontos medidos determinados a partir dos dados da tabela
12.
Tabela 12 - Número de pontos a serem medidos nas salas de aula
Variáveis
Tamanho da malha
Dados
0,986 m
Maior dimensão da superfície de referência
Número de pontos total
9,8 m
9,939 pontos
Fonte: O autor
86
Apesar de terem sido calculados o mínimo de dez pontos, optou-se pela
verificação de doze, para uma distribuição mais adequada às dimensões da sala,
como mostra a figura 41 que também apresenta os valores das iluminâncias
medidas para cada ponto.
Figura 41 - Iluminâncias medidas da sala de aula
Fonte: O autor
A partir do cálculo da média aritmética dos valores da figura acima, foi
possível determinar a iluminância média da sala de aula, cujo valor é de 426,083 lx.
8.1.1.5
Análise da iluminação
Foi verificado que o valor da iluminância média calculado para a sala está
abaixo do recomendado, de 500 lx para ambientes de sala de aula noturna,
estabelecido na NBR ISO/CIE 8995-1 e conforme mostra a tabela 06.
Quanto ao índice de reprodução e temperatura de cor, foi observado que os
valores, conforme especificações técnicas das lâmpadas utilizadas estão de acordo
com o IRC indicado pela Norma e a temperatura adequada à finalidade da sala.
87
Tabela 13 - Comparação do sistema atual com o recomendado
Grandezas
Valores recomendados
Valor atual
80
85
3300K à 5300K
4000K
Índice de reprodução de cor
Temperatura de cor
Fonte: O autor
Apesar das luminárias instaladas possuírem refletores, a ausência de aletas
ou difusores, elementos de controle de ofuscamento, faz com que o fluxo luminoso
incida diretamente no campo de visão e no plano de trabalho, provocando
desconforto, prejudicando a visualização de objetos e imagens, e consequentemente
interferindo no rendimento das atividades realizadas no local.
8.1.1.6
Resultado da análise da iluminação
Após a análise do sistema de iluminação atual da sala de aula, foi possível
observar que os níveis de iluminância estão abaixo do recomendado e que o
controle de ofuscamento é insuficiente. Esses problemas deverão ser resolvidos
utilizando equipamentos de maior eficiência para atingir o iluminamento adequado e
garantir a redução do ofuscamento.
8.1.2 Desenvolvimento do novo projeto de iluminação
8.1.2.1
Determinação da iluminância média para os ambientes
O valor da iluminância média que a sala deve possuir é de 500 lx, conforme
tabela 06.
8.1.2.2
Escolha das lâmpadas e luminárias
A lâmpada selecionada para o projeto é a MASTER LEDtube Internal
Standard da PHILIPS (figura 42). A escolha desta foi baseada na sua capacidade de
substituir lâmpadas fluorescentes tubulares T8, de 1200 mm, e de até 36 W, sem a
necessidade de uso de reatores, além de possuírem um índice de reprodução de cor
de 83, temperatura de cor de 4000 K, fluxo luminoso de 1650 lm, potência de 19 W,
88
eficiência energética de 86,8 lm/W e tempo de vida útil de 40000 horas (ANEXO A).
Desse modo, ela se enquadra nos requisitos necessários para o novo sistema.
Figura 42 - Lâmpada MASTER LEDtube
Fonte: O autor
Para a adaptação da lâmpada MASTER LEDtube, foi escolhida a luminária
CAC 10-Sobrepor da LUMICENTER (ANEXO B), figura 43, pois é indicada para o
uso em salas de aula, possuindo refletores em alumínio anodizado e aletas planas
em chapa pintada para um controle de ofuscamento médio, distribuição uniforme do
fluxo luminoso, com as seguintes especificações técnicas:
 Curva fotométrica aberta tipo “bat wing” (ideal para controle de ofuscamento).
 Dimensões: 244x75x1317 mm.
 Rendimento de 74%.
Figura 43 - Luminária CAC 10 - S
Fonte: LUMICENTER
Outra solução seria a utilização da luminária equipada com placas de LEDs e
driver multitensão LHT02-E - Sobrepor da LUMICENTER (ANEXO C), figura 44. A
mesma foi selecionada devido ao seu baixo consumo de energia e sua vida útil
avançada, além de possuir corpo em chapa de aço, difusor em acrílico leitoso que
reduz o efeito do ofuscamento. Apresentam as seguintes características:
 Dimensões: 307x42x1243 mm.
 Fluxo luminoso: 4000 lm.
 Rendimento: 80 lm/W.
89
 Temperatura de cor: 4000 K.
 Índice de reprodução de cor: 85 .
 Consumo total: 50W.
Figura 44 - Luminária LHT02 - E de sobrepor
Fonte: LUMICENTER
8.1.2.3
Cálculo do número de luminárias
O cálculo do número de luminárias necessárias para garantir a iluminância
média recomendada para a sala de aula foi realizado através do método dos lúmens
(seção 6.3.1). Para a luminária CAC 10 que utiliza a lâmpada MASTER LEDtube os
resultados estão apresentados na tabela 14.
Tabela 14 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 10 - S com a lâmpada
PHILIPS
Iluminância média recomendada (lx)
500
Comprimento da sala (m)
9,8
Largura da sala (m)
7,26
Área da sala (m2)
71,148
Altura de montagem da luminária (m)
2,575
Índice do local
1,77
Coeficiente de utilização (%)
Fator de depreciação
Fluxo luminoso total (lm)
66
0,85
63411,76
Fluxo por luminária
3300
Número de luminárias
19,2
Fonte: O autor
90
O coeficiente de utilização foi determinado a partir da tabela fornecida pelo
fabricante LUMICENTER, presente no ANEXO B, considerando as refletâncias do
conjunto, parede, teto e chão, respectivamente 70, 30 e 20% e o arredondamento do
índice local para 2. Já o fator de depreciação foi definido a partir da tabela 04 e 05,
da seção 6.3.1.5, atendendo as condições da luminária de ser um aparelho de
embutir lâmpadas, que a sala é um ambiente do tipo normal (exposição normal à
poeira) e com previsão de manutenção de 5000 horas (aproximadamente 7 meses).
