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Luminotécnica Prof..Márcio Rubens. Baumer Março 2004

Universidade do Estado de Santa Catarina Departamento de Engenharia Elétrica – DEE

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HIGIENE DO TRABALHO

LUMINOTÉCNICA

ÍNDICE I – A iluminação no trabalho

I.1 – A aplicação norma regulamentadora NR 17 do Ministério do Trabalho I.2 – Iluminação de Interiores NBR 5413 da ABNT I.3 – Como selecionar a iluminância desejada I.4 – O desempenho do trabalhador com relação ao conforto visual

II – Conceitos Básicos de Luminotécnica II.1 - Grandezas Luminotécnias II.2 - Características das lâmpadas II.3 - Características das luminárias II.4 – Aplicações III – Fundamentos do projeto de iluminação interna

III.1 – Fatores de influência na qualidade da iluminação III.2 – Projeto luminotécnico III.3 – Alguns softwares de cálculo luminotécnico III.4 – Medição e avaliação dos níveis de iluminação

IV – Novas tecnologias de iluminação IV.1 – Lâmpadas IV.2 – Luminárias V – Desenvolvimento de projetos luminotécnicos V.1 – Exemplos V.2 – Exercícios ANEXOS Anexo 1 – NBR 5413 Anexo 2 – NBR 5382




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BIBLIOGRAFIA( GERAL) OU DE USO DA DISCIPLINA: • CREDER, Hélio Instalações Elétricas – 14a Edição - 2000 • MAMEDE FILHO, João Instalações Elétricas Industriais – 6a Edição – 2001 • COTRIM, Ademaro – Instalações Elétricas - 4a Edição – 2002 • NISKIER/ MACINTYRE , Júlio / A.J. – Instalações Elétricas – 3a Edição – 1996 • SILVA, Mauri Luiz da – Luz Lâmpadas & Iluminação -1ª Edição – 2002 • ABNT- Norma Técnica NBR 5410/04 • ABNT – Norma TécnicaNBR 5413/92 • ABNT – Norma Técnica NBR 5382/84 • MINISTÉRIO DO TRABALHO- NR 17




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I – ILUMINAÇÃO NO TRABALHO I.1 – A aplicação da NR 17 do Ministério do Trabalho A NR 17 que trata da Ergonomia visa a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar um máximo de conforto, segurança e desempenho eficiente. Quanto às condições ambientais de trabalho a norma cita em seu artigo 17.5.3 : “Em todos os locais de trabalho deve haver iluminação adequada, natural ou artificial, geral ou suplementar, apropriada à natureza da atividade.” Quanto à iluminação natural, evidentemente a norma está se referindo a luz solar, que a princípio, se puder ser utilizada, resolverá os problemas de conforto ambiental nas mais diversas atividades de trabalho. Como a maioria dos casos esta solução fica difícil de ser implementada, nos valemos da utilização de iluminação artificial. Esta iluminação adequada, está regulamentada pela norma brasileira da ABNT a NBR 5413/92. I.2 – A iluminação de interiores – NBR 5413/92 da ABNT Esta norma tem por objetivo: “Estabelecer os valores de iluminâncias médias mínimas em serviço para iluminação artificial, onde se realizem atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras”. A Iluminância é a grandeza utilizada para a avaliação do conforto visual, que é uma razão entre o fluxo luminoso recebido pela superfície e a área considerada. Iluminância deve ser medida com o luximetro, segundo a norma NBR 5283/84 Campo de trabalho é a região onde, para qualquer superfície nela situada, exigem-se condições de Iluminância apropriadas ao trabalho visual a ser realizado. Condições gerais

• A Iluminância deve ser medida no campo de trabalho. Quando este não for definido, entende-se como tal nível referente a um plano horizontal à 0,75 m do piso.

• No caso de ser necessário elevar a iluminancia em determinado campo de trabalho, pdse-se usar iluminação suplementar. A Iluminância restante do ambiente não deve ser inferior a 1/10 da adotada.

