eficiência do sistema de iluminação
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UNICEP - CENTRO UNIVERSITÁRIO CENTRAL PAULISTA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
RODRIGO ALESSANDRO GODOY
EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO EM UMA LINHA DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL: UM ESTUDO DE CASO
SÃO CARLOS
2008
RODRIGO ALESSANDRO GODOY
EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO EM UMA LINHA DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL: UM ESTUDO DE CASO
Monografia apresentada à UNICEP – Centro Universitário Central Paulista como requisito parcial à obtenção do título de bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. José Francisco Rodrigues
SÃO CARLOS
2008
UNICEP – CENTRO UNIVERSITÁRIO CENTRAL PAULISTA
Rodrigo Alessandro Godoy
Eficiência do Sistema de Iluminação em uma Linha de Produção Industrial: Um Estudo de Caso
Monografia aprovada em _____/_____/_____ para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica.
Banca Examinadora:
____________________________________________
____________________________________________
____________________________________________
DEDICATÓRIA
Dedico especialmente ao meu PAI que foi, é e sempre será o meu maior exemplo de perseverança.
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a DEUS por ter me concebido fé e persistência nos momentos mais difíceis e a toda minha família que sem dúvida alguma foi o meu braço forte desses momentos.
RESUMO
Esse trabalho descreve a importância de se analisar e avaliar constantemente sistemas de
iluminação já instalados em linhas de produção visando o nível adequado de iluminância do
ambiente a fim de proporcionar para a empresa a garantia de ergonomia do trabalho de seus
funcionários, prezando pela sua segurança e ainda garantindo que não se tenha quedas na
produtividade em função de deficiências de iluminação. Foi importante também observar o
nível de energia consumida entre os sistemas de iluminação atual e proposto, resultante de
possíveis falhas no projeto inicial ou da falta de atualização e emprego de novos
componentes, a fim de corrigi-las e proporcionar uma redução significativa dos custos com o
excessivo consumo de energia elétrica.
Palavras Chave: Luminotécnica, Eficiência Energética, Sistema de Iluminação
ABSTRACT
This paper describes the importance of constantly analyze and evaluate lighting
systems already installed in production lines aimed at the appropriate level of brightness of
the environment for the company offering the guarantee of ergonomics of the work of its
employees, by ensuring their security and also ensuring that did not fall in productivity due to
deficiencies in lighting. It was also important to observe the level of energy consumption
between the current lighting systems and proposed, due to possible flaws in the original
design or failure to update and employment of new components in order to fix them and
provide significant cost reductions with the excessive consumption of electrical energy.
Keywords: Lighting, Energy Efficiency, Lighting Systems
8
LISTA DE QUADROS E TABELAS
Quadro 1: Grupo de lâmpadas e suas eficiências energéticas...................................................22
Quadro 2: Classificação das luminárias....................................................................................34
Quadro 3: Valores de refletância..............................................................................................42
Tabela 1: Tabela de Fator de Utilização..................................................................................42
Tabela 2: Iluminância por classe de tarefas visuais.................................................................44
Tabela 3: Fatores determinantes da iluminância adequada......................................................44
Tabela 4: Fator de perdas luminosas por lâmpadas halógenas................................................46
Tabela 5: Fator de depreciação................................................................................................47
Tabela 6: Atual iluminância nos postos de trabalho................................................................62
Tabela 7: Comparativo da eficiência entre sistemas................................................................68
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Espectro Eletromagnético.........................................................................................17
Figura 2: Curva de sensibilidade do olho humano...................................................................18
Figura 3: Fluxo luminoso.........................................................................................................19
Figura 4: Intensidade luminosa................................................................................................19
Figura 5: Nível de iluminação ou Iluminância.........................................................................20
Figura 6: Luxímetro.................................................................................................................21
Figura 7: Tonalidade ou Temperatura das cores......................................................................23
Figura 8: Superfície aparente...................................................................................................24
Figura 9: Curva de Distribuição Luminosa..............................................................................25
Figura 10: Lâmpada incandescente tradicional.........................................................................28
Figura 11: Lâmpada incandescente halógena...........................................................................29
Figura 12: Lâmpada fluorescente compacta.............................................................................30
Figura 13: Lâmpada fluorescente tubular.................................................................................31
Figura 14: Lâmpada de vapor de mercúrio...............................................................................32
Figura 15: Luminárias...............................................................................................................34
Figura 16: Dimensões verticais do recinto................................................................................41
Figura 17: Depreciação do fluxo luminoso...............................................................................45
Figura 18: Ângulos críticos de visualização.............................................................................47
Figura 19: Curva de limitação de ofuscamento........................................................................48
Figura 20: Proporção harmoniosa entre luminâncias................................................................48
Figura 21: IRC e exemplos de aplicação..................................................................................49
Figura 22: Relação de conforto ambiental entre iluminância e tonalidade de Cor...................50
Figura 23: Aplicação do método ponto a ponto........................................................................53
Figura 24: Distribuição das luminárias.....................................................................................53
Figura 25: Custos de investimento............................................................................................56
Figura 26: Custos Operacionais................................................................................................57
Figura 27: Evolução das despesas no tempo.............................................................................58
Figura 28: Ilustração da luminária e diagramas polar de intensidade e fluxo Zonal................64
Figura 29 – Disposição das luminárias – 27 no comprimento e 5 na largura...........................66
Figura 30 – Retorno do investimento na linha do tempo..........................................................69
10
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
h - Altura de montagem ou pé-direito útil
hs - Altura de suspensão da luminária
ht - Altura do plano de trabalho
A - Ângulo alfa
A - Área
ABNT - Associação Brasileira de Noras Técnicas
BF - Ballast Factor
cd - candela
µ - Coeficiente de utilização
C - Comprimento
CMEE - Consumo médio de energia elétrica
CDL - Curva de Distribuição Luminosa
CCME - Custo do consumo mensal de energia
CI - Custo do Investimento
CMRL - Custo médio mensal de reposição de lâmpadas
CO - Custos operacionais
D - Densidade de Potência
DPR - Densidade de potência relativa
h’ - Distância do teto ao ambiente de trabalho
eL - Distância entre luminárias
THD - Distribuição Harmônica Total
ηL - Eficiência da Luminária
ηR - Eficiência do Recinto
ηW - Eficiência Energética
Fd - Fator de Depreciação
FE - Fator de eficiência
FFL - Fator de Fluxo Luminoso
FML - Fator de manutenção da luminária
FMSS - Fator de manutenção das superfícies da sala
FMFL - Fator de manutenção do fluxo luminoso
FPL - Fator de Perdas Luminosas
FP - Fator de Potência
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FR - Fator de reator
FSL - Fator de sobrevivência da lâmpada
FU - Fator de Utilização
Ф - Fluxo Luminoso de uma lâmpada
Ø - Fluxo luminoso em Lúmen
ºC - Graus Celsius
E - Iluminância
Emed - Iluminância média
k - Índice de Recinto ou de Local
IRC - Índice de Reprodução de cor
Ra - Índice de Reprodução de cor
I - Intensidade Luminosa
K - Kelvin
kHz - Quilo Hertz
kWh - Quilo watt hora
l - Largura
lm - Lúmen
L - Luminância
m - metro
m2 - metro quadrado
E - Nível de iluminação ou Iluminância
n - Número de lâmpadas
N - Número de luminárias
pd - Pé-Direito
π - PI
PNL - Potência nominal da lâmpada
PNCA - Potência nominal do conjunto acessórios
PtLAM - Potência total das lâmpadas do sistema
PtCA - Potência total do conjunto acessórios
Pt - Potência total instalada
d2 - Quadrado da distância
Ql - Quantidade de luminárias na largura do recinto
Qc - Quantidade de luminárias no comprimento do recinto
T5 - Lâmpada fluorescente tubular com diâmetro de 5/8”
12
T8 - Lâmpada fluorescente tubular com diâmetro de 1”
T10 - Lâmpada fluorescente tubular com diâmetro de 10/8”
T12 - Lâmpada fluorescente tubular com diâmetro de 12/8”
Thtm - Total de horas trabalhadas no mês
ρ - Refletância ou Coeficiente de Reflexão
T - Temperatura ou Tonalidade de cor
VA - Volt Ampére
W - Watt
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SUMÁRIO
LISTA DE QUADROS E TABELAS .................................................................................. 8 LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... 9 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ........................................................................ 10 1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 15
1.1 – OBJETIVOS ........................................................................................................... 15 1.1.1 – Objetivo Geral ................................................................................................ 15 1.1.2 – Objetivos Específicos ...................................................................................... 15
1.2 – ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................................. 16 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................... 17
2.1 – LUZ ........................................................................................................................ 17 2.1.1 – História da Luz ............................................................................................... 18
2.2 – CONCEITOS BÁSICOS ......................................................................................... 18 2.2.1 – Fluxo Luminoso .............................................................................................. 19 2.2.2 – Intensidade Luminosa .................................................................................... 19 2.2.3 – Nível de Iluminação ou Iluminância .............................................................. 19 2.2.4 – Eficiência Luminosa de uma Lâmpada ou Eficiência Energética................. 21 2.2.5 – Vida Útil .......................................................................................................... 22 2.2.6 – Vida Média ou Vida Mediana ........................................................................ 22 2.2.7 – Temperatura de Cor ....................................................................................... 22 2.2.8 – Índice de Reprodução de Cor (IRC) .............................................................. 23 2.2.9 – Luminância ..................................................................................................... 23 2.2.10 – Curva de Distribuição Luminosa ................................................................. 24 2.2.11 – Ofuscamento ................................................................................................. 25 2.2.12 – Uniformidade ................................................................................................ 25 2.2.13 – Depreciação do Fluxo Luminoso .................................................................. 26
3 – COMPONENTES DO SISTEMA E DO PROJEOT DE ILUMINAÇÃO................. 27 3.1 – DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ......................................................................... 27
3.1.1 – Lâmpadas........................................................................................................ 27 3.1.1.2 – Lâmpadas incandescentes........................................................................... 27
3.1.1.2.1 – Lâmpadas Incandescentes Tradicionais.............................................. 27 3.1.1.2.2 – Lâmpadas incandescentes Halógenas ................................................. 28
3.1.1.3 – Lâmpadas de Descarga Elétrica.................................................................. 29 3.1.1.3.1 – Fluorescentes Compactas ................................................................... 29 3.1.1.3.2 – Fluorescentes Tubulares ..................................................................... 30 3.1.1.3.3 – Vapor de Mercúrio ............................................................................. 31 3.1.1.3.4 – Luz Mista ............................................................................................ 32 3.1.1.3.5 – Vapor de Sódio ................................................................................... 32 3.1.1.3.6 – Vapor Metálico ................................................................................... 33
3.1.2 – Luminárias...................................................................................................... 33 3.1.2.1 – Receptáculo para fonte luminosa ............................................................... 35 3.1.2.2 – Refletores................................................................................................... 35 3.1.2.3 – Refratores .................................................................................................. 35 3.1.2.4 – Difusores e Colméias................................................................................. 36 3.1.2.5 – Carcaça, Órgãos de Fixação e de Complementação .................................... 36
3.1.3 – Equipamentos de Controle............................................................................. 36 3.1.3.1 – Reatores..................................................................................................... 36 3.1.3.2 – Transformadores........................................................................................ 37
14
3.1.3.3 – Ignitores .................................................................................................... 38 3.1.3.4 – Starter........................................................................................................ 38 3.1.3.5 – Capacitor ................................................................................................... 38 3.1.3.6 – Sensor de Presença..................................................................................... 38 3.1.3.7 – Sistema por Controle Fotoelétrico ............................................................. 39 3.1.3.8 – Minuterias ................................................................................................. 39 3.1.3.9 – Dimmers.................................................................................................... 39
3.2 – DO PROJETO DE ILUMINAÇÃO......................................................................... 39 3.2.1 - Eficiência da Luminária ou Rendimento da Luminária................................ 39 3.2.2 – Índice do Local ou Índice do Recinto ............................................................. 40 3.2.3 - Eficiência do Recinto....................................................................................... 41 3.2.4 – Fator de Utilização ......................................................................................... 42 3.2.5 – Fatores de Influência na Qualidade da Iluminação...................................... 43
3.2.5.1 – Nível de Iluminância Adequada................................................................. 43 3.2.5.2 – Fator de Perdas Luminosas ou Fator de Depreciação ................................. 44 3.2.5.3 - Diagrama de luminância e curvas de limitação de ofuscamento .................. 47 3.2.5.4 – Proporção Harmoniosa entre Luminâncias................................................. 48 3.2.5.5 – Efeitos Luz e Sombras ............................................................................... 49 3.2.5.6 – Reprodução de Cores................................................................................. 49 3.2.5.7 – Tonalidade de Cor da Luz ou Temperatura de Cor ..................................... 49 3.2.5.8 – Ar-Condicionado e Acústica ...................................................................... 50
3.2.6 – Dimensionamento do Sistema......................................................................... 50 3.2.6.1 – Método dos Lumens................................................................................... 51 3.2.6.2 – Método Ponto a Ponto................................................................................ 52
3.2.7 – Distribuição das Luminárias .......................................................................... 53 3.2.8 – Avaliação do Consumo Energético................................................................. 54
3.2.8.1 – Potência Total Instalada ............................................................................. 54 3.2.8.2 – Densidade de Potência ............................................................................... 55 3.2.8.3 – Densidade de Potência Relativa.................................................................. 55
3.2.9 – Avaliação de Custos ........................................................................................ 55 3.2.9.1 – Custos de Investimento .............................................................................. 56 3.2.9.2 – Custos Operacionais................................................................................... 56 3.2.9.3 – Cálculo da Rentabilidade ........................................................................... 57
4 – METODOLOGIA ........................................................................................................ 59 5 – PROJETOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ........................................................ 60
5.1 – SISTEMA ATUAL DE ILUMINAÇÃO.................................................................. 61 5.2 – NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ................................................................... 63
5.2.1 – Cálculos Luminotécnicos ................................................................................ 64 5.2.2 – Consumo de Energia do novo projeto ............................................................ 66 5.2.3 – Análise da Rentabilidade................................................................................ 68 5.2.4 – Retorno do Investimento ................................................................................ 69
6 – CONCLUSÃO .............................................................................................................. 70 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 71 ANEXOS ............................................................................................................................ 72
ANEXO 1........................................................................................................................ 73 ANEXO 2........................................................................................................................ 74
15
1 - INTRODUÇÃO
No mundo globalizado uma empresa de ponta se destaca pela sua lucratividade. Vários
são os fatores que influenciam a produtividade de uma empresa e entre eles podemos citar
dois que estão diretamente envolvidos com esse trabalho: produtividade e redução de custos.
