instalações elétricas prediais e industrias

Instalações Elétricas Prediais e Industrias

Prof. Dorival Rosa Brito

Método dos Lúmens

Vitória-ES - 2020

TópicosNBR 5413 – Iluminância de interioresMétodo dos LumensExemplo de projetoConsumo energético e custos

NBR ISO CIE 8995-1Iluminância de Interiores

NBR 5413

NBR 5413

BaixoBaixo MédioMédio AltoAlto

NBR 5413

NBR 5413

Exemplo: sala de aulaIluminação voltada para um público com umafaixa de idade, na maioria inferior, à 40 anosVelocidade e precisão não são importantesRefletância: 30 a 70%

NBR 5413

Exemplo: sala de aulaSomando:

-1-1+0=-2

BaixoBaixo

NBR 5413

Método dos Lumens

Fundamentos do Projeto de Iluminação

Uma vez definidas as grandezas utilizadas nos projetos,pode-se partir para o planejamento de um sistema deiluminaçãoUm projeto luminotécnico pode ser resumido em:

Escolha da lâmpada e da luminária mais adequadaCálculo da quantidade de lumináriasDisposição das luminárias no recintoCálculo de viabilidade econômica

O desenvolvimento de um projeto exige umametodologia para se estabelecer uma seqüência lógicade cálculos

Fundamentos do Projeto de Iluminação

1) Determinação dos objetivos da iluminação2) Levantamento das dimensões físicas do local3) Análise dos fatores de influência na qualidade da

iluminação4) Cálculo da iluminação geral (fator local, de utilização,...)5) Adequação dos resultados ao projeto6) Cálculo de controle7) Definição dos pontos de iluminação8) Cálculo de iluminação dirigida9) Avaliação do consumo energético10) Avaliação de custos11) Cálculo de rentabilidade Método dos Lumens

(Método do fluxo luminoso)

Método dos Lumens

Recomendações para dimensionamento peloMétodo dos Lumens

Dimensionamento da iluminação geral distribuídaDistribuição das luminárias (ambientes internos)

Estas recomendações fornecem a experiência para desenvolver sistemas de iluminação que

economizam energia criando ambientes confortáveis e produtivos

Estas recomendações fornecem a experiência para desenvolver sistemas de iluminação que

economizam energia criando ambientes confortáveis e produtivos

Método dos Lumens

O método dos lumens é o método maisempregado para o projeto e dimensionamentode sistemas de iluminação interna há mais demeio séculoO método foi apresentado em 1950 na ediçãodo Westinghouse Lighting Handbook

Método dos Lumens

O método dos lumens - também conhecidocomo método dos fluxos - baseia-se na teoriade transferência de fluxo e é, essencialmente,um método simples de radiosidade que foidesenvolvido para cálculos rápidos manuaisSua finalidade é calcular o valor médio emserviço, da iluminação de um local dotado deiluminação geral distribuída

Método dos Lumens

Com o emprego do método dos lumens, obtém-se informações referentes à iluminação geraldistribuída, para um plano de trabalhohorizontal, que ocupa toda a área do ambiente

Método dos Lumens

A aplicação do método compreende umprocesso interativo, cujo número de interaçõesé inversamente proporcional à experiência doprojetista

Cálculo donúmero deluminárias

Cálculo donúmero deluminárias

Ok?Ok?Determinar adistribuição das luminárias

Determinar adistribuição das luminárias

Entradade dados

Provar com outro tipo de lâmpadasou mudar o tipo da luminária

Sim

Não

Final

Método dos Lumens

Os tipos de iluminação nos indicam como sereparte a iluminação nas áreas iluminadasConforme o grau de uniformidade desejado,distinguem-se três casos:

Iluminação geral distribuída

Iluminação geral localizada

Iluminação geral distribuída

complementada por iluminação de tarefa

Método dos LumensA iluminação geral distribuída proporciona umailuminação razoavelmente uniforme sobre toda a áreailuminadaO campo de trabalho é tomado com sendo um planohorizontal a 0,75m (setenta e cinco centímetros) do pisoO método dos lumens é próprio para odimensionamento da iluminação geral distribuída

Método dos Lumens

A iluminação geral localizada proporciona umadistribuição não uniforme da luz, de maneiraque esta se concentra sobre as áreas detrabalhoO método dos lumens não é próprio para odimensionamento da iluminação gerallocalizada

Método dos LumensEmprega-se a iluminação geral distribuídacomplementada por iluminação de tarefa, quando énecessário uma iluminação suplementar próximo àstarefas visuais, para a realização de trabalhos específicosO método dos lumens não é próprio para odimensionamento da iluminação geral distribuída complementada por iluminação de tarefa

Exemplo

Método dos Lumens

Exemplo: realizar, passo a passo, o dimensionamento da iluminação geral distribuída de um ambiente, com as seguintes características e especificações:

Comprimento: 8,0 mLargura: 6,0 mAltura 2,75 mAltura do plano de trabalho em relação ao piso: 0,75 mRefletância do teto: 70 %Refletância das paredes: 30 %Refletância do piso: 10 %Nível de iluminação estipulado: 500lux

Método dos LumensExemplo: realizar, passo a passo, o dimensionamentoda iluminação geral distribuída de um ambiente, com asseguintes características e especificações:

Luminária utilizada: luminária de embutir em chapa de açoprotegida contra ferrugem com pintura eletrostática em epóxi póna cor branca. Ref. Indelpa BNI 512 2x32WLâmpada utilizada: fluorescente 32 W com fluxo luminoso de2700 lm, IRC 85 e 4000K. Ref. Philips TLDRS32W-S84-25Reator eletrônico 2x32W, 127/220V, 50/60 Hz, partidainstantânea, fator de fluxo luminoso 1, fator de potencia o,99,THD <10% (Total Harmonic Distortion). Ref. Indelpa REV 232

1- A distorção harmônica total é uma medida da distorção harmônicapresente em sinal. É definida como a razão entre a soma daspotências de todos as componentes das harmônicas e a potência dafrequência fundamental.

Método dos Lumens

Dados técnicos da luminária

Método dos LumensO índice do recinto, (fator do local, índice do ambiente) é umarelação que permite classificar, do ponto de vista luminotécnico,ambientes com dimensões diversas, considerando uma distribuiçãopadronizada de lumináriasO índice do recinto é a relação entre as dimensões do local:

para iluminação direta:

para iluminação indireta:

Sendoa o comprimento do recintob a largura do recintoh o pé-direito útil e h’ o distância do teto ao plano de trabalho

)(.bahbaK+

=

)´(.2..3bahbaK+

=

O índice do recinto é uma relação entre áreas e asequações apresentadas anteriormente são formassimplificadas da equação geral, e especificas para áreasquadradas e retangularesÉ útil conhecer a equação geral, caso os ambientestenham outras formas:

Método dos Lumens

( )∑

∑ +=

paredes) das (áreas trabalhode plano tetodo áreas

K

Dedução da equação, para ambientes quadrados eretangulares:

Método dos Lumens

( ) ( ))(

).()(2

).(2)(

..bahba

bahba

bbaahbabaK

+=

+=

++++

=

a

b

h

Teto e plano de trabalho

a

bParedes

h

Método dos LumensAtenção com relação aos fatores ou índices do recintoNo método norte-americano das cavidades zonais, ofator do local é representado pela sigla RCR – Razão daCavidade do RecintoSua relação com o fator K é representada na seguinteequação

Os valores de K e de RCR são dados de entrada,presentes nas tabelas de fatores de utilização que sãofornecidas nos catálogos dos fabricantes

KRCR 5

=

Método dos Lumens

É importante saber identificar o procedimentode cálculo adotado pelo fabricante, pois os doisprocessos são incompatíveis entre si e cada umdeles apresenta formas diferentes para calcularos fatores de utilização das luminárias

RCR ou K?

Método dos Lumens

No método dos lumens, que utiliza o fator K, aescala de valores começa em 0,6 e vai até 5

Método dos Lumens

No método das cavidades zonais, que utiliza ofator RCR, a escala de valores de 0 até 10

Método dos LumensDeterminação do índice do recinto do exemplo

Comprimento: 8,0 mLargura: 6,0 mAltura 2,75 m

A luminária BNI 512 2x32W é para iluminação direta

20,075,075,2

=−−=

−−=

hh

hhHh pendpltr

71,1)86(2

8.6)(

).(

=+

=

+=

K

K

bahbaK

Método dos LumensO fator de utilização ou eficiência do recinto de umaluminária é a relação do fluxo luminoso (lumens) quealcança uma área específica, oriundo de uma fonteluminosa, e o fluxo luminoso total da fontePara determinar esse fator, recorre-se à tabela de fatorde utilização fornecida pelo fabricante da luminária ecruza-se o fator local (K) com os índice de refletância doambiente a ser iluminado

Método dos LumensNa primeira linha da tabela, o primeiro algarismo decada número representa a refletância do teto, o segundorepresenta a refletância das paredes, e o terceiro, a dopiso

Método dos LumensNo presente exemplo, os fatores de reflexão ourefletâncias, fazem parte do enunciadoNas situações reais, eles precisam ser estabelecidospelo projetista, que pode utilizar para esse fim, osvalores apresentados na tabela abaixo

Método dos LumensDeterminação do Fator de DepreciaçãoCom o tempo, paredes e tetos ficarão sujos, osequipamentos de iluminação acumularão poeira e aslâmpadas fornecerão menor quantidade de luzNa prática, para amenizarmos o efeito desses fatores,admitindo-se uma boa manutenção periódica, podemosadotar os fatores de depreciação de acordo com ocritério indicado na tabela abaixo