• Recomenda-se que a Iluminância em qualquer ponto do campo de trabalho não seja inferior a 70% da Iluminância média determinada de acordo com a NBR 5382




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Tabela 1 – Iluminâncias por classe de tarefas visuais –NBR 5413/92

Classe Iluminância (lux) Tipo de atividade

20 – 30 – 50 Áreas públicas com arredores escuros

50 – 75 – 100 Orientação simples para permanência curta

100 – 150 – 200 Recintos não usados para trabalhos contínuo; depósitos

A Iluminação geral para áreas usadas interruptamente ou com tarefas visuais simples

200 – 300 - 500

Tarefas com requisitos visuais limitados, trabalho bruto de maquinaria, auditórios

500 – 750 – 1000

Tarefas com requisitos visuais normais, trabalho médio de maquinaria, escritórios

B Iluminação geral para área de trabalho

1000 – 1500 – 2000 Tarefas com requisitos especiais, gravação manual, inspeção, indústria de roupas

2000 – 3000 – 5000 Tarefa visuais exatas e prolongadas, eletrônicas de tamanho pequeno

5000 – 7500 – 10000 Tarefas visuais muito exatas, montagem de microeletrônica

C Iluminação adicional para tarefas visuais difíceis

10000 – 15000 – 20000 Tarefas visuais muito especiais, cirurgia

Nota: As classes, bem como os tipos de atividades não são rígidas quanto às iluminâncias limites recomendas, ficando a critério do projetista avançar ou não nos valores das classes/tipos de atividade adjacentes, dependendo das características do local/tarefa

Tabela 2 – Fatores determinantes da iluminância adequada – NBR 5413/92

Peso Características da tarefa e do observador -1 0 +1 Idade

Inferior a 40 anos 40 a 55 anos Superior a 55 anos

Velocidade e precisão

Sem importância Importante Crítica

Refletância do fundo da tarefa

Superior a 70% 30 a 70% Inferior a 30%




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I.3 – Como selecionar a iluminância desejada Para determinarmos a iluminância desejada deveremos nos valer das tabelas 1 e 2 e adotar o procedimento abaixo: Fazer uso da tabela 1 de acordo com a atividade levando em conta três fatores da tabela 2, que são:

• Idade

• Velocidade e precisão

• Refletância do fundo da tarefa Procedimento: a) Analisar cada característica acima, determinada pesos conforme tabela 2 b) Somar os três valores encontrados, algebricamente, considerando o sinal c) Usar : A iluminância inferior do grupo, quando o valor total for igual a –2 ou –3, A iluminância superior quando a soma for +2 ou +3, e A iluminância média nos outros casos I.4 – O desempenho do trabalhador com relação ao conforto visual Pesquisas realizadas comprovaram que:

• Existe uma relação direta entre a iluminação e a produtividade

• Devemos individualizar o sistema de iluminação

• Quando maior a idade mais luz ele precisa para executar as tarefas Estudo de um caso:

Caso realizado em dois escritórios similares, com as mesmas características de trabalho. No primeiro o sistema de iluminação foi reduzido à metade, enquanto o segundo permaneceu com os níveis normais. Após um determinado período o primeiro escritório voltou a ser iluminado como o segundo.

Constatou-se que com a redução da luminosidade pela metade, a produtividade baixou significativamente e, após um período de adaptação, aumentou gradativamente, estabilizando-se em níveis inferiores ao do segundo escritório. Quando a iluminação voltou ao nível inicial, notou-se um aumento da produtividade acima do verificado no segundo escritório, permanecendo alto por um período de adaptação e então, voltando ao mesmo nível do segundo escritório

A figuras 1 retrata o desempenho em função das pessoas provocado pelo processo em análise.