Dentro do quesito produtividade será enfatizado o assunto Ergonomia. Já em redução de
custos o assunto abordado será Consumo de Energia.
Focando uma linha de produção, um projeto eficiente de sistema de iluminação pode
proporcionar aos operários de uma empresa um trabalho com maior segurança, agilidade e
conforto evitando dessa forma perdas de produtividade por condições inadequadas do nível de
iluminação, acidentes de trabalho e custos adicionais à empresa para reparar falhas não
previstas em projeto.
Do ponto de vista de eficiência energética, várias são as formas que podem ser usadas
para se reduzir o consumo de energia em uma empresa industrial: mudança do tipo de
estrutura tarifária, aumento do fator de potência, a conscientização dos funcionários quanto à
forma de uso e ao consumo de energia elétrica. Um sistema de iluminação eficiente busca
minimizar problemas com fator de potência.
1.1 – OBJETIVOS
1.1.1 – Objetivo Geral
O presente trabalho tem como objetivo geral avaliar o nível atual de iluminação de uma
linha de montagem em uma indústria.
1.1.2 – Objetivos Específicos
16
O presente trabalho tem como objetivo específico identificar potenciais de melhorias do
atual sistema de iluminação da linha de montagem com base nos dados levantados na
avaliação proposta no objetivo geral.
1.2 – ESTRUTURA DO TRABALHO
A estrutura desse trabalho está assim determinada:
- No capítulo 1, conforme visto, foi apresentado uma breve introdução do assunto tratado
por esse trabalho.
- O capítulo 2 contempla a revisão bibliográfica.
- O capítulo 3 aborda todos os componentes de um sistema e de um projeto de
iluminação.
- No capítulo 4 está informada a metodologia utilizada para desenvolver esse trabalho.
- O capítulo 5 apresenta os componentes do sistema de iluminação atual e a proposta do
novo sistema.
- O capítulo 6 apresenta a conclusão do trabalho.
17
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – LUZ
Uma fonte de radiação emite ondas eletromagnéticas que possuem diferentes
comprimentos dos quais só alguns são perceptíveis ao olho humano. Portanto luz é a radiação
eletromagnética capaz de produzir uma sensação visual em função do comprimento de onda e
da luminosidade (figura 1).
A curva de sensibilidade do olho humano demonstra que radiações de menor
comprimento de onda (violeta e azul) geram maior intensidade de sensação luminosa quando
há pouca luz enquanto as radiações de maior comprimento de onda (laranja e vermelho) se
comportam ao contrário (figura 2).
Figura 1 – Espectro Eletromagnético
18
2.1.1 – História da Luz
Pode-se dizer que a luz artificial é tão antiga quanto a História da humanidade. Seu início
deu-se quando o homem aprendeu a controlar o fogo e por milhares de anos a única fonte de
luz artificial disponível foi a chama.
Posteriormente, o homem, no intuito de controlar essa chama por um longo período,
desenvolveu outras fontes de luz mais duradouras, tais como a primeira lâmpada, que era
composta por um pavio e consumia óleo animal ou vegetal, e, mais tarde, provavelmente na
era romana, a vela, obtendo-se assim fontes de luz portáteis.
Tais fontes de luz permaneceram em uso até aproximadamente dois séculos atrás, quando
surgiram os queimadores tubulares (lampiões). Somente no século XX, a chama foi
substituída por corpos sólidos incandescentes, tendo como exemplos mais marcantes a
lâmpada elétrica e a camisa de gás.
Finalmente, no começo dos anos 30 iniciou-se a produção de lâmpadas de descarga de
baixa pressão, com menor desperdício de energia em forma de calor.
2.2 – CONCEITOS BÁSICOS
Os conceitos aqui relacionados são de fundamental importância para o entendimento dos
elementos da luminotécnica. As definições são baseadas no Dicionário Brasileiro de
Eletricidade reproduzido das normas técnicas da ABNT.
Figura 2 – Curva de sensibilidade do olho humano
19
2.2.1 – Fluxo Luminoso
É a quantidade total de luz emitida a cada segundo por unidade de fonte luminosa na
tensão nominal de funcionamento (figura 3). A unidade de medida é o lúmen (lm),
representado pelo símbolo Ø.
2.2.2 – Intensidade Luminosa
É definida como a concentração de luz em uma direção específica ou na de determinado
ponto, radiada por segundo (figura 4). É representada pelo símbolo I e a unidade de medida é
a candela (cd).
2.2.3 – Nível de Iluminação ou Iluminância
É a quantidade de luz ou fluxo luminoso que atinge uma unidade de área de uma
superfície por segundo (figura 5). A unidade de medida é o lux, representada pelo símbolo E.
Figura 3 – Fluxo Luminoso
Figura 4 – Intensidade Luminosa
20
Um lux equivale a 1 lúmen por metro quadrado (lm/m2). A equação que expressa essa
grandeza é:
AE
A iluminância também é a relação entre intensidade luminosa e o quadrado da distância
(I / d2). Na prática é a quantidade de luz dentro de um ambiente e pode ser medida com o
auxílio de um luxímetro. Como o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, a
iluminância não será a mesma em todos os pontos da área verificada. Considera-se por isso a
Iluminância Média (Emed). Baseados em pesquisas realizadas com diferentes níveis de
iluminação os valores relativos à iluminância foram tabelados e no Brasil são encontrados na
norma NBR 5413 – Iluminância de Interiores, da Associação Brasileira de Normas Técnicas.
O aparelho utilizado para verificar os níveis de iluminância em interiores é o Luxímetro
(figura 6). Através de uma célula luximétrica (superfície detectora de lux) o aparelho informa
o nível de iluminância presente no ambiente. Alguns aspectos devem ser considerados antes
do uso do luxímetro. Após iniciado deve-se aguardar o tempo de calibração do mesmo para
que as leituras de iluminância sejam realizadas. Em instalações recém-construídas deve-se
fazer com que as lâmpadas funcionem por um determinado tempo (aproximadamente 100h)
para que elas sejam devidamente sazonadas e estabilizadas em seus fluxos luminosos para que
somente depois sejam processadas as medições. Em instalações com lâmpadas de descarga,
deve-se ainda, deixá-las funcionar por 30 minutos antes de proceder às medições. Dessa
forma será garantida às condições de funcionamento das lâmpadas.
Figura 5 – Nível de Iluminação ou Iluminância
21
2.2.4 – Eficiência Luminosa de uma Lâmpada ou Eficiência Energética
É calculada através do quociente entre fluxo luminoso emitido em lumens e a potência
consumida pela lâmpada em watts. A unidade de medida é o lúmen por watt (lm/W)
representada pelo símbolo ηW. A eficiência de uma lâmpada está diretamente ligada com a
quantidade de energia por ela consumida para gerar um determinado nível de fluxo luminoso.
Portanto, quanto menos energia uma lâmpada consumir para gerar o fluxo luminoso
necessário, mais eficiente ela será. No quadro 1 pode-se observar uma gama diversificada de
lâmpadas com sua respectiva eficiência energética.
Figura 6 – Luxímetro
22
Quadro1 - Grupo de Lâmpadas e suas Eficiências Energéticas
Lâmpadas ηW (lm/W) - Valores Médios
Sódio 120 a 150
Mastercolour 95
Metálica 80
Fluorescentes Tubular 80
Fluorescentes Compactas 65
Mercúrio 55
Hálogenas / Mistas 25
Incandescentes 17
2.2.5 – Vida Útil
É definida como o tempo em horas no qual há perdas de cerca de 30% do fluxo luminoso
inicial das lâmpadas testadas considerando a depreciação do fluxo luminoso e as queimas
ocorridas no período.
2.2.6 – Vida Média ou Vida Mediana
É definida como o tempo em horas do qual 50% das lâmpadas de um grupo
representativo, testadas sob condições controladas de operação, tiveram queima.
2.2.7 – Temperatura de Cor
Expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz. A sua unidade de medida é o
Kelvin (K) e é representada pelo símbolo T. Quanto mais alta a temperatura de cor, mais
clara é a tonalidade da cor da luz (figura 7). Quando falamos em luz quente ou fria não
estamos nos referindo ao calor físico da lâmpada e sim a tonalidade de cor que ela apresenta
ao ambiente. Luz com tonalidade de cor mais suave proporciona sensação de aconchego, de
relaxamento. Já os tons mais claros são bastante estimulantes.
Fonte: Guia de Iluminação Philips, 2004
23
2.2.8 – Índice de Reprodução de Cor (IRC)
Esse índice quantifica a fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma
determinada fonte de luz. A capacidade das lâmpadas de reproduzirem bem as cores (IRC)
independe de sua temperatura de cor (K). Existem lâmpadas com diferentes temperaturas de
cor e que apresentam o mesmo IRC. Os valores para IRC variam de 0 a 100. Sua
representação é o próprio símbolo IRC ou Ra e não há unidade de medida. É um valor
adimensional. Quanto maior o valor de IRC, maior também a fidelidade de reprodução das
cores.
2.2.9 – Luminância
É a definição para a intensidade luminosa (cd) produzida ou refletida por unidade de área
(m2) de uma superfície numa dada direção. Ela é representada pelo símbolo L e a unidade de
medida é candela por metro quadrado (cd/m2). Portanto Luminância é a intensidade
luminosa que emana de uma superfície pela sua superfície aparente. A superfície aparente é a
superfície que o campo visual consegue enxergar, podendo ser emanada de luminárias,
janelas, teto, parede, piso, superfície de trabalho ou ainda qualquer outro elemento presente
que receba e reflita a intensidade luminosa diretamente para o campo visual de uma pessoa
(figura 8).