A distribuição dessas luminárias ao longo da sala foi realizada de forma
uniforme, com espaçamentos iguais (tanto para linhas quanto para colunas) entre
elas, considerando um total de 20 luminárias dispostas em 5 linhas e 4 colunas,
como mostra a figura 45.
Figura 45 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 - S
Fonte: O autor
Já para a luminária LHT02-E de sobrepor, os resultados são demonstrados na
tabela 15.
Tabela 15 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT02 - E de sobrepor
Iluminância média recomendada (lx)
500
Comprimento da sala (m)
9,8
Largura da sala (m)
7,26
Área da sala (m2)
71,148
91
Altura de montagem da luminária (m)
2,575
Índice do local
1,77
Coeficiente de utilização (%)
Fator de depreciação
Fluxo luminoso total (lm)
79
0,775
58103,71
Fluxo por luminária
4000
Número de luminárias
14,52
Fonte: O autor
A determinação do coeficiente de utilização na tabela presente no ANEXO C,
considerando os valores de refletâncias e índice do local anteriores. Já o fator de
depreciação foi definido novamente utilizando a tabela 04 e 05, realizando a média
destes sob as condições da luminária possuir difusor de acrílico, a sala ser um
ambiente do tipo normal e com previsão de manutenção de 5000 horas
(aproximadamente 7 meses).
Nesse caso, a distribuição das luminárias também foi realizada de forma
uniforme, com espaçamentos iguais entre elas, porém, devido ao total de 15
luminárias, estas foram dispostas em 4 linhas, com a primeira (junto ao quadro
negro) contendo 3 colunas e as demais 4 colunas, mostrada na figura 46.
Figura 46 - Nova distribuição das luminárias LHT02 - E de sobrepor
Fonte: O autor
92
8.1.2.4
Avaliação do novo projeto
Nessa etapa foi realizado o mesmo procedimento da seção 7.1.3, para avaliar
o consumo energético e a eficiência luminosa do novo sistema de iluminação da sala
de aula, considerando o mesmo período de funcionamento. A tabela 16 e 17
representam os resultados obtidos utilizando a luminária CAC 10 e a luminária
LHT02-E, respectivamente.
Tabela 16 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 10 e a
lâmpada PHILIPS
Variáveis
Dados
Potência de cada lâmpada
Número
de
lâmpadas
19
em
cada
2
luminária
Número de luminárias
20
Potência total das lâmpadas
760
Quantidade de horas diárias em que
11 h
as lâmpadas ficam acesas
Período de tempo que a sala fica
acesa
22 dias (de segunda à sexta-feira)
Quantidade de energia consumida
183,92 kWh
Tarifação (com impostos)
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
43,526 R$
pela sala
Fonte: O autor
Tabela 17 - Custo e consumo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT02 - E de
sobrepor
Variáveis
Dados
Potência de cada conjunto
50
Número de luminárias
15
Potência total do conjunto
750
Quantidade de horas diárias em
que as lâmpadas ficam acesas
Período de tempo que a sala fica
11 h
22 dias (de segunda à sexta-feira)
93
acesa
Quantidade de energia consumida
Tarifação (com impostos)
181,5 kWh
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
pela sala
42,93 R$
Fonte: O autor
Para a escolha do sistema de iluminação mais apropriado, foram comparados
os fatores essenciais para se obter uma melhor iluminação com a maior eficiência
energética. Apesar da LHT02 - E apresentar potência consumida e custo energético
menores em relação ao conjunto CAC 10 e lâmpada MASTER LEDtube, este possui
melhor eficiência luminosa (86,8 lm/W) com melhor distribuição do fluxo luminoso e
controle de ofuscamento devido a sua curva fotométrica do tipo “bat wing”. Logo, a
CAC 10 e a MASTER LEDtube são as melhores opções para utilização no novo
projeto e ser.
8.2
SALA DE DESENHO
A sala de desenho é mostrada na figura 47 e tem como finalidade a
realização de projeto de arquitetura e desenhos técnico.
Figura 47 - Fotos sala de desenho
Fonte: O autor
94
8.2.1 Análise do atual sistema de iluminação
8.2.1.1
Características do ambiente
Foi realizada a medição das dimensões da sala de desenho, utilizando o
mesmo equipamento da sala de aula, listando-as na tabela 18.
Tabela 18 - Dimensões do ambiente
Dimensões
Valores medidos (m)
Comprimento
14,89
Largura
9,92
Pé direito
3,44
Altura da luminária em relação ao solo
3,44
Altura da luminária em relação ao plano
de trabalho
2,715
Fonte: O autor
A composição dessa sala é de paredes e teto estilo “drywall” na cor creme,
chão de tacos de madeira, mesas de fórmica creme e janelas distribuídas por toda a
parede ao fundo da sala e por uma das paredes laterais. As refletâncias dessas
superfícies, determinadas através do método do papel branco fosco, estão
representadas na tabela 19.
Tabela 19 - Refletâncias das superfícies
Iluminancia sem o
Iluminancia com o
papel (lx)
papel (lx)
Parede
76
111
51
Chão
25
134
14
Quadro
40
118
25
Plano de trabalho
156
209
56
Superfícies
Refletâncias (%)
Fonte: O autor
Devido à dificuldade para a medição, foi considerado o valor de 70% para a
refletância do teto, tendo em visto que, a cor creme possui refletância entre 70 e
80%, conforme a figura 08 da seção 3.2.5.
95
8.2.1.2
Componentes do sistema de iluminação
A sala de desenho é formada por trinta e cinco luminárias distribuídas de
acordo com a figura 48, com quatro lâmpadas cada uma.
Figura 48 - Distribuição atual das luminárias
Fonte: O autor
As lâmpadas usadas são as TLDRS16W-S84-ECO (figura 49) fabricadas pela
PHILIPS, com as seguintes especificações técnicas:
 Potência: 16 W.
 Base: G13.
 Temperatura de cor: 4000 K.