Este tipo de pesquisa e outras observações feitas por especialistas da área, resultaram em conclusões quanto a definição do ambiente ideal de trabalho, dentre elas podemos destacar:




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Proporcionar conforto visual

Ser eficiente para a tarefa

Reproduzir bem as cores

Ter a aparência da cor correta

Evitar ofuscamentos diretos

Evitar ofuscamento indireto/refletido

Ser flexível

Não produzir ruído

Ser individualizada

Figura 1 –Índice de produtividade em escritório e em função do nível de iluminação

Figura 2 – Conforto visual em relação a iluminância e a temperatura de cor




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II –CONCEITOS BÁSICOS DE LUMINOTÉCNICA II.1 – Grandezas Luminotécnicas Luz: Radiação eletromagnética que acarreta uma sensação de claridade ou seja uma sensação visual. Veja o espectro eletromagnético mostrado na figura 3. A sensibilidade visual para a luz varia não só de acordo com o comprimento de onda da radiação, mas também com a luminosidade. 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 a pouca luz, enquanto as radiações de maior comprimento de onda ( laranja e vermelho ) se comportam ao contrário.

Figura 3 – Espectro Eletromagnético

Fluxo Luminoso: É a radiação total da fonte luminosa, entre os limites de comprimento de onda (380 a 780 nm), conforme mostra a figura 4. Símbolo: ϕ Unidade: Lumen (lm)

Figura 4




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Intensidade Luminosa: É o fluxo luminoso irradiado na direção de um determinado ponto. Esta direção é representada por vetores, cujo comprimento indica a intensidade luminosa. Vide figura 5. Símbolo: I Unidade: Candela (cd)

Figura 5

Iluminância: É a relação da razão entre o fluxo luminoso incidente por unidade de área. Como o fluxo luminoso não é distribuído uniformemente, a iluminância não será a mesma em todos os pontos da área. Para isto se considera a iluminância média (Em). Vide figura 6. Símbolo: E Unidade: lux (lx)

E = ϕ /

Figura 6




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Curva de Distribuição Luminosa: É a representação da intensidade luminosa em todos os ângulos em que é direcionada num plano. Visando a uniformização destas curvas, geralmente são referidas ao valor de 1000 lm. Para efeito de cálculos é necessário multiplicar-se o valor encontrado na CDL pelo fluxo luminoso da lâmpada e dividir por 1000 lm. A figura 7 apresenta uma CDL típica de um conjunto lâmpada e luminária. Símbolo: CDL Unidade: candela (cd/1000 lm)

Figura 7 – Curva de Distribuição Luminosa

Luminância: É a intensidade luminosa que emana de uma superfície, pela sua superfície aparente. A luminância depende tanto do nível iluminação ou iluminância, quanto das características de reflexão das superfícies. Vide figura 8 Símbolo: L Unidade: candela/ m2 (cd/m2)

αcos.AI

L =

onde: L = Luminância em cd/ m2 I = Intensidade luminosa em cd A = área projetada em m2 α = ângulo considerado em graus

Figura 8 – Conceito de Luminância




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Como é difícil medir-se a intensidade luminosa que provem de um corpo não radiante (através de reflexão) pode-se recorrer a seguinte fórmula:

πρ EL .

=

onde: ρ = Refletância ou coeficiente de reflexão E = Iluminância sobre essa superfície em Lux Cabe lembrar que o coeficiente de reflexão é a relação entre o Fluxo luminoso refletido e o incidente em uma superfície. Esse coeficiente e dado geralmente em tabelas, conforme mostra a tabela 3.