Cores Quentes Cores Neutras Cores Frias
Figura 7 – Tonalidade ou Temperatura das Cores
24
A equação que permite determinar a luminância é dada por:
cos
AIL , onde:
L = luminância em cd/m2
I = intensidade luminosa em cd
A = área projetada em m2
α = ângulo considerado em graus
Como é difícil medir a intensidade luminosa que provém de um corpo não radiante (que
somente reflete), recorre-se a outra fórmula:
EL
, onde:
ρ = refletância ou coeficiente de reflexão
E = iluminância sobre a superfície refletiva
Como os objetos refletem a luz diferentemente uns dos outros fica explicado porque a
mesma iluminância pode dar origem a luminâncias diferentes. Coeficiente de reflexão é a
relação entre fluxo luminoso refletido e o fluxo luminoso incidente em uma superfície.
Geralmente é encontrado em tabelas cujos valores são função das cores e dos materiais
utilizados.
2.2.10 – Curva de Distribuição Luminosa
Figura 8 – Superfície Aparente
25
É a curva que representa, em coordenadas polares, as intensidades luminosas no plano
transversal e longitudinal em todos os ângulos que elas são direcionadas (figura 9). Em outras
palavras, se todos os vetores que saem de uma lâmpada tivessem suas extremidades ligadas
por um traço, obter-se-ia a CDL.
Para uniformização dos valores das curvas, geralmente elas são referidas a 1000 lm. Dessa
forma multiplica-se o valor da CDL encontrado pelo fluxo luminoso da lâmpada em questão e
divide-se o resultado por 1000.
2.2.11 – Ofuscamento
Ocasiona desconforto visual ou uma redução na capacidade de ver objetos,
proporcionados por excesso de luminância na direção da visão. Pode ser considerado direto,
quando o ofuscamento ocorre através da luminária / lâmpada, ou indireto, quando a luz
refletida em determinadas superfícies retornam aos olhos dos usuários desse ambiente.
O ofuscamento direto pode ser neutralizado utilizando-se acessórios nas luminárias. Já
para o ofuscamento indireto deve-se redimensionar o projeto luminotécnico, pois é causado
pelo excesso de luz no ambiente.
2.2.12 – Uniformidade
Figura 9 – Curva de Distribuição Luminosa
A – Transversal B - Longitudinal
26
A uniformidade de uma iluminação é medida pela relação entre a iluminância mínima e a
média obtida na área iluminada. Uma boa uniformidade na iluminação é necessária a fim de
evitar sombras acentuadas e assegurar o conforto e a segurança para a prática da atividade
exercida na área. O espaçamento entre as luminárias e o distanciamento delas em relação às
paredes têm contribuição direta no resultado da uniformidade da iluminação.
2.2.13 – Depreciação do Fluxo Luminoso
Ao longo da vida útil da lâmpada é comum ocorrer uma diminuição do fluxo luminoso
que sai da luminária em razão da própria depreciação normal do fluxo da lâmpada bem como
por causa do acúmulo de poeira sobre a superfície da lâmpada e do refletor.
27
3 – COMPONENTES DO SISTEMA E DO PROJETO DE ILUMINAÇÃO
3.1 – DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
3.1.1 – Lâmpadas
As lâmpadas modernas são fontes luminosas de origem elétrica. As de filamento
convencional ou halógenas produzem luz pela incandescência, assim como o sol. As de
descarga aproveitam a luminescência, assim como os relâmpagos e descargas atmosféricas. E
os diodos utilizam a fotoluminescência, assim como os vaga-lumes.
Existem ainda as lâmpadas mistas, que combinam incandescência e luminescência, e as
fluorescentes, cuja característica é o aproveitamento da luminescência e da fotoluminescência.
Os aspectos eficiência luminosa e vida útil são os que mais contribuem para a eficiência
energética de um sistema de iluminação artificial e devem, portanto merecer grande atenção,
seja na elaboração de projetos e reformas, seja na implantação de programas de conservação e
uso eficiente de energia.
3.1.1.2 – Lâmpadas incandescentes
3.1.1.2.1 – Lâmpadas Incandescentes Tradicionais
A lâmpada incandescente tradicional (figura 10) funciona através da passagem da
corrente elétrica pelo filamento de tungstênio que, com o aquecimento, gera luz. Sua
oxidação é evitada pela presença de gás inerte ou vácuo dentro do bulbo que contém o
filamento. Com a temperatura de cor agradável, na faixa de 2700 K (amarelada), e
reprodução de cor de 100%, os diversos tipos de lâmpadas comuns, decorativas ou refletoras
têm atualmente sua aplicação predominantemente residencial.
28
Componentes de uma lâmpada incandescente:
Filamento – o fio de tungstênio é utilizado na produção do filamento das lâmpadas
incandescentes devido a sua grande resistência física e ao alto ponto de fusão (3.380°C).
Quanto maior a temperatura de um filamento, maior a eficiência da lâmpada;
Projeto do filamento – o comprimento, o diâmetro e o formato do fio de tungstênio,
são determinados conforme o uso a que se destina a lâmpada e a necessidade de potência e
vida, objetivando produzir luz da maneira mais econômica e eficiente possível;
Preenchimento das lâmpadas – as lâmpadas de potência inferior a 40W são
geralmente do tipo a vácuo, o que evita que o filamento se combine com o oxigênio e
evapore instantaneamente. Nas lâmpadas de maior potência o preenchimento é feito com
uma mistura de gases argônio e nitrogênio. Estes gases são inertes e não se combinam
quimicamente com o tungstênio, reduzindo a evaporação do filamento e aumentando a
eficiência;
Acabamento dos bulbos – podem ser claro, leitoso, refletor e colorido. O acabamento
leitoso resulta em uma luz suave e difusa evitando o ofuscamento e o aparecimento de
sombras da montagem do filamento, o que geralmente ocorre nas lâmpadas de acabamento
claro. As lâmpadas coloridas podem ser revestidas internamente à base de sílica colorida ou
externamente à base de um verniz especial. As refletoras recebem um revestimento interno à
base de alumínio que dirige toda a luz produzida para a parte da frente da lâmpada, formando
um facho de luz concentrada e controlada.
3.1.1.2.2 – Lâmpadas incandescentes Halógenas
As lâmpadas halógenas (figura 11) são também consideradas incandescentes. Têm o
mesmo princípio de funcionamento, porém foram incrementadas com a introdução de gases
Figura 10 – Lâmpada Incandescente
29
halógenos que, dentro do bulbo, se combinam com as partículas de tungstênio desprendidas
do filamento. Esta combinação, somada à corrente térmica dentro da lâmpada, faz com que
as partículas se depositem de volta no filamento, criando assim o ciclo regenerativo do
halogênio. O resultado é uma lâmpada com vantagens adicionais, quando comparada às
incandescentes tradicionais:
Luz mais branca, brilhante e uniforme ao longo de toda a vida;
Maior eficiência energética, ou seja, mais luz com potência menor ou igual;
Vida útil mais longa, variando entre 2000 e 4000 horas;
Dimensões menores.
Assim como a lâmpada incandescente comum, a iluminação halógena é dimerizável,
pode ser dirigida e está disponível em versões de alta e baixa potência. Estas características
fazem das lâmpadas halógenas a escolha ideal para projetistas e decoradores, para quem a luz
é tão importante como as formas arquitetônicas, materiais e as cores.
3.1.1.3 – Lâmpadas de Descarga Elétrica
Nessas lâmpadas o fluxo luminoso é gerado direta ou indiretamente pela passagem da
corrente elétrica através de um gás, mistura de gases ou vapores.
3.1.1.3.1 – Fluorescentes Compactas
São indicadas principalmente na substituição das lâmpadas incandescentes, e apresentam
as seguintes vantagens:
Consumo de energia em média 80% menor, resultando daí uma grande redução na
conta de luz;
Figura 11 – Lâmpada Incandescente Halógena
30
Durabilidade aproximadamente 10 vezes maior, implicando uma enorme redução nos
custos de manutenção e reposição das lâmpadas;
Design moderno, leve e compacto;
Aquecem menos o ambiente, representando uma forte redução na carga térmica das
grandes instalações, proporcionando conforto e sobrecarregando menos os sistemas de ar
condicionado;
Excelente reprodução de cores, com índice de 85%, o que garante seu uso em locais
onde a fidelidade e valorização dos espaços e produtos são fundamentais;
Tonalidade de cor adequada para cada ambiente, obtida graças à tecnologia do pó tri
fósforo.
A figura 12 apresenta uma lâmpada fluorescente compacta.
3.1.1.3.2 – Fluorescentes Tubulares
Estas lâmpadas (figura 13) são a clássica forma para uma iluminação econômica. Sua alta
eficiência e longa durabilidade garantem sua aplicação nas mais diversas áreas comerciais e
industriais. A descarga elétrica em seu interior emite quase que totalmente radiação
ultravioleta (invisível ao olho humano), gerada pelo vapor de mercúrio, que, por sua vez,
será convertida em luz pelo pó fluorescente que reveste a superfície interna do bulbo. É da
composição deste pó fluorescente que resultam as mais diferentes alternativas de cor de luz
adequadas a cada tipo de aplicação. É ele que determina a qualidade e a quantidade de luz,
além da eficiência na reprodução de cor. Quando a lâmpada é ligada, a passagem de corrente
elétrica através dos filamentos causa o seu aquecimento e a liberação de elétrons. Esses
Figura 12 – Lâmpada Fluorescente Compacta
31
elétrons se movimentam de um catodo para o outro em altíssima velocidade, estabelecendo
uma descarga elétrica no vapor de mercúrio. A contínua colisão de elétrons com os átomos
de mercúrio produz o ultravioleta, o qual é convertido em luz visível pelo fósforo.
Atualmente existem duas versões dessas lâmpadas:
Fluorescente Standard - que apresenta eficiência luminosa de até 70 lm/W,
temperatura de cor variando entre 4100K e 6100K e índice de reprodução de cor de 48 a
78%.
Fluorescente tri fósforo - eficiência luminosa de até 100 lm/W, temperatura de cor
variando entre 3500K e 6000K e índice de reprodução de cor de 85%.
A grande revolução das fluorescentes ao longo dos anos tem ficado por conta da redução
do diâmetro. Quanto menor ele for, maior é a possibilidade de desenvolvimento óptico dos
refletores, permitindo melhor eficiência das luminárias. As versões tradicionais de lâmpadas
são produzidas em T12 (38mm) ou T10 (33mm), e as versões mais modernas em T8
(26mm). O passo mais recente para otimização global dos sistemas fluorescentes é a total
miniaturização obtida com a versão T5 (16mm) que, além do diâmetro de 16mm, teve uma
redução de 50mm no comprimento total. Compactação, aumento na eficiência luminosa,
design mais leve e criativo e operação direta em reatores eletrônicos.
3.1.1.3.3 – Vapor de Mercúrio
Nas lâmpadas de vapor de mercúrio (figura 14) a luz é produzida pela combinação de
excitação e fluorescência. A descarga de mercúrio no tubo de arco produz uma energia
visível na região do azul e do ultravioleta. O fósforo, que reveste o bulbo, converte o
ultravioleta em luz visível na região do vermelho. O resultado é uma luz de boa reprodução
de cores com eficiência luminosa de até 60 lm/W. Para que uma lâmpada de vapor de
Figura 13 – Lâmpada Fluorescente Tubular
32
mercúrio possa funcionar é necessário conectá-la a um reator específico, o qual serve para
controlar a corrente e a tensão de operação. É importante salientar que devido à emissão de
ultravioleta, caso a lâmpada tenha o seu bulbo quebrado ou esteja sem o revestimento de
fósforo, deve-se desligá-la, pois o ultravioleta é prejudicial à saúde, principalmente em
contacto com a pele ou os olhos.