 Fluxo luminoso: 1200 lm.
 Eficiência luminosa: 75 lm/W.
 Índice de reprodução de cor: 85.
 Vida mediana: 15000 h.
 Comprimento: 604 mm.
 Diâmetro: 28 mm (T8).
96
Figura 49 – Lâmpada TLDRS16W-S84-ECO
Fonte: O autor
Não foi possível identificar o fabricante e a linha das luminárias, por
informações insuficientes, todavia foram observadas que estas possuem formato
quadrado, modelo de embutir em forro modular, com refletores e aletas em de
alumínio anodizado, mostrada na figura 50.
Figura 50 - Luminária da sala de desenho
Fonte: O autor
8.2.1.3
Horário de funcionamento e consumo energético
Nesse caso, também não possível a instalação de medidores de energia,
pelos motivos expostos anteriormente na sala de aula.
Foi considerado que o tempo de utilização da sala é integral (7h às 13h e 14h
18h) e noturno (18h às 23h), conforme verificado junto à secretaria da Escola. A
tabela apresenta os resultados referentes ao consumo.
Tabela 20 - Consumo energético
Variáveis
Potência de cada lâmpada
Número de lâmpadas em cada luminária
Dados
16 W
4
97
Número de luminárias
35
Potência total das lâmpadas
2240 W
Quantidade de horas diárias em que as
15 h (de segunda a sexta-feira)
lâmpadas ficam acesas
5 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica acesa
22 dias (de segunda à sexta-feira)
4 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
784 kWh
Fonte: O autor
Utilizando os dados da tabela 20, foi determinado o custo da energia
consumida (tabela 21), considerando a Universidade como a classe comercial A4
convencional.
Tabela 21 - Custo energético
Variáveis
Tarifação (com impostos)
Dados
0,23666 R$/kWh
Quantidade de energia consumida
Custo total da energia consumida pela sala
784 kWh
184, 594 R$
Fonte: O autor
8.2.1.4
Medição da iluminância
Com o luxímetro, foi verificado o valor da iluminância utilizando o método
descrito na seção 7.1.4, realizada a noite, e o número de pontos mínimos para a
medição calculados a partir dos dados da tabela 22.
Tabela 22 - Número de pontos a serem medidos nas salas de desenho
Variáveis
Dados
Tamanho da malha
1,32 m
Maior dimensão da superfície de referência
14,89 m
Número de pontos total
11,27 pontos
Fonte: O autor
Foram verificados um total de doze pontos, figura 51, que também apresenta
os valores das iluminâncias medidas para cada ponto.
98
Figura 51 - Iluminâncias medidas da sala de desenho
Fonte: O autor
A iluminância média foi calculada através da média aritmética dos valores da
figura acima, obtendo-se o valor de 443 lx.
8.2.1.5
Análise da iluminação
Foi observado que o valor da iluminância média calculado para essa sala se
encontra abaixo do recomendado, de 750 lx, para salas de desenho técnico,
estabelecido na NBR ISO/CIE 8995-1.
Os valores do índice de reprodução e da temperatura de cor, de acordo
especificações das lâmpadas instaladas, estão de acordo com o IRC indicado pela
Norma e a temperatura adequada à utilidade da sala.
Tabela 23 - Comparação do sistema atual com o recomendado
Grandezas
Valores recomendados
Valor atual
Índice de reprodução de cor
80
85
3300K à 5300K
4000K
Temperatura de cor
Fonte: O autor
99
8.2.1.6
Resultado da análise da iluminação
Analisando esse sistema de iluminação, foi observado que apenas o nível de
iluminamento está abaixo do recomendado. Para a solução desse problema devem
ser utilizados equipamentos de maior eficiência que garantam a iluminância
recomendada.
8.2.2 DESENVOLVIMENTO DO NOVO PROJETO DE ILUMINAÇÃO
8.2.2.1
Determinação da iluminância média para os ambientes
O valor da iluminância média recomendada para a sala deve ser de 750 lx.
8.2.2.2
Escolha das lâmpadas e luminárias
A lâmpada escolhida foi a MASTER LEDtube Internal Standard da PHILIPS
(figura 52). Esta tem a capacidade de substituir lâmpadas fluorescentes tubulares
T8, de 600 mm, e de até 36 W, sem a necessidade de uso de reatores, além de
possuírem um índice de reprodução de cor de 83, temperatura de cor de 4000 K,
fluxo luminoso de 825 lm, potência de 10 W, eficiência energética de 82,5 lm/W e
tempo de vida útil de 40000 horas (ANEXO D).
Figura 52 - Lâmpada MASTER LEDtube 10 W da PHILIPS
Fonte: PHILIPS
Para a adaptação da lâmpada MASTER LEDtube, foi escolhida a luminária
CAC 09-E416 da LUMICENTER (ANEXO E), figura 53, indicada para salas de aula
que necessitam de um controle de ofuscamento médio, compostas por refletores em
alumínio anodizado e aletas planas em chapa de aço fosfotizada, distribuição
homogênea do fluxo luminoso e com as seguintes especificações:
 Curva fotométrica aberta tipo “bat wing”.
100
 Dimensões: 617 x 82 x 617 mm.
 Rendimento de 79%.
Figura 53 - Luminária CAC 09 - E da LUMICENTER
Fonte: LUMICENTER
Outra opção de luminária seria a LHT03-E da LUMICENTER (ANEXO F) já
equipadas com placas de LEDs e driver multitensão, figura 54. Esta foi escolhida por
possuir baixo consumo energético e vida útil prolongada, além de ser construída em
chapa de aço com difusor em acrílico leitoso, reduzindo o ofuscamento. Possui as
seguintes características:
 Dimensões: 617x42x617 mm.
 Fluxo luminoso: 4000 lm.
 Rendimento: 80 lm/W.
 Temperatura de cor: 4000 K.
 Índice de reprodução de cor: 85.
 Consumo total: 50 W.