No exemplo, vamos adotar um valor bemconservador, de 0,80

No exemplo, vamos adotar um valor bemconservador, de 0,80

Método dos LumensDeterminação do fluxo luminoso de cada luminária – φlumin

Onde:φnom é fluxo luminoso nominal da lâmpada utilizadaNlampadas é o Número de lâmpadas existentes em cada lumináriaFu é o fator de fluxo luminoso do reator utilizado

No presente caso temos:

lumens5400.2.12700lumin ==ϕ

Rnom FN .. lampadaslumin ϕϕ =

Método dos Lumens

Determinação do número de luminárias – Nlumin

Onde:φlumin é fluxo total de cada lumináriaFu é o fator de utillizaçãoFd é o fator de depreciaçãoE é a iluminância (lux)a é o comprimento do local (m)b é a largura do local (m)

du FFEbaN

....

luminlumin ϕ

=

Método dos LumensSubstituindo os valores na equação, encontramos onumero mínimo de luminárias para o local

Arredondando esse valor, encontramos 9 lumináriasIluminamento (iluminância) em função de α (catálogos)

96,880,0.62,0.5400

500.6.8lumin ==N

2

3)].[cos(h

IE α= h

α

Método dos LumensDistribuição das luminárias

Uma vez calculado o número de luminárias, devemosproceder à sua distribuição sobre uma planta localEm locais de planta retangular, as luminárias sedistribuem de forma uniforme, em filas paralelas aoseixos de simetria do localA distância máxima de separação entre as lumináriasdependerá do ângulo de abertura do facho de luz e daaltura das luminárias em relação ao plano de trabalho


Quanto mais aberto seja o facho de luz e maior a alturada luminária, mais superfície ela iluminará, embora sejamenor a iluminância resultante no plano de trabalho, deacordo com a lei do inverso dos quadrados dasdistâncias


Da mesma forma, vemos que o afastamento daprimeira luminária até a parede precisa ser menor que oafastamento entre as luminárias, normalmente adistância de uma luminária à parede, é metade dadistância entre as luminárias, na mesma direção

Método dos LumensEspaçamento entre as luminárias

De uma forma geral, para a maioria das luminárias econdições de locais, obtém-se uma distribuição de luzsatisfatória, com um espaçamento das luminárias igualou inferior à uma vez e meia a distância entre asluminárias e o plano de trabalho

Onde:eL é o espaçamento máximo entre lumináriash é a altura da fonte luminosa ao plano de trabalho

heL .5,1=

Método dos LumensAdequação dos Resultados ao Projeto

Se a quantidade de luminárias resultantes do cálculonão for compatível com sua distribuição desejada,recomenda-se sempre o acréscimo de luminárias e nãoa eliminação, para que não haja prejuízo do nível deiluminância desejado

Cálculo de ControleDefinida a quantidade de luminárias desejada, pode-secalcular exatamente a iluminância média alcançada pelaequação:

baFFNE du

m ⋅⋅⋅⋅

= luminlumin ϕ

Método dos Lumens

No caso do nosso exemplo, 10 lumináriaspossibilitam uma distribuição harmoniosa nolocal, dispostas em duas filas de 5 luminárias

Método dos LumensCálculo de Controle

Definida a quantidade de luminárias desejada, pode-secalcular exatamente a iluminância média alcançada pelaequação:

luxE

E

baFFNE

m

m

dum

55868

80,062,0540010

luminlumin

=⋅

⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅⋅

=ϕ

Método dos LumensComo fica a distribuiçãodas iluminâncias?

Para demonstrar que odimensionamento pelométodo dos lumens nãoassegura a ocorrência dailuminância mínimo em todoo plano de trabalho, que nocaso do nosso exemplo é de500 lux, observamos adistribuição de iluminânciasproduzida por um programade cálculo de iluminação,para as mesmas condiçõesdo exemplo

Método dos Lumens

E como fica com as 9 luminárias?Repetindo-se o mesmo cálculo para 9 luminárias,encontramos as situações abaixo, que variam conformea orientação das luminárias

Consumo Energéticoe Custos

Método dos LumensAvaliação do Consumo Energético

Além da quantidade de lâmpadas e luminárias, bemcomo do nível de iluminância, é imprescindível adeterminação da potência da instalação, para se avaliaros custos com energia e assim desenvolver-se umestudo de rentabilidade entre diversos projetosapresentadosO valor da “Potência por m²” é um índice amplamentedivulgado e, quando corretamente calculado, pode ser oindicador de projetos luminotécnicos mais econômicos.Para tanto, calcula-se inicialmente a potência totalinstalada

Método dos LumensPotência Total Instalada (ou Fluxo Energético)