3.1.1.3.4 – Luz Mista
As lâmpadas de luz mista, como o próprio nome já diz, são uma combinação de uma
lâmpada vapor de mercúrio com uma lâmpada incandescente, ou seja, um tubo de descarga
de mercúrio ligado em série com um filamento incandescente. O filamento controla a
corrente no tubo de arco e ao mesmo tempo contribui com a produção de 20% do total do
fluxo luminoso produzido. A combinação da radiação do mercúrio com a radiação do fósforo
e a radiação do filamento incandescente produz uma agradável luz branca. As principais
características da luz mista são:
Substituem diretamente as lâmpadas incandescentes em 220V, não necessitando de
equipamentos auxiliares (reator, ignitor e starter);
Maior eficiência e vida média oito vezes maior que as incandescentes.
3.1.1.3.5 – Vapor de Sódio
A lâmpada vapor de sódio alta pressão é a mais eficiente do grupo de lâmpadas de alta
intensidade de descarga. A luz é produzida pela excitação de átomos de sódio aliados a um
complexo processo de absorção e reirradiação em diferentes comprimentos de onda. O
resultado é uma luz branco-dourada com uma eficiência luminosa de 130 lm/W. As lâmpadas
Figura 14 – Lâmpada de Vapor de Mercúrio
33
vapor de sódio são projetadas para funcionar nos mesmos reatores para lâmpadas vapor de
mercúrio, sendo uma excelente opção de substituição para sistemas que já utilizam este tipo
de lâmpada. A substituição de uma lâmpada vapor de mercúrio por um vapor de sódio resulta
em uma redução média de 10% no consumo de energia elétrica e um acréscimo médio de
65% no fluxo luminoso. Este tipo de lâmpada se apresenta nas versões tubulares e
elipsoidais, e é indicada para iluminação de locais onde a reprodução de cor não é um fator
importante. Amplamente utilizada na iluminação externa, em avenidas, auto-estradas,
viadutos, complexos viários etc., tem seu uso ampliado para áreas industriais, siderúrgicas e
ainda para locais específicos como aeroportos, estaleiros, portos, ferrovias, pátios e
estacionamentos.
3.1.1.3.6 – Vapor Metálico
A lâmpada de vapor metálico, além de ter uma excelente reprodução de cores, é
atualmente a fonte de luz branca de maior eficiência disponível no mercado. A luz é
produzida pela excitação de átomos de aditivos metálicos em um tubo de arco de quartzo.
Para o seu funcionamento é necessário utilizar um reator para controlar a tensão e corrente de
operação, e um ignitor para a partida. Devido à excelente qualidade de luz produzida pelas
lâmpadas de vapor metálico, novos modelos de baixa potência foram desenvolvidos para
utilização em interiores. Atualmente essas lâmpadas estão disponíveis nos formatos tubular,
ovóide e tubular de duplo contacto.
3.1.2 – Luminárias
As luminárias (figura 15) são equipamentos que recebem a fonte de luz (lâmpada) e
modificam a distribuição espacial do fluxo luminoso produzido pela mesma. As luminárias
para uso geral podem ser classificadas de acordo com a porcentagem de luz emitida para
cima (iluminação indireta) ou para baixo (iluminação direta) (quadro 2).
34
Quadro 2 - Classificação das Luminárias
Suas partes principais são:
O receptáculo para a fonte luminosa;
Os dispositivos para modificar a distribuição espacial do fluxo luminoso emitido
(refletores, refratores, difusores, colméias, etc.);
A carcaça, órgãos acessórios e de complementação.
Uma luminária eficiente otimiza o desempenho do sistema de iluminação artificial. Ao
avaliar uma luminária, sua eficiência e suas características de emissão são de considerável
importância. A eficiência de uma luminária pode ser obtida pela relação entre a luz emitida
pela mesma e a luz emitida pela lâmpada. Isto se explica pelo fato de uma parte da luz
emitida pela lâmpada ser absorvida pela luminária, enquanto a restante é emitida ao espaço.
Figura 15 – Luminárias
Fonte: Catálogo Geral de Produtos ITAIM Iluminação - 2008
35
O valor da fração de emissão da luz da luminária depende dos materiais empregados na sua
construção, da refletância das suas superfícies, de sua forma, dos dispositivos usados para
proteger as lâmpadas e do seu estado de conservação. Quando se avalia a distribuição da luz
a partir da luminária, deve-se considerar como ela controla o brilho, assim como a proporção
dos lumens da lâmpada que chegam ao plano de trabalho. A luminária pode modificar
(controlar, distribuir e filtrar) o fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas: desviá-lo para certas
direções (defletores), ou reduzir a quantidade de luz em certas direções para diminuir o
ofuscamento (difusores).
3.1.2.1 – Receptáculo para fonte luminosa
Elemento de fixação funciona como contacto elétrico entre o circuito de alimentação
externo e a lâmpada. Normalmente as partes isolantes são construídas de porcelana
vitrificada, as partes condutoras deverão ser de latão, e as que possuem efeito de mola, de
bronze fosforoso. Além da resistência à temperatura de funcionamento, deve-se verificar a
estabilidade de fixação lâmpada/receptáculo quando a luminária estiver sujeita a intensas
vibrações mecânicas, o que obrigará a utilização de soquetes tipo antivibratório.
3.1.2.2 – Refletores
São dispositivos que servem para modificar a distribuição espacial do fluxo luminoso de
uma fonte. Os perfis de refletores mais utilizados são os circulares, os parabólicos, os
elípticos e os de formas especiais normalmente assimétricos. Cada tipo de refletor possui sua
aplicação específica. Podem ser construídos de vidro ou plásticos espelhados, alumínio
polido, chapa de aço esmaltado ou pintado de branco. O vidro espelhado, apesar da alta
refletância, é pouco utilizado devido a sua fragilidade, peso elevado e custo. O alumínio
polido é uma ótima opção, pois alia às vantagens de alta refletância, razoável resistência
mecânica, peso reduzido e custo relativamente baixo.
3.1.2.3 – Refratores
São dispositivos que modificam a distribuição do fluxo luminoso de uma fonte utilizando
o fenômeno da transmitância. Em muitas luminárias esses dispositivos tem como finalidade
36
principal à vedação da luminária, protegendo a parte interna contra poeira, chuva, poluição e
impactos.
3.1.2.4 – Difusores e Colméias
Os difusores são elementos translúcidos, foscos ou leitosos, colocados em frente à fonte
de luz com a finalidade de diminuir sua luminosidade, reduzindo as possibilidades de
ofuscamento. É o caso das placas de vidro fosco ou bacias de plástico, acrílico ou
policarbonato das luminárias fluorescentes. Podem também ser utilizados para conseguir-se
um aumento da abertura de facho de uma luminária.
3.1.2.5 – Carcaça, Órgãos de Fixação e de Complementação
As estruturas básicas das luminárias podem ser construídas de diversos materiais. Nas
luminárias para lâmpadas fluorescentes, a carcaça é o próprio refletor, de chapa de aço, com
acabamento geralmente em tinta esmaltada branca. A espessura da chapa deverá ser
compatível com a rigidez mecânica do aparelho. A pintura deve ser de boa qualidade para
melhor aderência e estabilidade.
Nas luminárias utilizadas no tempo ou em ambientes úmidos, dá-se preferência a
carcaças de alumínio ou plásticos devidamente estabilizados contra radiações.
No caso das luminárias herméticas, à prova de água e vapores, especial cuidado deve ser
tomado em relação às juntas e gaxetas de vedação, no que tange à resistência às intempéries,
à temperatura e ao envelhecimento.
3.1.3 – Equipamentos de Controle
3.1.3.1 – Reatores
São utilizados em conjunto com as lâmpadas de descarga. Tem por finalidade provocar
um aumento de tensão durante a ignição e uma redução na intensidade da corrente, durante o
funcionamento da lâmpada. Cada tipo de lâmpada requer um reator específico.
Em termos construtivos podem se apresentar de duas formas: reatores eletromagnéticos
ou reatores eletrônicos.
37
Reatores eletromagnéticos – são os mais comuns nas instalações. Geralmente
compostos de núcleo de ferro, bobinas de cobre e capacitores para correção do fator de
potência. Devido as suas perdas elétricas, emissão de ruído audível, efeito flicker e carga
térmica elevada não são vistos com bons olhos por aqueles que pretendem fazer uso eficiente
da energia elétrica;
Reatores eletrônicos – são os mais procurados por profissionais voltados ao uso
eficiente da energia. Trabalham em alta freqüência (20 a 50 kHz), sendo mais eficientes que
os eletromagnéticos na conversão de potência elétrica em potência luminosa. A qualidade do
produto, no entanto, é um fator que deve ser levado em consideração para que se obtenha
sucesso na execução do projeto. Os reatores eletrônicos podem ter partida rápida, instantânea
ou programada.
Alguns aspectos básicos devem ser considerados:
Fator de Potência (FP): Definido pela razão entre a potência ativa ou real (W)
pela potência aparente ou total (VA). O fator de potência é um número adimensional entre 0
e 1. Fator de potência igual a 1 indica que toda a energia fornecida pela fonte é consumida
pela carga. Para fatores de potência baixos (<0,92) é necessário transferir uma quantidade
maior de potência aparente para se obter a mesma potência ativa ou corrigir o FP através do
uso de capacitores.
Fator de Fluxo Luminoso (F.F.L): A maioria das lâmpadas de descarga opera em
conjunto com reatores e neste caso observamos que o fluxo total obtido depende do
desempenho desses reatores. Portanto o Fator de Fluxo Luminoso (F.F.L) ou Fator de Reator
(F.R) é um fator que determina qual será o fluxo luminoso final emitido pela lâmpada. Pode
ser encontrado através da relação entre o Fluxo Luminoso obtido pelo Fluxo Luminoso
nominal da lâmpada e é geralmente identificado pela sigla BF (Ballast Factor), onde BF é
igual ao fluxo luminoso obtido / fluxo nominal da lâmpada.
Distorção Harmônica Total (THD): Interferência na rede causada por correntes
alternadas geradas por equipamentos eletrônicos de alta freqüência.
Fator de Eficácia (FE): Indica a eficiência do reator obtido através da razão entre
o fluxo luminoso das lâmpadas pela potência total do sistema.
3.1.3.2 – Transformadores
Equipamento auxiliar cuja função é converter a tensão da rede (tensão primária) para
outro valor de tensão (tensão secundária). Um único transformador pode alimentar várias
38
lâmpadas desde que o valor de sua potência máxima não seja ultrapassado com a somatória
das potências individuais de cada lâmpada.
3.1.3.3 – Ignitores
Dispositivo de partida para lâmpadas vapor de sódio e vapores metálicos. Durante a
ignição na lâmpada vapor de sódio, ele fornece um alto pico de tensão aos eletrodos da
lâmpada que é sobreposto à tensão da rede. Por isto os disjuntores de proteção do circuito
deverão ser do tipo retardado, suportando a corrente necessária para a partida da lâmpada.
Após a partida o ignitor desliga-se automaticamente.
3.1.3.4 – Starter
Equipamento auxiliar externo ao reator eletromagnético convencional constituído de um
elemento bimetálico cuja função é pré-aquecer os eletrodos das lâmpadas fluorescentes bem
como fornecer em conjunto com o reator um pulso de tensão necessário para o acendimento
da mesma.
3.1.3.5 – Capacitor
Acessório que tem como função corrigir o FP de um sistema que utiliza reator
magnético. Da mesma forma que para cada lâmpada de descarga existe um reator específico,
existe também um capacitor específico para cada reator.
3.1.3.6 – Sensor de Presença
A utilização destes equipamentos pode gerar economias significativas. Estes dispositivos
asseguram que as luzes permaneçam apagadas quando as salas estão desocupadas, sendo
suas aplicações mais apropriadas em locais com perfil de ocupação intermitente ou
imprevisível.
O sistema é composto por um detector de movimento (que utiliza ondas ultra-sônicas ou
radiação infravermelha), uma unidade de controle eletrônica e um interruptor controlável
(relé). O detector de presença sente o movimento e envia o sinal apropriado para a unidade
39
de controle. A unidade de controle, então, processa o sinal de entrada para fechar ou abrir o
relé que controla a potência da luz.