101
Figura 54 - Luminária LHT 03 - E da LUMICENTER
Fonte: LUMICENTER
8.2.2.3
Cálculo do número de luminárias
Os resultados dos cálculos realizados, através do método dos lúmens, para
se obter o número de luminárias que forneça a iluminância média recomendada pela
Norma para a sala de desenho, está representado na tabela 24, para a luminária
CAC 09 - E que utiliza a lâmpada MASTER LEDtube.
Tabela 24 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAC 09 - E com a lâmpada
PHILIPS
Iluminância média
recomendada (lx)
750
Comprimento da sala (m)
14,89
Largura da sala (m)
9,92
Área da sala (m2)
Altura de montagem da
luminária (m)
Índice do local
147,71
2,715
1,16
Coeficiente de utilização (%)
Fator de depreciação
Fluxo luminoso total (lm)
83
0,85
157026,93
Fluxo por luminária
3300
Número de luminárias
47,58
Fonte: O autor
102
Seguindo a tabela do fabricante foi determinado o coeficiente de utilização
(ANEXO E) considerando as refletâncias da parede, teto e chão, respectivamente de
70, 50 e 20% e o arredondamento do índice local para 1. O fator de depreciação foi
escolhido entre os valores apresentados nas tabelas 04 e 05, visto que a luminária é
um modelo de embutir lâmpadas e a sala é do tipo normal (exposição normal à
poeira) com previsão de manutenção de 5000 horas.
Para a distribuição uniforme das 48 luminárias, estas serão dispostas em 8
linhas e 6 colunas (com espaçamentos iguais entre elas), como mostra a figura 55.
Figura 55 - Nova distribuição das luminárias CAC 10 – E
Fonte: O autor
Para a luminária LHT03-E, os resultados estão na tabela 25.
Tabela 25 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a LHT03 - E
Iluminância média
750
recomendada (lx)
Comprimento da sala (m)
14,89
Largura da sala (m)
9,92
Área da sala (m2)
147,71
Altura de montagem da
2,715
luminária (m)
Índice do local
1,16
103
Coeficiente de utilização (%)
Fator de depreciação
Fluxo luminoso total (lm)
87
0,775
157630,07
Fluxo por luminária
4000
Número de luminárias
39,4
Fonte: O autor
A determinação do coeficiente de utilização foi realizada através da tabela
presente no ANEXO F, considerando os mesmos índices de refletância e do local. O
fator de depreciação foi calculado através da média aritmética dos valores das
tabelas 04 e 05, levando em conta que a luminária possui difusor de acrílico e a sala
é do tipo normal com previsão de manutenção de 5000 horas.
A disposição dessas luminárias será dada de forma uniforme, espaçadas
igualmente entre elas e com distribuição em 8 linhas por 5 colunas, figura 56.
Figura 56 - Nova distribuição das luminárias LHT03 – E
Fonte: O autor
8.2.2.4
Avaliação do novo projeto
A avaliação foi realizada de acordo com a seção 7.1.3, considerando o novo
consumo de energia e a eficiência luminosa do sistema de iluminação da sala de
desenho. A tabela 26 e 27 demonstram os resultados obtidos para a luminária CAC
09 - E e a luminária LHT03-E, respectivamente.
104
Tabela 26 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAC 09 e a
lâmpada PHILIPS
Variáveis
Dados
Potência de cada lâmpada
10
Número de lâmpadas em cada
4
luminária
Número de luminárias
48
Potência total das lâmpadas
1920
Quantidade de horas diárias em que
15 h (de segunda a sexta-feira)
as lâmpadas ficam acesas
5 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica
22 dias (de segunda à sexta-feira)
acesa
4 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
672 kWh
Tarifação (com impostos)
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
159,036 R$
pela sala
Fonte: O autor
Tabela 27 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a LHT03 e a
lâmpada PHILIPS
Variáveis
Dados
Potência de cada conjunto
50
Número de luminárias
40
Potência total do conjunto
2000
Quantidade de horas diárias em
15 h (de segunda a sexta-feira)
que as lâmpadas ficam acesas
5 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica
22 dias (de segunda à sexta-feira)
acesa
4 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
Tarifação (com impostos)
700 kWh
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
pela sala
165,662 R$
Fonte: O autor
Dentre as duas opções apresentadas, para o uso no projeto, foi escolhida
LHT03-E, devido ao seu controle de ofuscamento por difusor, maior distribuição do
105
fluxo e intensidade luminosa e por utilizar menos luminárias para atingir a
iluminância recomendada.
8.3
SALA DE CIRCUITOS A E B
A sala de circuitos A (figura 57) é usada para tarefas manuais de
microeletrônica e para atividades desenvolvidas no computador. Já a sala de
circuitos B (figura 58) é destinada especificamente às atividades de microeletrônica.
Figura 57 - Panorâmica da sala de circuitos A
Fonte: O autor
Figura 58 - Panorâmica da sala de circuitos B
Fonte: O autor
8.3.1 Análise do atual sistema de iluminação
8.3.1.1
Características do ambiente
Foram verificadas as dimensões da sala de circuitos A e B, ambas possuem
as mesmas medidas, e estão representadas na tabela 28.
106
Tabela 28 - Dimensões do ambiente
Dimensões
Valores medidos (m)
Comprimento
10,90
Largura
6,67
Pé direito
3,57
Altura da luminária em relação ao solo
3,04
Altura da luminária em relação ao plano de trabalho
2,25
Fonte: O autor
As salas possuem paredes brancas, teto cinza, janelas posicionadas à 1,09
metros do chão e cobrindo toda a extensão de uma das paredes laterais, chão com
piso de aparência tipo “cascalho” e mesas de fórmica azuis. As refletâncias de suas
superfícies estão representadas na tabela 29.
Tabela 29 - Refletâncias do ambiente
Iluminancia sem o
Iluminancia com o
papel (lx)
papel (lx)
Parede
100
105
71,428
Chão
32
70
34,28
Quadro
138
127
81,5
Plano de trabalho
40
136
22,05
Superfícies
Refletâncias (%)
Fonte: O autor
A medição da refletância do teto não foi realizada, devido à dificuldade de
acesso, então foi considerado o valor de 30%, pois a cor cinza possui refletância
entre 25 e 35% (Figura 8).