Tabela 3

COEFICIENTES DE REFLEXÃO DE ALGUNS MATERIAIS E CORES

Materiais Rocha 60% Tijolos 5 a 25% Cimento 15 a 40% Madeira Cara 40% Esmalte branco 65 a 75% Vidro transparente 6 a 8% Madeira aglomerada 50 a 60% Azulejos brancos 65 a 75% Madeira escura 15 a 20% Gesso 80%

Cores Branco 70 a 80% Creme claro 70 a 80% Amarelo claro 55 a 65% Rosa 45 a 50% Verde claro 45 a 50% Azul celeste 40 a 45% Cinza claro 40 a 45% Bege 25 a 35% Verde escuro 10 a 15% Vermelho 20 a 25% Preto 5 a 10% Laranja 20 a 25%

II.2 – Características das lâmpadas a) Eficiência energética: É a relação entre o fluxo luminoso em lumens fornecido pela

lâmpada e o seu consumo em Watts. Lumens/Watts (lm/W)




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Figura 9

b) Temperatura de cor (Kelvin): É difícil avaliar a sensação de tonalidades de cor de

diversas lâmpadas. Para estipular um parâmetro foi definido o critério de temperatura de cor (Kelvin) para classificar a luz. O conceito baseia-se em comparar com um corpo metálico em aquecimento( Radiador de Plank), que passa desde a cor avermelhada e, colocando-se mais fogo, mais calor, a barra começara a ficar num vermelho mais claro, até que depois de passar por cores como laranja, amarelo, com o fogo e calor aumentando, ela chegará a ponto de fusão e então terá uma cor branca azulada. Entende-se então que quanto mais calor em graus Celsius a barra receber, mais branca ficará, em graus Kelvin, teremos então a temperatura de cor.Deduzindo-se com lógica que quanto mais alta for a temperatura de de cor mais branca será a luz, conforme mostra a figura 10.

Figura 10




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c) Índice de reprodução de cores:- IRC - As variações de cor dos objetos iluminados

sob fontes de luz diferentes podem ser identificadas através do conceito de reprodução de cores. Sua escala é de 0 a 100%, também comparada com o metal sólido em aquecimento até irradiar luz. Este parâmetro é dado pelo IRC ou – Índice de reprodução de cores. O IRC serve para medir o quanto de luz artificial consegue imitar a luz natural. O IRC de 100% seria como um dia claro de sol no verão por volta do meio dia.Desta forma, quanto mais próximo de 100% for o IRC de uma fonte de luz artificial, mais próxima da luz natural estará, ou seja reproduzirá mais fielmente as cores e, quanto menor for este índice pior será a reprodução de cores.

Figura 11

II.2.1 - Tipos de Lâmpadas As lâmpadas são divididas em dois grandes grupos: As lâmpadas incandescentes e as lâmpadas de descarga 1 – Lâmpadas incandescentes

• Incandescentes • Halógenas

Princípio de funcionamento: baseia-se na emissão de luz através do aquecimento de um filamento de tungstênio, que irradia sob forma de luz parte da radiação térmica gerada. Veja detalhes na figura 12 e 13.




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Figura 12 – Lâmpada incandescente

Figura 13 – Lâmpada halógena

2 – Lâmpadas de descarga

• Fluorescentes, figura 14 • Mistas, figura 15 • Vapor de mercúrio, figura 16 • Vapor de Sódio, figura 17 • Vapores Metálicos, figura 18

Princípio de funcionamento: baseia-se na excitação de gases ou vapores metálicos, no interior de um bulbo, sob pressão e tensão elétrica aplicada em eletrodos. A radiação emitida se estende da faixa do ultra-violeta até o infra-vermelho, passando pelo espectro luminoso, depende, entre outros fatores, da pressão interna no bulbo da lâmpada, da natureza do gás ou de partículas de vapores metálicos.




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Figura 14

Figura 15




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Figura 16

Figura 17

Figura 18




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Abaixo na tabela 4, estão apresentadas as principais características das lâmpadas.