3.1.3.7 – Sistema por Controle Fotoelétrico
Este sistema possui sensores que identificam a presença de luz natural, fazendo a devida
diminuição ou até mesmo bloqueio da luz artificial através de dimmers controlados
automaticamente. Quanto maior a quantidade de luz natural disponível no ambiente, menor
será a potência elétrica fornecida às lâmpadas e vice-versa.
3.1.3.8 – Minuterias
Dispositivo elétrico o qual permite que lâmpadas permaneçam acesas por um período de
tempo preestabelecido. Após o tempo programado, o temporizador desativa as lâmpadas,
evitando o desperdício de energia.
3.1.3.9 – Dimmers
Controlam, através de um circuito eletrônico, a potência fornecida à lâmpada. Este
aparelho é normalmente encontrado para lâmpadas incandescentes. Alguns modelos de
reatores eletrônicos e mesmo eletromagnéticos incorporam a função do dimmer, permitindo
o controle contínuo da luminosidade em lâmpadas fluorescentes. Existem também modelos
de lâmpadas fluorescentes compactas que permitem a utilização de dimmers comuns, os
mesmos empregados no controle de lâmpadas incandescentes.
3.2 – DO PROJETO DE ILUMINAÇÃO
Como geralmente a lâmpada é instalada dentro de luminárias, o Fluxo Luminoso final
que se apresenta é menor do que o irradiado pela lâmpada, devido à absorção, reflexão e
transmissão da luz pelos materiais com que são construídas. O Fluxo Luminoso emitido pela
luminária é avaliado através da Eficiência da Luminária, isto é, o Fluxo Luminoso da
luminária em serviço dividido pelo Fluxo Luminoso da lâmpada.
3.2.1 - Eficiência da Luminária ou Rendimento da Luminária
40
É a divisão entre o fluxo luminoso irradiado pela luminária e o fluxo luminoso total da
lâmpada. Nesse trabalho esse conceito é representado pelo símbolo ηL. Caso a luminária não
disponha de um refletor adequado para a lâmpada ou o refletor não seja de boa qualidade de
reflexão, grande parte do fluxo da lâmpada não será refletido no ambiente e
conseqüentemente haverá desperdício da luz e baixo rendimento luminoso. Uma luminária de
alto rendimento luminoso possui refletor dimensionado para a lâmpada e excelente reflexão, o
que proporciona um alto aproveitamento da luz e conseqüentemente permite reduzir o número
de luminárias e lâmpadas num projeto de iluminação de ambientes. Normalmente esse valor é
indicado pelo fabricante da luminária.
3.2.2 – Índice do Local ou Índice do Recinto
O índice do local (k) é a relação entre as dimensões do recinto, dado por:
lchlck
, para iluminação direta e,
lchlck
'2
3, para iluminação indireta, onde:
c = comprimento do ambiente
l = largura do ambiente
h = altura de montagem
h’ = distância do teto ao ambiente de trabalho
pd = pé-direito
hs = altura de suspensão da luminária
ht = altura do plano de trabalho
A altura de montagem h é o valor de pd menos ht menos hs. É portanto a distância real
entre a luminária e o plano de trabalho (figura 16).
41
3.2.3 - Eficiência do Recinto
O valor da Eficiência do Recinto (ηR) é encontrado em tabelas contidas no catálogo do
fabricante onde se relacionam os valores do Coeficiente de Reflexão ou Refletância do teto,
paredes e piso, com o Índice do Local.
Uma vez que se calculou k, procura-se identificar os valores da Refletância do teto,
paredes e piso. Abaixo é apresentado um quadro típico de valores de refletância (quadro 3).
De posse das refletâncias necessárias, relacionam-se esses valores com o valor de k na tabela
de Fator de Utilização (tabela 1). Os valores de k apresentados nas Tabelas de Fator de
Utilização nem sempre coincidem exatamente com os valores de k que foram calculados.
Diante dessa situação deve-se optar pelo maior valor mais próximo de k a fim de garantir
uma melhor eficiência de iluminação.
Figura 16 – Dimensões Verticais do Recinto
42
Quadro 3 - Valores de Refletância
Tabela 1 - Tabela de Fator de Utilização
3.2.4 – Fator de Utilização
O Fluxo luminoso final (útil) que incidirá sobre o plano de trabalho é avaliado pelo Fator
de Utilização que é o produto de ηR por ηL. Portanto:
Fonte: Catálogo Geral de Produtos ITAIM Iluminação - 2008
Fonte: Catálogo Geral de Produtos ITAIM Iluminação - 2008
43
Fator de Utilização LRFU
Ele indica a eficiência luminosa do conjunto lâmpada, luminária e recinto.
Muitas vezes, esse processo é evitado, se a tabela de Fator de utilização for também
fornecida pelo catálogo. Esta tabela nada mais é que o valor da Eficiência do Recinto já
multiplicado pela Eficiência da Luminária, encontrado pela interseção do Índice do Recinto
(k) e das Refletâncias do teto, paredes e piso (nesta ordem).
3.2.5 – Fatores de Influência na Qualidade da Iluminação
3.2.5.1 – Nível de Iluminância Adequada
Deve-se consultar a norma NBR 5413 – Iluminância de interiores. Esta Norma estabelece
os valores de iluminância média mínima em serviço para iluminação artificial em interiores,
onde se realizem atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras. A iluminância
deve ser medida no campo de trabalho. Quando este não for definido, entende-se como tal o
nível referente a um plano horizontal a 0,75 m do piso. Recomenda-se que a iluminância em
qualquer ponto do campo de trabalho não seja inferior a 70% da iluminância média
determinada segundo a NBR 5382. A iluminância no restante do ambiente não deve ser
inferior a 1/10 da adotada para o campo de trabalho, mesmo que haja recomendação para
valor menor.
44
Tabela 2 - Iluminância por Classe de Tarefas Visuais
Tabela 3 - Fatores Determinantes da iluminância Adequada
3.2.5.2 – Fator de Perdas Luminosas ou Fator de Depreciação
O fator de perdas luminosas (FPL) ou Fator de Depreciação (Fd) é definido como a razão
da iluminância média no plano de trabalho depois de certo período de uso do sistema de
iluminação para a iluminância média inicial nas mesmas condições. Esse fator incorpora as
Fonte: NBR 5413 - 1992
Fonte: NBR 5413 - 1992
45
perdas devidas à deterioração (acúmulo de poeira e desgaste) das lâmpadas, luminárias e
superfícies da sala e à depreciação do fluxo luminoso das lâmpadas e dos equipamentos de
controle (reator). Dependendo do tipo de atividade desempenhada em um ambiente e da
freqüência com que ocorre a limpeza do mesmo, haverá maior ou menor perda da eficiência
do sistema de iluminação. Assim, deve-se considerar no cálculo, o impacto dos seguintes
fatores:
1. Fator de Manutenção do Fluxo Luminoso (FMFL)
Razão do fluxo luminoso da lâmpada num dado momento pelo seu fluxo luminoso
inicial. A figura 17 ilustra a depreciação do fluxo luminoso para uma lâmpada fluorescente
tubular em função do tempo de operação da lâmpada.
2. Fator de Sobrevivência da Lâmpada (FSL)
Fração do número total de lâmpadas que continuam a operar num dado momento
(lâmpadas operando sob determinadas condições, considerando também a freqüência de
acendimentos).
Figura 17 – Depreciação do Fluxo Luminoso
46
3. Fator de Manutenção da Luminária (FML)
Razão do fluxo luminoso emitido pela luminária num dado momento pelo fluxo luminoso
inicial emitido pela luminária.
4. Fator de Manutenção das Superfícies da Sala (FMSS)
Razão das refletâncias das superfícies internas do ambiente num dado momento pelo
valor da refletância inicial.
Além desses, outros fatores podem ser considerados no cálculo do fator de perdas
luminosas: os fatores não-recuperáveis que são inerentes ao local de instalação, como o
desgaste dos materiais com o tempo, a temperatura de operação, a tensão da rede e o fator de
fluxo luminoso do reator.
O fator de perdas luminosas é dado pelo produto dos quatro fatores citados
anteriormente. A tabela a seguir apresenta alguns valores de referência para um determinado
tipo de lâmpada.
FMSSFMLFSLFMFLFPL
Tabela 4 - Fator de Perdas Luminosas para Lâmpadas Halógenas
Quando o FPL não é fornecido pelo fabricante podemos adotar tabelas de fatores de
depreciação convenientes ao trabalho que está sendo realizado. A escolha dessa tabela deve
ser escolhida pelo projetista afim de atender às necessidades do projeto. Abaixo um exemplo
de uma tabela de Fd.
Fonte: Catálogo Geral de Produtos ITAIM Iluminação - 2008
47
Tabela 5 - Fator de Depreciação
3.2.5.3 - Diagrama de luminância e curvas de limitação de ofuscamento
Possibilita a avaliação do grau de controle de ofuscamento da luminária através da análise
das curvas de luminância nos planos longitudinal e transversal da luminária e das curvas de
limitação de ofuscamento nos ângulos críticos de visualização (entre 45º e 85º), conforme
Figura 18.
Cada curva de limitação de ofuscamento (de “a” a “h”) se refere a certo nível de
iluminância para classes de qualidade distintas. Cada curva (Figura 19) é válida para certo
nível de iluminância e, portanto, para certas aplicações ou tarefas visuais.
Para analisar a adequação de uma luminária a uma determinada atividade, basta verificar o
nível de iluminância desejado e sua respectiva curva de limitação para o nível de qualidade
requerido. Se as curvas de luminâncias se mantiverem à esquerda da curva de limitação
selecionada, significa que a luminária é apropriada, de acordo com o nível de controle
exigido, em termos de ofuscamento.
Figura 18 – Ângulos críticos de visualização
Fonte: Guia de Iluminação Philips - 2004
48
3.2.5.4 – Proporção Harmoniosa entre Luminâncias
Acentuadas diferenças entre as Luminâncias de diferentes planos causam fadiga visual,
devido ao excessivo trabalho de acomodação da vista, ao passar por variações bruscas de
sensação de claridade. Para evitar esse desconforto, recomenda-se que as Luminâncias de
piso, parede e teto se harmonizem numa proporção de 1:2:3,e que, no caso de uma mesa de
trabalho,a Luminância desta não seja inferior a 1/3 da do objeto observado, tais como livros,
etc. (figura 20).
Figura 19 – Curva de Limitação de ofuscamento
Figura 20 – Proporção Harmoniosa entre Luminâncias
49
3.2.5.5 – Efeitos Luz e Sombras
Deve-se tomar cuidado no direcionamento do foco de uma luminária, para se evitar que
essa crie sombras perturbadoras, lembrando, porém, que a total ausência de sombras leva à
perda da identificação da textura e do formato dos objetos. Uma boa iluminação não significa
luz distribuída por igual.
3.2.5.6 – Reprodução de Cores
A cor de um objeto é determinada pela reflexão de parte do espectro de luz que incide
sobre ele. Isso significa que uma boa Reprodução de Cores está diretamente ligada à
qualidade da luz incidente, ou seja, à equilibrada distribuição das ondas constituintes do seu
espectro.
É importante notar que, assim como para Iluminância média, existem normas que
regulamentam o uso de fontes de luz com determinados índices, dependendo da atividade a
ser desempenhada no local (figura 21).
3.2.5.7 – Tonalidade de Cor da Luz ou Temperatura de Cor
Um dos requisitos para o conforto visual é a utilização da iluminação para dar ao ambiente
o aspecto desejado. Sensações de aconchego ou estímulo podem ser provocadas quando se
Figura 21 – IRC e Exemplos de Aplicação
50
combinam a correta Tonalidade de Cor da fonte de luz ao nível de Iluminância pretendido
(Figura 22).
Estudos subjetivos afirmam que para Iluminâncias mais elevadas são requeridas lâmpadas
de Temperatura de Cor mais elevada também. Chegou-se a esta conclusão baseando-se na
própria natureza, que ao reduzir a luminosidade (crepúsculo), reduz também sua Temperatura
de Cor. A ilusão de que a Tonalidade de Cor mais clara ilumina mais, leva ao equívoco de que
com as “lâmpadas frias” precisa-se de menos luz.