8.3.1.2
Componentes do sistema de iluminação
A sala de circuitos A assim como a de circuitos B possuem 8 luminárias cada
qual com 2 lâmpadas, posicionadas conforme a figura 59 e 60.
107
Figura 59 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos A
Fonte: O autor
Figura 60 - Distribuição atual das luminárias da sala de circuitos B
Fonte: O autor
São usadas as lâmpadas PHILIPS TLDRS32W-S84-ECO (figura 61), com as
características seguintes:
 Potência: 32 W.
108
 Base: G13.
 Temperatura de cor: 4000 K.
 Fluxo luminoso: 2700 lm.
 Eficiência luminosa: 84 lm/W.
 Índice de reprodução de cor: 85.
 Vida mediana: 15000 h.
 Comprimento: 1213,6 mm.
 Diâmetro: 28 mm (T8).
Figura 61 - Lâmpada TLDRS32W-S84-ECO
Fonte: O autor
As luminárias utilizadas em ambas as salas, representadas na figura 62, são
do tipo pendente com corpo de chapa de aço, refletor de alumínio e sem aletas,
porém não foi possível identificar seu fabricante.
Figura 62 - Luminária das salas de circuitos
Fonte: O autor
8.3.1.3
Horário de funcionamento e consumo energético
Foram instalados dois medidores de energia nos circuitos que correspondem
ao sistema de iluminação da sala de circuitos A e outro na de circuitos B, conforme
descrito na seção 7.1.3. O medidor correspondente à sala de circuitos A registrou o
109
consumo energético de 277 kWh e o da sala de circuitos B o consumo de 240 kWh,
durante o período de 68 dias (05/09/13 à 12/11/13).
Também foi realizado o cálculo da quantidade de energia consumida pelas
duas salas durante o mesmo período de 68 dias, como mostra a tabela 30, para fins
de comparação com o valor registrado pelos medidores. Nesse caso foi considerado
o mesmo período de utilização para ambas as salas, baseando-se nos horários das
aulas e que os alunos também as utilizam durante algumas horas para atividades
extras.
Tabela 30 - Consumo energético das salas de circuitos A e B
Variáveis
Dados
Potência de cada lâmpada
32 W
Número de lâmpadas em cada
2
luminária
Número de luminárias
8
Potência total das lâmpadas
512 W
Quantidade de horas diárias em
9 h (de segunda a sexta-feira)
que as lâmpadas ficam acesas
4 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica
49 dias (de segunda à sexta-feira)
acesa
8 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
242,176 kWh
Fonte: O autor
Comparando os dois valores de consumo de energia, verificou-se que o valor
calculado é menor que o valor de fato consumido. Isso pode ter ocorrido pelo fato da
instalação não apresentar uma manutenção adequada, causando a degradação do
fluxo luminoso e consequentemente exigindo uma maior potência instalada, além do
uso de reatores de qualidade inferior e a variação do horário de utilização da sala.
A partir dos dados da tabela 30, determinou-se o custo da energia consumida
pelos sistemas (tabela 31), considerando que a Universidade se enquadra na classe
comercial A4 convencional.
110
Tabela 31 - Custo energético da sala
Variáveis
Tarifação (com impostos)
Dados
0,23666 R$/kWh
Quantidade de energia consumida pela sala
de circuitos A
Quantidade de energia consumida pela sala
de circuitos B
Custo total da energia consumida pela sala
de circuitos A
Custo total da energia consumida pela sala
de circuitos B
277 kWh
240 kWh
65,554 R$
56,798 R$
Fonte: O autor
8.3.1.4
Medição da iluminância
Com auxílio do luxímetro e utilizando o método da seção 7.1.4, foram
realizadas as medições (durante o período noturno) das iluminâncias. A quantidade
de pontos para as verificações foi determinada a partir da tabela 32.
Tabela 32 - Número de pontos a serem medidos nas salas de circuitos A e B
Variáveis
Dados
Tamanho da malha (m)
1,062
Maior dimensão da superfície de referência (m)
10,90
Número de pontos total
10,26
Fonte: O autor
Para uma maior precisão, foram verificados doze pontos, como mostram as
figura 63 e 64, que representa também os valores das iluminâncias medidas para
cada ponto.
111
Figura 63 - Iluminâncias medidas na sala de circuitos A
Fonte: O autor
Figura 64 - Iluminânicias medidas na sala de circuitos B
Fonte: O autor
A iluminância média calculada através da média aritmética dos valores acima
foi de 256,17 lx para a sala de circuitos A e de 223, 58 lx para a de circuitos B.
8.3.1.5
Análise da iluminação
Comparando os valores das iluminâncias médias com o recomendado pela
norma NBR ISO/CIE 8995-1, que é de 500 lx, pode-se observa que essas estão bem
abaixo do nível requerido.
112
As lâmpadas utilizadas apresentam índice de reprodução de cor de acordo
com o valor de referência estabelecido pela norma e a temperatura de cor adequada
à utilidade da sala (Tabela 33).
Tabela 33 - Comparação do sistema atual com o recomendado
Grandezas
Valores recomendados
Valor atual
Índice de reprodução de cor
80
85
3300K à 5300K
4000K
Temperatura de cor
Fonte: O autor
Apesar das luminárias possuírem refletores, a ausência de aletas mostra que
não há um controle rigoroso de ofuscamento, indicado para salas onde há tarefas
realizadas em computadores e que exigem maior esforço visual.
8.3.1.6
Resultado da análise da iluminação
Após a análise do sistema de iluminação atual pode-se observar que o nível
de iluminamento está abaixo do recomendado para ambas as salas e que não há
controle do ofuscamento. Para solucionar esses problemas, no novo projeto devem
ser utilizados equipamentos de maior eficiência a fim de garantir a iluminância
recomendada e maior controle de ofuscamento.