Tabela 4

Tipo de lâmpada Rendimeno lm/W

Vida útil

horas

IRC Índice de

reprodução de cores (%)

Temperatura de cor Kelvin

Incandescente 10 a 15 1000 100 2700 Halógena Dicróica 15 a 25 3500 100 3000 Fluorescente comum 55 a 90 12000 70 a 95 4100 a 6000 Fluorescente compacta

50 a 80 7500 85 2700 a 4100

Mercúrio 45 a 55 24000 40 3500 a 4100 Vapor de Sódio 80 a 140 24000 20 2000 Mista 20 a 35 8000 60 3600 Vapores Metálicos 65 a 90 9000 85 a 93 4000 a 6000 3 – As novas tecnologias do século XXI TECNOLOGIA DO LED

Figura 19




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TECNOLOGIA DE INDUÇÃO ELTROMAGNÉTICA

Figura 20

TECNOLOGIA DA ELETRONICA DIGITAL

Figura 21




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II.3 – Características das Luminárias Deve-se avaliar o desempenho da eficiência do conjunto lâmpada mais luminária. Na figura 22, 23 e 24, apresentamos as variáveis de desempenho do conjunto. Como a lâmpada é instalada dentro da luminária, o fluxo luminoso total aproveitável é menor que o irradiado pela lâmpada, devido a reflexão, absorção e transmissão da luz pelo materiais componentes da luminárias. Face a isto precisamos avaliar o fluxo luminoso útil emitido pelo conjunto (luminária e lâmpada). Esta avaliação é feita através da Eficiência da Luminária. Este valor é indicado pelos próprios fabricantes de luminárias. Vide figura 25

Figura 22

Figura 23

Figura 24




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Figura 25

Não havendo disponibilidade destas informações, pode-se usar valores aproximados conforme tabela 5.

Tabela 5

Tipos de Luminária Eficiência Luminárias abertas com lâmpadas nuas 0.9 Luminárias com refletor ou embutidas abertas 0.7 Luminárias com refletor e lamelas de alta eficiência

0.6

Luminárias tipo “palfon” com acrílico anti-ofucante

0.6

Luminárias de embutir com acrílico anti-ofuscante

0.5

Para avaliar melhor a eficiência da luminária os fabricantes fornecem a Curva de Distribuição Luminosa – CDL. Esta CDL é apresentada através de uma curva polar, onde representamos a distribuição da luz direta em diversos ângulos, nos planos transversal e longitudinal. Seus valores são expressos em candelas por 1000 lumens do fluxo luminoso da lâmpada. Vide detalhes na figura 7. Curva de Distribuição Luminosa: Curva, geralmente em coordenadas polares, que

representa a Intensidade Luminosa em um plano que passa através da fonte (lâmpada ou luminária), em função do ângulo medido a partir de uma direção determinada”




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Sistema de reflexão das luminárias. O sistema ótico da luminária é a parte crucial do controle da luz. Um dos princípios básicos é o da reflexão que afirma que uma superfície lisa e brilhante refletirá a luz no ângulo em que atingiu esta superfície. Isto é o ângulo de incidência é igual ao ânulo de reflexão. Para termos um melhor desempenho do conjunto, os fabricantes de luminárias apresentam como solução:

material refletor e sua geometria.

Dos materiais refletores largamente utilizados hoje se sobressai o alumínio anodizado e polido. III – FUNDAMENTOS DO PROJETO DE LUMINAÇÃO INTERNA

Os recintos onde se desenvolvem tarefas relativas ao trabalho devem ser suficientemente iluminados para se obter o melhor rendimento possível nas tarefas a executar.

O desenvolvimento do projeto luminotécnico consiste basicamente em:

• Escolha da lâmpada e da luminária mais adequada • Cálculo da quantidade de luminárias • Disposição das luminárias no recinto • Cálculo da viabilidade econômica

III.1 – Fatores de influência na qualidade da iluminação Os fatores que influenciam a qualidade da iluminação podem ser definidos como:

Nível de iluminação adequada Limitação no ofuscamento Proporção harmoniosa entre luminâncias Efeito de luz e sombra Reprodução de cores Tonalidade de cor e luz

III.2 – O projeto luminotécnico

• Método das eficiências ou lumens • Método das cavidade zonais • Método ponto a ponto

O primeiro método possui uma resolução simplificada, já o segundo mostra-se mais trabalhoso e o método do ponto a ponto o de melhor resolução.

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