3.2.5.8 – Ar-Condicionado e Acústica
O calor gerado pela iluminação não deve sobrecarregar a refrigeração artificial do
ambiente. Há um consenso que estabelece que um adulto irradia o calor equivalente a uma
lâmpada incandescente de 100W. Portanto, fontes de luz mais eficientes colaboram para o
bem-estar, além de se constituir numa menor carga térmica ao sistema de condicionamento de
ar. O sistema de iluminação pode comprometer a acústica de um ambiente através da
utilização de equipamentos auxiliares (reatores e transformadores eletromagnéticos). Uma
solução bastante eficiente, com ausência total de ruídos é o emprego de sistemas eletrônicos
nas instalações.
3.2.6 – Dimensionamento do Sistema
Figura 22 – Relação de Conforto Ambiental entre Nível de Iluminância e Tonalidade de Cor
51
Basicamente existem dois métodos para dimensionar o sistema através do cálculo
luminotécnico:
- Método dos Lumens ou Método do Fluxo Luminoso;
- Método Ponto a Ponto.
O método mais utilizado para sistemas de iluminação em edificações é o método dos
Lumens ou método do Fluxo Luminoso que consiste em determinar a quantidade de fluxo
luminoso (lumens) necessário para determinado recinto baseado no tipo de atividade
desenvolvida, cores das paredes, teto e piso e do tipo de lâmpada-luminária escolhidos.
O método ponto a ponto também chamado de método das intensidades luminosas baseia-
se nas leis de Lambert e consiste em determinar a iluminância (lux) em qualquer ponto da
superfície, individualmente, para cada projetor cujo facho atinja o ponto considerado. O
iluminamento total será a soma dos iluminamentos proporcionados pelas unidades
individuais.
3.2.6.1 – Método dos Lumens
A maneira de se efetivar esse método é utilizando a fórmula abaixo:
dAE
, onde:
Ø: fluxo luminoso necessário em lumens;
E: iluminância ou nível de iluminamento em lux;
A: área do recinto em m2;
µ: coeficiente de utilização;
d: fator ou coeficiente de depreciação.
A partir do fluxo luminoso total necessário determina-se o número de lâmpadas da
seguinte forma:
n , onde:
n: nº de lâmpadas;
Ø: fluxo luminoso necessário em lumens;
Ф: fluxo luminoso de cada lâmpada.
O cálculo do número de luminárias necessário para um determinado ambiente segue a
seguinte fórmula:
52
FFLFPLFUnAEN med
, onde:
N: número necessário de luminárias;
Emed: Nível de Iluminância Médio;
A: Área do ambiente;
n: nº de lâmpadas;
Ф: Fluxo luminoso de cada lâmpada;
FU: Fator de Utilização;
FPL: Fator de Perda das Luminárias;
FFL: Fator de Fluxo Luminoso do Reator.
Quando o número de luminárias já é conhecido, o nível de iluminância médio pode ser
calculado com:
AFFLFPLFUnNE
, onde:
3.2.6.2 – Método Ponto a Ponto
É utilizado quando a distância entre a fonte luminosa e o plano a ser iluminado for no
mínimo 5 vezes maior do que as dimensões físicas da fonte de luz.
É aplicado através das fórmulas:
2dIE , para a luz incidindo perpendicularmente ao plano do objeto, e:
2
3cosh
IE
, para a luz que não incide perpendicularmente ao plano do objeto, onde:
I: Intensidade Luminosa Vertical, em cd;
E: Iluminância no ponto, em lux;
d: distância da fonte luminosa ao objeto;
α: ângulo de abertura do facho;
h: distância vertical entre a fonte de luz e o plano do objeto;
Iα: intensidade luminosa no ângulo α, em cd.
A iluminância (E) em um ponto é o somatório de todas as iluminâncias incidentes sobre
esse ponto provenientes de diferentes pontos de luz, ou seja:
2
3
2
cosh
IhIE
53
A figura 23 mostra claramente o método ponto a ponto aplicado na iluminação focalizada.
3.2.7 – Distribuição das Luminárias
A distribuição de luminárias varia de acordo com a função do espaço, o layout do
mobiliário, a tarefa a ser desempenhada, dentre outros fatores. No geral, a distribuição de
luminárias é dada de modo uniforme no interior do ambiente. Para tanto, recomenda-se que a
distância “a” ou “b” entre as luminárias (eixo a eixo) seja o dobro da distancia entre estas e as
paredes laterais (Figura 24) e que haja um critério mínimo de espaçamento entre as luminárias
dado por:
heL 5,1 , onde:
eL: distância mínima entre luminárias (representado por a e b na figura 24)
h: pé direito útil.
Figura 23 – Aplicação do método Ponto a ponto
Figura 24 – Distribuição das Luminárias
54
Contudo, se a quantidade de luminárias resultantes não possibilitar uma distribuição
adequada, recomenda-se sempre o acréscimo de luminárias para que não haja prejuízo do
nível de iluminação necessário.
As seguintes fórmulas podem ser empregadas para obter uma distribuição de luz uniforme
no interior do ambiente:
Nlc
cQC
, para quantidade de luminárias no comprimento (c), e:
Nlc
lQL
, para quantidade de luminárias na largura (l).
3.2.8 – Avaliação do Consumo Energético
Além da quantidade de lâmpadas e luminárias, bem como do nível de Iluminância, é
imprescindível a determinação da potência da instalação, para se avaliar os custos com
energia e assim desenvolver-se um estudo de rentabilidade entre diversos projetos
apresentados. O valor da “Potência por m²” é um índice amplamente divulgado e, quando
corretamente calculado, pode ser o indicador de projetos luminotécnicos mais econômicos.
Para tanto, calcula-se inicialmente a potência total instalada.
3.2.8.1 – Potência Total Instalada
É a somatória da potência de todos os aparelhos instalados na iluminação. Trata-se aqui da
potência da lâmpada, multiplicada pela quantidade de unidades utilizadas (n), somado à
potência consumida de todos os reatores, transformadores e/ou ignitores.
Os catálogos de alguns fabricantes contêm dados orientativos referentes às perdas dos
equipamentos auxiliares (em watts) para as respectivas lâmpadas. Uma vez que os valores
resultantes são elevados, a Potência Total Instalada é expressa em quilowatts, aplicando-se
portanto o quociente 1000 na equação.
1000WnPt
, onde:
55
Pt: potência total instalada, em kW;
n: quantidade de lâmpadas;
W: potência consumida pelo conjunto luminária + lâmpadas + acessórios, em W.
3.2.8.2 – Densidade de Potência
É a Potência Total Instalada em watt para cada metro quadrado de área.
APD t 1000
, onde:
D: densidade de potência, em W/m2;
A: área em m2.
Essa grandeza é muito útil para os futuros cálculos de dimensionamento de sistemas de ar-
condicionado ou mesmo dos projetos elétricos de uma instalação.
A comparação entre projetos luminotécnicos somente se torna efetiva quando se leva em
conta níveis de Iluminância iguais para diferentes sistemas. Em outras palavras, um sistema
luminotécnico só é mais eficiente do que outro, se, ao apresentar o mesmo nível de
Iluminância do outro, consumir menos watts por metro quadrado.
3.2.8.3 – Densidade de Potência Relativa
Indica a relação entre a potência total instalada, área e nível de iluminância, dada em
W/m2x100 lx no plano de trabalho. Utilizado para comparar a eficiência energética entre
sistemas de iluminação, pois indica a densidade de potência para se obter um mesmo nível de
iluminância:
100EDDPR , onde:
DPR: densidade de potência relativa em W/m2 x 100 lux
E: iluminância média, em lx.
3.2.9 – Avaliação de Custos
Um projeto luminotécnico somente é considerado completo quando se atentar para o
cálculo de custos.
56
3.2.9.1 – Custos de Investimento
É a somatória dos custos de aquisição de todos os equipamentos que compõem o sistema
de iluminação, tais como lâmpadas, luminárias, reatores, transformadores, ignitores e a fiação,
acrescidos dos custos de mão de obra dos profissionais envolvidos, desde a elaboração do
projeto à instalação final. (Figura 25).
3.2.9.2 – Custos Operacionais
É a somatória de todos os custos apresentados após a completa instalação do sistema de
iluminação, concentrados nos custos de manutenção das condições luminotécnicas do projeto
e os custos de energia consumida (Figura 26).
O custo mensal de manutenção das lâmpadas engloba o custo de aquisição de novas
unidades e o custo da mão de obra necessária a executar a manutenção. Esse custo resulta da
soma das horas mensais de utilização das lâmpadas dividida pela sua vida útil.
O quociente que assim se obtém, informa o número de lâmpadas que serão repostas, e seu
valor deve ser multiplicado pelo preço da lâmpada nova. Já o custo da mão de obra para
realizar essa reposição é dado em função da remuneração por hora de trabalho do respectivo
profissional.
Figura 25 – Custos de Investimento
57
O tempo de reposição por lâmpada deve ser multiplicado pelo número de lâmpadas
repostas por mês. Esse custo é bastante significativo nas instalações de difícil acesso, como
iluminação pública, quadras de esporte, etc.
O fator decisivo no custo operacional é o custo de energia elétrica, que corresponde à
Potência Total Instalada (Pt), multiplicada pelas horas de uso mensal e pelo preço do kWh.
Ao se optar por um sistema mais eficiente, este custo sofre substancial redução.
3.2.9.3 – Cálculo da Rentabilidade
A análise comparativa de dois sistemas de iluminação, para se estabelecer qual deles é o
mais rentável, leva em consideração tanto os custos de investimento quanto operacionais.
Geralmente o uso de lâmpadas de melhor Eficiência Energética leva a um investimento maior,
mas proporciona economia nos custos operacionais. Decorre daí a amortização dos custos, ou
seja, há o retorno do investimento dentro de um dado período. O tempo de retorno é calculado
pelo quociente da diferença no investimento pela diferença na manutenção. Feitos os cálculos,
os valores podem ser alocados em gráficos, como no da figura 27, onde se visualiza a
evolução das despesas no tempo. O ponto de interseção das linhas indica o instante de
equalização destes custos.
Figura 26 – Custos Operacionais
58
Figura 27 – Evolução das Despesas no Tempo
59
4 – METODOLOGIA
Pela característica do presente trabalho de conclusão de curso, foi realizado um estudo de
caso para comparar um atual sistema e projeto de iluminação de uma linha de produção de
motores e em funcionamento, com novas propostas de projetos visando à ergonomia e a
redução do consumo de energia.
Foi escolhido o estudo de caso devido a suas várias aplicações. Assim, é apropriado para
pesquisadores individuais, pois dá a oportunidade para que um aspecto de um problema seja
estudado em profundidade dentro de um período de tempo limitado. Além disso, parece ser
apropriado para investigação de fenômenos quando há uma grande variedade de fatores e
relacionamentos que podem ser diretamente observados e não existem leis básicas para
determinar quais são os mais importantes.
Uma grande utilidade dos estudos de caso é verificada nas pesquisas exploratórias. Por
sua flexibilidade, é recomendável nas fases iniciais de uma investigação sobre temas
complexos, para a construção de hipóteses ou reformulação do problema. Também se aplica
com pertinência nas situações em que o objeto de estudo já é suficientemente conhecido a
ponto de ser enquadrado em determinado tipo ideal. São úteis também na exploração de novos
processos ou comportamentos, novas descobertas, porque têm a importante função de gerar
hipóteses e construir teorias. Ou ainda, pelo fato de explorar casos atípicos ou extremos para
melhor compreender os processos típicos. A utilidade também é evidenciada em pesquisas
comparativas, quando é essencial compreender os comportamentos e as concepções das
pessoas em diferentes localidades ou organizações.
Com base nas aplicações apresentadas, evidenciam-se as vantagens dos estudos de caso
uma vez que: estimulam novas descobertas, em função da flexibilidade do seu planejamento;
enfatizam a multiplicidade de dimensões de um problema, focalizando-o como um todo e
apresentam simplicidade nos procedimentos, além de permitir uma análise em profundidade
dos processos e das relações entre eles.