8.3.2 Desenvolvimento do novo sistema de iluminação
8.3.2.1
Determinação da iluminância média para os ambientes
A iluminância média recomendada pela NBR ISO/CIE 8995-1 é de 500 lx para
salas de aplicação e laboratório. Porém, como nos locais há realização de tarefas
manuais de maior criticidade, o valor da iluminância média para os novos projetos
foram ajustados em um nível, indo para 750 lx, conforme demonstrado na seção
3.2.2.
113
8.3.2.2
Escolha das lâmpadas e luminárias
Tanto para a sala de circuitos A quanto para a de circuitos B foi utilizada a
lâmpada MASTER LEDtube Internal Standard da PHILIPS, mostrada na figura 65,
por possuir a capacidade de substituir lâmpadas fluorescentes tubulares T8, de 600
mm, e de até 36 W, sem a necessidade de uso de reatores. Ela possui índice de
reprodução de cor de 83, temperatura de cor de 4000 K, fluxo luminoso de 1650 lm,
potência de 19 W, eficiência energética de 86,8 lm/W e tempo de vida útil de 40000
horas (ANEXO A).
Figura 65 - Lâmpada MASTER LEDtube 32 W
Fonte: PHILIPS
Uma das luminárias escolhidas foi a CAA 10-S232 da LUMICENTER (ANEXO
G), figura 66, indicada para ambientes onde há necessidade de controle de
ofuscamento rigoroso, compostas por refletor e aletas parabólicas em alumínio
anodizado e com as especificações abaixo:
 Curva fotométrica aberta tipo “bat wing”.
 Dimensões: 307 x 75 x 1317 mm.
 Rendimento: 74%.
Figura 66 - Luminária CAA 10-S232
Fonte: LUMICENTER
114
A outra opção de luminária é a CAA 20-S232 (ANEXO H), figura 67, com
refletores e aletas parabólicas em alumínio anodizado de alta pureza e refletância,
com as aletas possuindo formato côncavo na parte superior e inferior e espessura
ultrafina. Esta também é indicada para se obter um elevado controle de
ofuscamento. Possui as seguintes características:
 Curva fotométrica aberta tipo “bat wing”.
 Dimensões: 307x72x1317 mm.
 Rendimento: 79%
Figura 67 - Luminária CAA 20-S232
Fonte: LUMICENTER
8.3.2.3
Cálculo do número de luminárias
A determinação do número de luminárias que garantam o nível de
iluminância média recomendado para os dois novos projetos (salas de circuitos A e
B) foi realizada pelo do método dos lúmens. Os resultados obtidos para o conjunto
da luminária CAA 10-S232 e a lâmpada MASTER LEDtube, estão apresentados na
tabela 34.
Tabela 34 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 10-S232
Iluminância média
recomendada (lx)
750
Comprimento da sala (m)
10,90
Largura da sala (m)
6,67
Área da sala (m2)
Altura de montagem da
72,703
3,57
115
luminária (m)
Índice do local
2,51
Coeficiente de utilização (%)
Fator de depreciação
Fluxo luminoso total (lm)
65
0,85
98691,85
Fluxo por luminária
3300
Número de luminárias
29,9
Fonte: O autor
Seguindo a tabela do fabricante foi determinado o coeficiente de utilização
(ANEXO G) considerando as refletâncias da parede, teto e chão, respectivamente
de 70, 30 e 20% e o arredondamento do índice local para 2. Já o fator de
depreciação foi definido considerando a luminária um modelo de embutir lâmpadas,
sendo as salas ambientes normais à exposição à poeira, com previsão de
manutenção de 5000 horas.
A distribuição das luminárias, nas duas salas, foi realizada de forma uniforme
e com espaçamento iguais entre elas, considerando que serão utilizadas 30
luminárias dispostas em 8 linhas e 4 colunas, sendo a primeira linha (em relação ao
quadro-negro) com 2 colunas como mostram as figuras 68 e 69.
Figura 68 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos A
Fonte: O autor
116
Figura 69 - Nova distribuição das luminárias CAA 10-S232 para a sala de circuitos B
Fonte: O autor
Já para a luminária CAA 20-S232, os resultados estão demonstrados na
tabela 35.
Tabela 35 - Dados para o cálculo do número de luminárias usando a CAA 20-S232
Iluminância média
750
recomendada (lx)
Comprimento da sala (m)
10,90
Largura da sala (m)
6,67
Área da sala (m2)
72,703
Altura de montagem da
3,57
luminária (m)
Índice do local
2,51
Coeficiente de utilização (%)
69
Fator de depreciação
0,85
Fluxo luminoso total (lm)
92970,59
Fluxo por luminária
3300
Número de luminárias
28,1
Fonte: O autor
Para a determinação do valor do coeficiente de utilização foi usada a tabela
fornecida pelo fabricante (ANEXO H), considerando o mesmo índice de refletância e
do local e fator de depreciação utilizado para o cálculo da primeira luminária.
117
A disposição uniforme dessas luminárias será dada em distribuição de 7
linhas por 4 colunas, num total de 28 luminárias, como mostram as figuras 70 e 71.
Figura 70 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos A
Fonte: O autor
Figura 71 - Nova distribuição das luminárias CAA 20-S232 na sala de circuitos B
Fonte: O autor
8.3.2.4
Avaliação do novo projeto
Foi realizada a avaliação seguindo a seção 7.1.3, considerando o novo
consumo de energia e a eficiência luminosa dos sistemas de iluminação das salas
de circuitos A e B. A tabela 36 e 37 demonstram os resultados obtidos para a
luminária luminárias CAA 10-S232 e a luminária CAA 20-S232, respectivamente.