Símbolo: Pt

Unidade: W ou KwÉ a somatória da potência de todos os aparelhos instalados nailuminação. Trata-se aqui da potência da lâmpada, multiplicada pelaquantidade de unidades utilizadas (n), somado à potênciaconsumida de todos os reatores, transformadores e/ou ignitoresUma vez que os valores resultantes são elevados, a potência totalinstalada é expressa em quilowatts, aplicando-se, portanto, oquociente 1000 na equação:

w* = potência consumida pelo conjunto lâmpada + acessórios

][1000

*. kWWnPtotal =

Método dos LumensDensidade de PotênciaSímbolo: DUnidade: W/m2

É a potência total instalada em watt para cadametro quadrado de área

APD total 1000.

=

Método dos LumensDensidade de PotênciaSímbolo: DUnidade: W/m2

Essa grandeza é muito útil para os futuros cálculos dedimensionamento de sistemas de ar-condicionado oumesmo dos projetos elétricos de uma instalaçãoA comparação entre projetos luminotécnicos somente setorna efetiva quando se leva em conta níveis deiluminância iguais para diferentes sistemasEm outras palavras, um sistema luminotécnico só é maiseficiente do que outro, se, ao apresentar o mesmo nívelde iluminância do outro, consumir menos watts pormetro quadrado

Método dos LumensDensidade de Potência RelativaSímbolo: DrUnidade: W/m2 p/ 100 lx

É a densidade de potência total instalada paracada 100 lx de iluminância

lxmWEAPD total

r 100]./[

100.

2=

Método dos LumensExemplo: tomando-se duas instalações comerciais, tem-se a primeira impressão de que a instalação 2 é maiseficiente do que a 1, já que a densidade de potência é:

APD total 1000.

=

21 30501000.5,1

mWD ==

22 20701000.4,1

mWD ==

Método dos LumensPorém, ao avaliar-se a eficiência, é preciso verificar ailuminância em ambos os casosSupondo-se: E1 = 750 lx e E2 = 400 lx, a Densidade dePotência Relativa (Dr) é:

Logo, a instalação 2 consome mais energia por metroquadrado, e também fornece menos luz. Portanto, ainstalação 1 é mais eficiente.

lxpormW

lxlxmWDr 100/4

100750

/30 22

1 ==

lxpormW

lxlxmWDr 100/5

100400

/20 22

2 ==

Método dos Lumens

Avaliação de CustosUm projeto luminotécnico somente éconsiderado completo quando se atenta para ocálculo de custos:

Custos de investimentoCustos operacionaisRentabilidade

Método dos Lumens

Custos de InvestimentoÉ a somatória dos custos de aquisição de todosos equipamentos que compõem o sistema deiluminação, tais como lâmpadas, luminárias,reatores, transformadores, ignitores e a fiação,acrescidos dos custos de mão de obra dosprofissionais envolvidos, desde a elaboração doprojeto à instalação final

Método dos Lumens

Custos OperacionaisÉ a somatória de todos os custos apresentados após acompleta instalação do sistema de iluminação,concentrados nos custos de manutenção das condiçõesluminotécnicas do projeto e os custos de energiaconsumidaO custo mensal de manutenção das lâmpadas englobao custo de aquisição de novas unidades e o custo damão de obra necessária para executar a manutenção.Esse custo resulta da soma das horas mensais deutilização das lâmpadas dividida pela sua vida útil

Método dos LumensCustos Operacionais

O quociente obtido informa o número de lâmpadas que serãorepostas e seu valor deve ser multiplicado pelo preço da lâmpadanova. Já o custo da mão de obra para realizar essa reposição édado em função da remuneração por hora de trabalho do respectivoprofissionalO tempo de reposição por lâmpada deve ser multiplicado pelonúmero de lâmpadas repostas por mês. Esse custo é bastantesignificativo nas instalações de difícil acesso, como iluminaçãopública, quadras de esporte etc.O fator decisivo no custo operacional é o custo da energia elétrica,que corresponde à Potência Total Instalada (Ptotal), multiplicadapelas horas de uso mensal e pelo preço do kWh. Ao se optar porum sistema mais eficiente, este custo sofre substancial redução

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Cálculo de RentabilidadeA análise comparativa de dois sistemas de iluminação,para se estabelecer qual deles é o mais rentável, levaem consideração tanto os custos de investimentoquanto operacionaisGeralmente, o uso de lâmpadas de melhor EficiênciaEnergética leva a um investimento maior, masproporciona economia nos custos operacionaisDecorre daí a amortização dos custos, ou seja, há oretorno do investimento dentro de um dado período. Otempo de retorno é encontrado quando se calcula oquociente da diferença no investimento pela diferençana manutenção

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Custos de Investimento

Método dos Lumens

Custos Operacionais

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