60
5 – PROJETOS DE SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
O projeto de iluminação deve ser proposto de modo a priorizar o conforto visual, a
segurança e a produtividade dos usuários no ambiente. A definição do sistema de iluminação
depende de diversos fatores, como:
Função e uso do espaço;
Forma e pé-direito do ambiente;
Tipo de forro;
Materiais construtivos, acabamentos, estilo arquitetônico;
Mobiliário;
Detalhes arquitetônicos, internos e externos;
Localização de aberturas para luz natural (janelas, domus);
Considerações fotométricas (iluminância, luminância, contraste).
Nível de conforto e satisfação dos usuários;
Tarefas desempenhadas: grau de precisão e duração;
Idade dos ocupantes;
Segurança;
Custo inicial;
Manutenção e custo energético;
Assim, o projeto de iluminação não envolve somente a escolha do modelo e a
determinação da quantidade de luminárias para um determinado ambiente. A qualidade da luz
resultante em um ambiente com uma dada função é fundamental para garantir que o usuário
execute sua tarefa com conforto e maior produtividade. Para tanto, é importante fazer a
escolha correta da luminária, da lâmpada e do equipamento de controle mais indicados. A
escolha da luminária deve ser feita em função do efeito de luz pretendido (verificar a
fotometria da luminária), bem como do grau de controle de ofuscamento, de seu rendimento,
grau de proteção contra poeira, objetos sólidos e contra penetração de água, durabilidade e
segurança. Para a seleção da lâmpada atenção especial deve ser dada para o índice de
61
reprodução de cores, a temperatura de cor, a durabilidade e a eficiência luminosa do modelo
em questão, além dos critérios fundamentais, como o consumo e o fluxo luminoso (ou
intensidade luminosa e ângulo de abertura do facho, dependendo do tipo de lâmpada). Para a
determinação dos equipamentos de controle, verificar o fator de potência, o fator de fluxo
luminoso, perdas, distorção harmônica e a possibilidade de dimerização do sistema.
Além da escolha das luminárias, lâmpadas e equipamentos de controle, deve-se atentar
para sua distribuição no ambiente, conforme efeitos desejados, minimizando o ofuscamento e
evitando a criação de áreas muito escuras que põem em risco a segurança dos usuários. O
excesso de luz também deve ser evitado, pois além de provocar desconforto visual, aumenta o
consumo de energia.
5.1 – SISTEMA ATUAL DE ILUMINAÇÃO
O sistema atual de iluminação, na verificação “in loco”, é composto de 94 luminárias
pendentes do tipo iluminação direta sem refletor com 4 lâmpadas por luminária. O reator é do
tipo eletrônico de partida instantânea com alto fator de potência e as lâmpadas são do tipo T8
de 32W de potência. Essa configuração demanda aproximadamente 12.318 kWh por mês e
custos operacionais da ordem R$ 2.260,00 / mês.
O nível médio de iluminância dessa linha é da ordem de 480 lux. Esse valor foi obtido
junto à linha de produção. A NBR 5382/1997, prevê que o levantamento desse tipo de
informação seja efetuado com instrumento adequado, que contenha fotocélula com correção
de cosseno e correção de cor, com temperatura ambiente entre 15 e 50 ºC. Prevê também que
a fotocélula deva ser exposta a uma iluminância mais ou menos igual à da instalação por um
período próximo a 10 minutos a fim de garantir a estabilização do aparelho para aí sim efetuar
a coleta dos dados. Dessa forma, seguindo a NBR 5382/1997, foi utilizado o instrumento
Luxímetro Digital marca Hagner Modelo EC1 com precisão de ± 3% da leitura e ± 5 dígitos
(calibrado com lâmpada incandescente padrão na temperatura de cor de 2856 K) que
contempla a exigência da norma. A exposição do instrumento à iluminância da linha no
período de 10 minutos também foi atendida. Assim sendo os dados foram coletados e obteve-
se a iluminância média acima informada (ver tabela 6).
62
Tabela 6 – Atual iluminância nos postos de trabalho
Posto Descrição da Atividade Valores em Lux
M. 1.0 Colocar Bloco na linha 300M.3.0 Retirar tampas 440M.3.1 Montar casquilho mancal 420M. 4.0 Montar casquilho e capas dos mancais 580M. 4.1. Montar anéis de Encosto 500R.0.1 Reparar mancais 590
KVM 1 Montar anéis de compressão 570KVM 2 Desmontar conjunto biela 420KVM 3 Montar casquilhos 480KVM 4 Montar anel trava do pino pistão 570M.5.0 Montar conjunto embolo bloco 650M.6.0 Montar tampas de biela 820R.0.2 Reparar mancais 700M. 7.0 Montar pinos guia da flange traseira 380M.8.0 Montar pinos guia da flange traseira 380M.9.0 Montar pescador de óleo 600M.9.1 Apontar 06 parafuso na flange 470
M.11.1 Aplicar Silicone carter 458M. 11.2 Torquer Parafuso no carter de chapa 590M.11.3 Virar Rumpf Motor na posição correta 410M.12.0 Montar parafusos p/ fixar cabeçote 380M.12.1 Aplicar gel e colocar cabeçote 190M.12.1 Abastecer esteira transportadora 350M.13.0 Montar velas de ignição e sensor 370M. 14.0 Retirar RM 370
Iluminância Média (Emed) 480
Col et a de da dos
De acordo com a ABNT, NBR 5413, o nível de iluminância para uma linha de produção
desse tipo deve estar compreendido entre 500 e 1000 lux dependendo dos fatores
determinantes para o nível de iluminância adequado. Após identificação e avaliação das
Fonte: Coleta de dados no posto de trabalho
63
características abrangidas por esses fatores, determinou-se que o nível adequado de
iluminância para essa linha deve ser de 750 lux.
Diante dessa constatação verificou-se que o projeto atual não está adequado às
necessidades mínimas. O desconforto visual proporcionado pela baixa iluminância pode afetar
a segurança dos funcionários após horas de trabalho e comprometer a sua produtividade,
conseqüentemente comprometer a produtividade da linha como um todo.
5.2 – NOVO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO
Os dados levantados do atual projeto do sistema de iluminação da linha de produção
evidenciam uma falha com relação ao nível de iluminância presente. Uma nova proposta deve
ser elaborada a fim de atender ao nível de iluminância adequado que irá garantir acima de
tudo a questão da ergonomia dos postos de trabalho e mais intrinsecamente a segurança dos
funcionários que ali desempenham suas atividades laborais. Outro ponto a ser focado é o de
reduzir o consumo de energia atual, buscando obviamente, economia com custos operacionais
de iluminação.
Com a grande diversidade de lâmpadas, luminárias e acessórios mais eficientes e
modernos encontrados na atualidade foi realizada uma pesquisa para identificar os
componentes que poderiam substituir o atual projeto de iluminação a fim de atender o nível
correto de iluminância com conseqüente redução do consumo de energia.
Foi proposta a utilização de lâmpadas fluorescentes tubulares TL5. Essas lâmpadas, em
relação às atuais, consomem 12,5% menos de energia, tem diâmetro menor que a atual o que
possibilita maior irradiação do fluxo luminoso para a área de trabalho (vide dados
comparativos no Anexo 1). Sua tonalidade de cor também é superior a da atual o que pode
proporcionar um estímulo maior da atividade laboral levando a uma tendência de maior de
produtividade. A luminária especificada para esse projeto também é do tipo pendente com
iluminação direta. Porém ela comporta somente 2 lâmpadas, é confeccionada em chapa de aço
branca e possui refletor externo de chapa de aço branca, fator esse que proporciona melhor
rendimento da luminária devido à maior refletância do fluxo luminoso emitido. Tem 1172
mm de comprimento, 174 de largura e 85 de altura. A figura 28 apresenta o tipo de luminária
escolhida para esse projeto.
64
As características do reator que será empregado no novo projeto devem ser equivalentes
ao usado atualmente (do tipo eletrônico com partida instantânea e com alto fator de potência)
devido a sua alta eficiência, porém a potência deve ser compatível com a potência das novas
lâmpadas. Portanto o novo reator também contribuirá com uma significativa redução no
consumo de energia, da ordem de 50% em relação ao atual.
5.2.1 – Cálculos Luminotécnicos
Para se determinar a essência de um projeto de iluminação, isto é, o nível adequado de
iluminância, deve-se efetuar os cálculos luminotécnicos necessários considerando todas as
restrições que interferem no processo de iluminamento. Dados como quantidade de lâmpadas
e luminárias, por exemplo, serão obtidos através desses cálculos. Antes porém, deve-se
identificar qual método será aplicado para se processar os cálculos. No caso desse trabalho,
Figura 28 – Ilustração da luminária e diagramas Polar de intensidade e Fluxo Zonal
65
será adotado o “Método dos Lumens” devido às características do recinto estudado. Para se
determinar o fluxo luminoso necessário, temos os seguintes dados:
Iluminância prevista: 750 lux
Área do recinto: 960 m2
Coeficiente de utilização: 0,54
o Esse coeficiente é o produto do índice de recinto pela eficiência da luminária
(valor informado no catálogo do fabricante). O índice de recinto foi obtido da seguinte forma:
as refletâncias de teto, parede e piso foram consideradas como 70%, 10% (devido
à parede se encontrar consideravelmente afastada da linha de produção) e 10%
respectivamente. O fator de local (k) foi obtido em função das dimensões do recinto: 80 m de
comprimento, 12 m de largura e 2,4 m de pé-direito útil. Foi, portanto obtido o valor de 4,35
para k. Cruzando esse valor com os índices de refletância na tabela de Fator de Utilização da
lâmpada / luminária escolhida para o projeto, encontrou-se o índice de recinto: 0,70. No caso
da luminária adotada para esse projeto, o valor obtido de eficiência é 0,77. Portanto:
54,077,070,0 .
Fator de depreciação: 0,57, obtido junto a Tabela de Fator de Depreciação da lâmpada
escolhida para o projeto.
Diante dessas informações obtêm-se o fluxo luminoso necessário:
lmdAE 760000
54,057,0960750
Com o fluxo luminoso determinado, encontra-se agora o número de lâmpadas necessárias.
Para encontrar esse valor é preciso saber o fluxo luminoso de uma lâmpada: no caso desse
trabalho, o fluxo da lâmpada escolhida é de 2900 lumens. Portanto:
lâmpadasn 2632900
760000
Para se definir o número de luminárias necessário basta dividir o nº total de lâmpadas
calculado pelo nº de lâmpadas por luminária. Conforme visto anteriormente, a luminária
escolhida para esse projeto comporta 2 lâmpadas. Assim sendo, o nº mínimo de luminárias
exigido para o projeto é de 131. É necessário nesse momento efetuar o cálculo das equações
abaixo para definir a distribuição das luminárias pelo recinto.
Nlc
cQC
(1)
66
Nlc
lQL
(2)
Através da equação (1) obtêm-se o número de colunas de luminárias que devem ser
dispostas no comprimento do ambiente. Já a equação (2) prevê o número de linhas de
luminárias que devem ser dispostas na largura do ambiente. Em (1), encontrou-se o seguinte
resultado: 29,55. Já em (2) o resultado encontrado foi: 4,43. O número mínimo de luminárias
necessárias para se atingir o nível mínimo de iluminamento é de 131. Se arredondarmos para
cima os valores encontrados em (1) e (2) será obtido um número de 150 luminárias. Essa
quantidade vai atender ao nível mínimo de iluminamento com folgas, porém deve encarecer
um pouco mais o projeto. Adotando-se 27 luminárias na disposição do comprimento do
recinto e 5 na largura, a quantidade de luminárias do projeto será de 135. Dessa forma o valor
projetado está garantido e conseqüentemente o nível mínimo de iluminância também além do
barateamento do custo com aquisição de equipamentos e do custo operacional. Para se
determinar o espaçamento mínimo entre as luminárias deve-se atender ao critério abaixo:
heL 5,1
Assim sendo, o espaçamento entre luminárias não pode ser maior que 3,6m.
A disposição das luminárias é apresentada na figura 29.