118
Tabela 36 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 10-S232 e a
lâmpada PHILIPS
Variáveis
Dados
Potência de cada lâmpada
19
Número de lâmpadas em cada
2
luminária
Número de luminárias
30
Potência total das lâmpadas
1140
Quantidade de horas diárias em que
9 h (de segunda a sexta-feira)
as lâmpadas ficam acesas
4 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica
49 dias (de segunda à sexta-feira)
acesa
8 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
539,220 kWh
Tarifação (com impostos)
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
127,611 R$
pela sala
Fonte: O autor
Tabela 37 - Consumo e custo energético do novo sistema de iluminação usando a CAA 20-S232 e a
lâmpada PHILIPS
Variáveis
Dados
Potência de cada lâmpada
19
Número de lâmpadas em cada
2
luminária
Número de luminárias
28
Potência total das lâmpadas
1064
Quantidade de horas diárias em que
9 h (de segunda a sexta-feira)
as lâmpadas ficam acesas
4 h (sábados)
Período de tempo que a sala fica
49 dias (de segunda à sexta-feira)
acesa
8 dias (sábados)
Quantidade de energia consumida
Tarifação (com impostos)
503,272 kWh
0,23666 R$/kWh
Custo total da energia consumida
pela sala
Fonte: O autor
119,104 R$
119
As duas opções apresentadas possuem controle de ofuscamento, boa
distribuição do fluxo luminoso, porém a CAA 20-S232 com lâmpada PHILIPS possui
melhor economia em relação ao custo energético e maior rendimento, se tornando a
melhor opção.
8.4
SIMULAÇÃO DO NOVO PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Para essa etapa do projeto foi necessário as medidas das dimensões e das
refletâncias de todos os componentes das salas, sua finalidade e a situação da
iluminação atual de cada. Em seguida, foram utilizados os dados gerados a partir da
simulação atual e comparados com os do novo sistema de iluminação
desenvolvidos.
Para a simulação do sistema de iluminação atual das salas, foram utilizadas
lâmpadas e luminária semelhantes às de fato instaladas e para o novo projeto, o
conjunto de lâmpadas e luminárias escolhidas no desenvolvimento do mesmo.
8.4.1 Sala de aula
Os resultados obtidos através da simulação do sistema de iluminação atual
estão apresentados nas figuras 72, 73 e 74.
Figura 72 – Sistema de iluminação atual da sala de aula
Fonte: Dialux evo
120
Figura 73 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de aula
Fonte: Dialux evo
Figura 74 - Distribuição das iluminância atual da sala de aula
Fonte: Dialux evo
Já os resultados para o novo projeto de iluminação, estão mostrados nas
figuras 75, 75, 77.
121
Figura 75 - Novo sistema de iluminação da sala de aula
Fonte: Dialux evo
Figura 76 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de aula
Fonte: Dialux evo
Figura 77 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto na sala de aula
Fonte: Dialux evo
122
8.4.2 Sala de desenho
As figuras 77, 78 e 79 apresentam os resultados da simulação do sistema de
iluminação atual da sala de desenho.
Figura 78 - Sistema de iluminação atual da sala de desenho
Fonte: Dialux evo
Figura 79 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de desenho
Fonte: Dialux evo
123
Figura 80 - Distribuição das iluminâncias atuais da sala de desenho
Fonte: Dialux evo
Os dados obtidos pela simulação do novo sistema de iluminação estão
representados nas figuras 81, 82 e 83.
Figura 81 - Novo sistema de iluminação da sala de desenho
Fonte: Dialux evo
124
Figura 82 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de desenho
Fonte: Dialux evo
Figura 83 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de desenho
Fonte: Dialux
8.4.3 Sala de informática (circuitos A)
Os resultados da simulação do atual sistema estão apresentados nas figuras
84,85 e 86.
125
Figura 84 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos A
Fonte: Dialux evo
Figura 85 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala de circuitos A
Fonte: Dialux evo
Figura 86 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos A
Fonte: Dialux
126
Os dados da simulação do novo projeto estão demonstrados nas figuras 87,
88, e 89.
Figura 87 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos A
Fonte: Dialux evo
Figura 88 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A
Fonte: Dialux evo
127
Figura 89 - Valores das Iluminâncias do novo projeto na sala de circuitos A
Fonte: Dialux
8.4.4 Sala de microeletrônica (circuitos B)
Os resultados da simulação do sistema de iluminação atual estão
apresentados nas figuras 90, 91 e 92.
Figura 90 - Sistema de iluminação atual da sala de circuitos B
Fonte: Dialux evo
128
Figura 91 - Valor atual das iluminâncias no plano de trabalho da sala circuitos B
Fonte: Dialux evo
Figura 92 - Distribuição das iluminância atual da sala de circuitos B
Fonte: Dialux evo
As figuras 93, 94, e 95 apresentam os resultados do novo sistema de
iluminação.
129
Figura 93 - Novo sistema de iluminação da sala de circuitos B
Fonte: Dialux evo
Figura 94 - Distribuição das iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B
Fonte: Dialux evo
Figura 95 - Valores das Iluminâncias do novo projeto da sala de circuitos B
Fonte: Dialux evo
130
Comparando os resultados obtidos através das simulações, pode-se observar
que os novos projetos aumentaram o nível de iluminância e melhoram a distribuição
das mesmas pelos ambientes. A diferença de valores do nível de iluminância média
medidos através do luxímetro e gerados através da simulação, do sistema atual de
iluminação das salas, ocorreu devido ao fato de o simulador considerar as lâmpadas
e luminárias com eficiência máxima sem depreciação do fluxo luminoso dos
equipamentos. No novo projeto das salas de circuitos A e B, apesar do nível de
iluminância máximo atingir os valores recomendados, houve uma perda de fluxo
luminoso, pois as salas possuem três vigas no teto que funcionam como obstáculos,
impedindo assim a melhor distribuição do mesmo.
8.5
ANÁLISE DE INVESTIMENTOS DO PROJETO LUMINOTÉCNICO
Primeiramente, foi avaliada a economia no consumo de energia do novo
sistema de iluminação comparando o valor da potência atual instalada e a
proporcionada pelo novo sistema em cada sala, com seus resultados apresentados
na tabela 38.