5.2.2 – Consumo de Energia do novo projeto
Figura 29 – Disposição das luminárias – 27 no comprimento e 5 na largura
67
Um dos principais objetivos desse trabalho é projetar um sistema mais eficiente que
proporcione redução do consumo de energia. Dessa forma foram realizados os seguintes
cálculos para identificar os níveis de redução no consumo de energia:
Potência Total das Lâmpadas
o WPnPt NLLAM 756028263
Potência Total do Conjunto Acessório
o WPNPt NCACA 445533135
Potência Total Instalada
o kWPtPtPt LAMCA 02,121000
445575601000
Densidade de Potência
o 2/131000960
02,121000 mWAPtD
Densidade de Potência Relativa
o luxmWEDDPR 100/)/(53,1100
81613100 2
Custo do Consumo Mensal de Energia
o A Empresa trabalha 21h por dia fora do horário de pico (de ponta) e 3h por dia
no horário de pico (de ponta). Fazendo-se uma relação de proporcionalidade, o custo do kWh
para a Empresa sai por R$ 0,17. Considerando que a Empresa trabalha em média 672h/mês, o
custo do consumo mensal de energia é:
11,1399$17,067212 RCMEEThtmPtCCME
A tabela 7, abaixo apresentada, compara de forma objetiva a eficiência do sistema atual e
do novo sistema.
68
Tabela 7 – Comparativo de consumo e gastos
Características de Consumo de Energia Sistema Atual Novo SistemaIluminância Alcançada (lux) 480 816Potência Total Instalada (kW) 18,33 12,02Potência Nominal da Lâmpada (W) 32 28Potência Total das Lâmpadas (W) 12032 7560Potência Nominal Cj.Acessórios (W) 67 33Potência Total Cj. Acessórios (W) 6298 4455Densidade da Potência (W/m²) 19,09 12,52Densid. Potência Relativa (W/m²)/100 lux 3,98 1,53Custo Médio da Energia Elétrica (kW/h) 0,17 0,17
Na ponta (kW/h) 0,26 0,26Fora da ponta (kW/h) 0,16 0,16
Custos do Consumo Mensal de Energia 2134,47 1399,11
5.2.3 – Análise da Rentabilidade
Para que o novo projeto possa ser praticado é importante mostrar o quanto é necessário
investir, o quanto vai custar para mantê-lo, em quanto tempo será retornado esse investimento
e os custos com a manutenção do mesmo. Para saber o quanto é necessário investir, devemos
considerar todo o equipamento a ser adquirido mais o custo do projeto. Assim:
Preço de cada lâmpada: R$ 24,30
Preço de cada luminária: R$ 45,00
Preço de cada acessório por luminária: R$ 32,90
Custo do projeto + instalação: R$ 0,00, não foi considerado nenhum
valor.
Portanto:
50,17077$00,090,3200,4513530,24270 RCI
Em relação aos custos operacionais, deve-se considerar:
Custo do consumo mensal de energia: R$ 1399,11
Custo médio mensal de reposição de lâmpadas: R$ 244,94, levando-se em
consideração o tempo de vida útil da lâmpada adotada igual há 18.000 horas e a quantidade de
lâmpadas empregadas no projeto.
Assim:
05,1644$94,24411,1399 RCMRLCCMECO
Fonte: Cálculos de Projeto
69
Em relação ao projeto atual há uma economia mensal de R$ 616,50.
5.2.4 – Retorno do Investimento
Com base nos dados apurados verifica-se que o retorno do investimento diante das
condições propostas deve acontecer em 2,3 anos. Esse pay-back é calculado através do
quociente do valor investimento pela diferença entre os custos operacionais do sistema atual e
do novo sistema num período de 12 meses (1 ano). Assim:
anosPB 3,212
50,61650,17077
O gráfico na figura 30 apresenta esse pay-back.
Pay-Back
R$ (2.000,00)
R$ -
R$ 2.000,00
R$ 4.000,00
R$ 6.000,00
R$ 8.000,00
R$ 10.000,00
R$ 12.000,00
R$ 14.000,00
R$ 16.000,00
R$ 18.000,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Tempo de Retorno (em meses)
Inve
stim
ento
Após o retorno do investimento a Empresa passa a economizar com custos operacionais
em torno de R$ 7400,00 por ano.
Figura 30 – Retorno do investimento na linha do tempo
70
6 – CONCLUSÃO
A coleta dos dados da atual iluminação foi essencial para verificar o nível inadequado de
iluminância. Através dos cálculos realizados, apresentados no texto e nos anexos, fica
comprovada a eficiência do projeto que garante um nível de iluminância acima do mínimo
recomendado pela ABNT, demonstrando a importância de se investir no emprego de novos
equipamentos e tecnologias relacionadas com a área de iluminação. Também está garantida a
redução do consumo de energia com o investimento a ser feito preservando ainda a ergonomia
do local de trabalho em termos de iluminação adequada para a eficiência das atividades
desenvolvidas bem como assegurando que perdas de produtividade e de qualidade dos
produtos não venham a ocorrer em função de baixa eficiência de iluminação. Nos anexos 1 e
2 estão apresentadas, de forma conclusiva e compacta, as planilhas com os dados gerais
referentes ao projeto da atual iluminação assim como do novo projeto proposto.
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REFERÊNCIAS
PHILIPS. Guia de Iluminação. São Paulo: 2004. 57 p. PHILIPS. Catálogo Geral Luminárias 2008. São Paulo: 2007. 17 p. OSRAM. Manual Luminotécnico Prático. São Paulo: 2006. 26 p. ITAIM ILUMINAÇÃO. Catálogo Geral de Produtos 2008. São Paulo: 2008. 209 p. ITAIM ILUMINAÇÃO. Guia de Referência 2008. São Paulo: 2008. 56 p. GE ILUMINAÇÃO. Guia de Consulta Técnica. Rio de Janeiro: 2002. 14 p. DEMAPE. Reatores para iluminação. São Paulo: 2007. 8 p. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5413 – Iluminância de interiores. Rio de Janeiro: 1992. 13 p. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5382 – Verificação de Iluminância em interiores. Rio de Janeiro: 1985. 4 p. BARBOSA, Luis Antonio Greno. História e Conceitos de Iluminação: Material didático de apoio à disciplina. 1. ed. Rio de Janeiro: Universidade Estácio de Sá, 2007. 16 p. CERVELIN, Severino. Melhoria da eficiência luminosa. 2002. 117 f. Monografia (Pós-Graduação em Engenharia de Produção). Programa de Pós-Graduação da UFSC, Florianópolis, 2002. GUERRINI, Délio Pereira. Iluminação – Teoria e Projetos. 1. ed. São Paulo: Érica, 2007. BOSSI, Antonio; SESTO, Ézio. Instalações Elétricas VOL.2. 6. Ed. Curitiba: Hemus, 2002
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ANEXOS
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ANEXO 1
Atual C/ Lâmpadas Philips
1 Comprimento (m) 80 80
2 Largura (m) 12 12
3 Área (m²) 960 960
4 Pé-Direito (m) --- ---
5 Pé-Direito Útil (m) 2,40 2,40
6 Índice do Recinto (K) 4,35 4,35
7 Fator de Depreciação (Fd) 0,57 0,57
8 Coeficiente de Reflexão - Teto 0,7 0,70
9 Coeficiente de Reflexão - Parede 0,1 0,10
10 Coeficiente de Reflexão - Piso 0,1 0,10
11 Iluminância Planejada (lux) 500 750
12 Temperatura de Cor (Kelvin) 4000 5000
13 Índice de Reprodução de Cores (IRC) 85 85
14 Tipo de Lâmpada Fluorescente Tubular T8 Fluorescente Master TL5
15 Fluxo Luminoso da Lâmpada (lúmen) 2700 2900
16 Lâmpadas por Luminária 4 2
17 Tipo de Luminária Luminária Pendente com 4 Lâmpadas 32W sem refletor
Luminárias Pendente com 2 Lâmpadas 28W com refletor
18 Fator de Fluxo Luminoso (BF) 1 1
19 Grupo da Luminária --- ---
20 Eficiência da Luminária (ηL) 0,56 0,77
21 Eficiência do Recinto (ηR) - (Teto/Par./Piso) 0,77 0,70
22 Fator de Utilização (ηL*ηR) 0,43 0,54
23 Quantidade de Lâmpadas (n) 376 263
24 Quantidade de Luminárias (N) 94 131
25 Quantidade de Luminárias na Instalação 94 135
25a Distribuição Luminárias no Comprimento 27
25b Distribuição Luminárias na Largura 5
26 Iluminância Alcançada (lux) 480 816
27 Potência Total Instalada (kW) 18 12
27a Potência Nominal da Lâmpada (W) 32 28
27a1 Potência Total das Lâmpadas (W) 12032 7560
27b Potência Nominal Cj.Acessórios (W) 67 33
27b1 Potência Total Cj. Acessórios (W) 6298 4455
28 Densidade da Potência (W/m²) 19 13
29 Densid. Potência Relativa (W/m²)/100 lux 3,98 1,53
CÁLCULO DE ILUMINÂNCIA INTERNA - MÉTODO DAS EFICIÊNCIASDados
Cál
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ANEXO 2
Atual Novo Projeto1 Modelo de Lâmpada Fluorescente Tubular T8 Fluorescente Master TL52 Fluxo Luminoso Nominal da Lâmpada (lumens) 2700 29003 Modelo do Reator Philips EL232A26 Philips EL232A27
4 Tecnologia do Reator Eletrônico de partida instantânea e alto fator de potência
Eletrônico de partida instantânea e alto fator de potência
5 Fator de Fluxo Luminoso do Reator (BF) 1 16 Fluxo Luminoso Obtido por Lâmpada (lumens) 2700 2900
7 Modelo da Luminária Luminária Pendente com 4 Lâmpadas 32W sem refletor
Luminárias Pendente com 2 Lâmpadas 28W com refletor
8 Nível de Iluminação Obtido (Iluminância, em lux) 480 8169 Área do Ambiente (m²) 960 96010 Vida Útil da Lâmpada (em horas) 20000 1800011 Quantidade Total de Lâmpadas (n) 376 27012 Quantidade Total de Luminárias (N) 94 13513 Potência Instalada por Luminária (em kW) 0,099 0,06114 Potência Total Instalada (em kW) 18 12
15 Tempo de Uso Mensal (em horas) 672 67215a Uso/dia fora da ponta (em horas) 21 2115b Uso/dia na ponta (em horas) 3 315c Dias Trabalhados no mês 28 2816 Consumo Mensal de kW/h 12318 807417 Durabilidade Média das Lâmpadas (em meses) 30 27
18 Preço de cada Lâmpada 9,98R$ 24,30R$ 19 Preço de cada Luminária -R$ 45,00R$ 20 Preço de cada Acessório por Luminária -R$ 32,90R$ 21 Custo do Projeto + Instalação -R$ -R$ 22 Custo Médio da Energia Elétrica (kW/h) 0,17R$ 0,17R$
22a Na ponta (kW/h) 0,260473R$ 0,260473R$ 22b Fora da ponta (kW/h) 0,160828R$ 0,160828R$
23 Custos de Equipamento para Instalação -R$ 17.077,50R$ 24 Diferença entre os custos de investimentos -R$ 17.077,50R$
25 Custos do Consumo Mensal de Energia 2.134,47R$ 1.399,11R$ 26 Custo Médio Mensal de Reposição das Lâmpadas 126,08R$ 244,94R$ 27 Redução Consumo Energia c/ sistema de ar condicionado -R$ -R$ 28 Somatório dos Custos Operacionais 2.260,55R$ 1.644,05R$ 29 Diferença Mensal entre Custos Operacionais -R$ (616,50)R$
30 Retorno do Investimento (em anos) 0,00 2,31
31 Densidade de Potência Relativa 3,98 1,53
CÁLCULO DE RENTABILIDADE
Custos Operacionais
Avaliação de Rentabilidade
Dados Comparativos de Consumo da Instalação
Características do Sistema de Iluminação e Ambiente
Características de Uso
Custos dos Equipamentos Envolvidos
Custo dos Investimentos