Tabela 38 - Economia de potência das salas
Potência (W)
Ambiente
Sala de aula
Lâmpada
MASTER LEDtube
Internal Standard 19 W
Economia(%)
Atual
Novo
1024
760
25,78
2240
2000
10,71
Sala de desenho
LHT03-E
Sala de circuitos A
MASTER LEDtube
Não houve
(informática)
Internal Standard 19 W
economia,
Sala de circuitos B
MASTER LEDtube
(microeletrônica)
Internal Standard 19 W
512
1140
aumento de
122% no
valor atual.
Fonte: O autor
Conforme a tabela acima verificou-se que apenas as salas de circuito A e B
não apresentaram redução da nova potência instalada, devido ao fato de que os
131
níveis de iluminâncias estavam muito abaixo do recomendado, sendo necessário a
instalação de um número de equipamentos relativamente altos para atingir o nível de
iluminância desejado.
A próxima etapa foi realizado o cálculo para o tempo de retorno de
investimento, considerando a relação entre o valor total gasto com o novo sistema
de iluminação e a economia nos custos da energia elétrica gerada por ele durante o
período de um ano, conforme mostra a tabela 39.
Tabela 39 - Tempo de retorno do investimento no novo sistema de iluminação
Ambientes
Sala de aula
Variáveis
Sala de
Sala de
Sala de
desenho
circuitos A
circuitos B
Preço da lâmpada
152,00 R$
-
152,00 R$
152,00 R$
Preço da luminária
94,55 R$
405,03 R$
120,50 R$
120,50 R$
7971,00 R$
16201,20 R$
11886,00 R$
11886,00 R$
703,73 R$
2215,128 R$
393,324 R$
340,788 R$
522,312 R$
1908,84 R$
765,56 R$
765,56 R$
181,418 R$
R$306,69
-372,342 R$
-424,77 R$
43,93 anos
52,82 anos
Investimento do
novo sistema
Estimativa do
custo energético
anual do sistema
atual
Estimativa do
custo energético
anual do novo
sistema
Economia
Estimativa do
tempo de retorno
do investimento
Fonte: O autor
132
9
CONCLUSÃO
A execução de um projeto de iluminação eficiente não envolve apenas a
instalação de equipamentos, mas também a verificação de todo um conjunto de
informações como a finalidade e composição do ambiente, as exigências visuais dos
usuários, as recomendações normativas e a eficiência energética do sistema.
Realizando a metodologia proposta, foi possível verificar que todas as salas
analisadas se encontram com o valor da iluminância média abaixo da recomendada,
devido à falta de planejamento quanto às cores e materiais utilizados nas superfícies
dos ambientes, a quantidade e a qualidade das lâmpadas e luminárias instaladas,
além da falta de percepção para as necessidades visuais que os usuários e as
tarefas exigem.
Tendo observados os diversos problemas nas salas da Universidade, foi
desenvolvido um novo projeto de iluminação utilizando uma tecnologia ecológica e
de maior eficiência, os LEDs, visando não apenas atender as especificações das
normas, como também proporcionar conforto e uma melhora do rendimento no
ambiente acadêmico.
Durante a execução do projeto entrou em vigor a nova Norma Brasileira ISO/
CIE 8995-1, que especifica os requisitos de iluminação para locais de trabalho e
para que as pessoas desempenhem tarefas visuais de forma eficiente com conforto
e segurança, cancelando e substituindo as normas NBR 5413 – Iluminância de
Interiores e a NBR 5382 – Verificação de iluminância de interiores. Essa norma traz
a inclusão de um importante requisito qualitativo que é o controle do nível de
desconforto por ofuscamento. Esse requisito não pôde ser avaliado seguindo as
especificações da norma devido ao fato dos catálogos de luminárias ainda não
apresentarem essas informações, entretanto para se obter o controle do
ofuscamento no projeto, foram utilizadas luminárias que atendiam a esse critério.
Outra dificuldade encontrada foi à falta de opções de luminárias pendentes
para as salas de circuitos, pois a estrutura do ambiente exige uma iluminação mais
próxima ao plano de trabalho e com maior controle de ofuscamento e a maioria das
luminárias comerciais disponíveis são para áreas industriais.
A substituição do sistema de iluminação atual pela tecnologia LED, atendeu
as exigências do projeto, devido a melhora da qualidade da iluminação com a
redução da potência instalada e dos custos com energia elétrica, tornando o sistema
133
energeticamente eficiente. Porém, para as salas de circuitos não houve redução da
potência e consequentemente dos custos, pois o nível de iluminância se encontrava
com menos da metade do valor recomendado pela norma e para suprir essa
discrepância foi necessário um acréscimo substancial de luminárias nos ambientes.
Apesar das lâmpadas LED suprirem as necessidades, o uso destas tornou o
projeto inviável, pois a utilização de mais luminárias, para garantir a iluminância
ideal, não compensou o fato de elas consumirem menos energia. Além disso, devido
ao elevado custo dessa tecnologia, não se obteve um retorno de investimento em
um prazo considerável.
134
10
FLUXOGRAMA
Projeto Luminotécnico
Estudos dos conceitos e
grandezas luminoténicas
Levantamentos das
caracteristicas fisicas dos
ambientes, equipamentos
instalados consumo
energético atual e
atividades desenvolvidaes
no local
Determinação do objetivo
da iluminação efeitos em
função das atividades
desenvolvidas
Estudos dos LEDs e
equipamentos de
iluminação
Análise dos fatores de
influência na qualidade de
iluminação
Cálculo da Iluminação
Geral
Escolha da lampada/luminária
adequada e quantidade de
luminárias
Simulação da nova
iluminação
Avaliação do consumo energético e custos do projeto
135
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138
ANEXOS
139
ANEXO A – LÂMPADA MASTER LEDTUBE 19 W
140
141
ANEXO B – LUMINÁRIA CAC 10 - S
142
ANEXO C – LUMINÁRIA LHT02-E DE SOBREPOR
143
ANEXO D – LÂMPADA MASTER LEDTUBE 10 W
144
145
ANEXO E – LUMINÁRIA CAC09-E
146
ANEXO F – LUMINÁRIA LHT03-E
147
ANEXO G – LUMINÁRIA CAA10-S232
148
ANEXO H – LUMINÁRIA CAA20-S232