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PROJETO LUMINOTÉCNICO COM TECNOLOGIA LED PARA ALGUMAS

ÁREAS DO CENTRO DE TECNOLOGIA DA UFRJ

Luise Wanderley Torres Ramos

Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia

Elétrica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de

Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Engenheiro.

Orientador: Heloi José Fernandes Moreira

Rio de Janeiro

Abril de 2016

PROJETO LUMINOTÉCNICO COM TECNOLOGIA LED PARA ALGUMAS

ÁREAS DO CENTRO DE TECNOLOGIA DA UFRJ


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA

ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.

Examinado por:

_________________________________________________

Prof. Heloi José Fernandes Moreira, D. Sc.

_________________________________________________

Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.

_________________________________________________

Douglas Machado Côrtes, Eng.

Rio de Janeiro – RJ, Brasil

Abril de 2016

iii

Wanderley Torres Ramos, Luise

Projeto Luminotécnico Com Tecnologia Led para algumas

áreas do Centro De Tecnologia da UFRJ /Luise Wanderley Torres

Ramos.

Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2016.

XII, 86 p.:il.;29;7cm.

Orientador: Heloi José Fernandes Moreira.

Projeto de Graduação UFRJ/EscolaPolitécnica/

Curso de Engenharia Elétrica, 2016.

Referências Bibliográficas: p.80

1.luminotécnica.2.led.3.método dos lúmens. I. José Fernandes

Moreira, Heloi. II.Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola

Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica. III.Título.

iv

A Jesus Cristo, o caminho, a verdade e a vida.

v

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me dado capacidade e persistência para superar todos os obstáculos.

Aos meus pais pelo carinho e amor incondicionais e por toda a segurança que me

proporcionaram para chegar até aqui.

A minha família e aos meus entes queridos.

Aos meus colegas de curso que tornaram o percurso acadêmico mais leve e alegre.

Ao meu orientador Heloi José Fernandes Moreira por toda dedicação e atenção como professor e

como orientador.

Ao professor Jorge Luiz do Nascimento por todo carinho e empenho na ministração dos cursos

que forneceram conhecimentos essenciais para o desenvolvimento deste projeto.

Ao engenheiro Douglas Machado Côrtes e a toda equipe do Escritório de Planejamento da

Decania do Centro de Tecnologia.

vi

RESUMO

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos

requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

Projeto Luminotécnico com tecnologia LED para algumas áreas do Centro de Tecnologia da UFRJ


Abril/2016

Orientador: Heloi José Fernandes Moreira

Curso: Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta a teoria básica de luminotécnica, a tecnologia LED e discorre sobre o

cálculo dos parâmetros de um projeto luminotécnico. A partir do levantamento das

características físicas dos corredores C, D, E, F, G e H do primeiro andar do Centro de Tecnologia

da UFRJ e do salão principal da Biblioteca Central do CT são elaborados projetos luminotécnicos

baseados na utilização da tecnologia LED.

Palavras-Chave: luminotécnica, led, método dos lúmens, Centro de tecnologia, UFRJ.

vii

ABSTRACT

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Engineer.

Lighting design with LED technology to some areas of the UFRJ Technology Center


Abril/2016

Advisor: Heloi José Fernandes Moreira

Course: Electrical Engineering

This work presents the basic theory of technical lighting, the LED technology and discusses the

calculation of the parameters of a lighting project. From the survey of the physical

characteristics of the corridors C, D, E, F, G and H of the first floor of the UFRJ Technology Centre

and the main hall of the CT Central Library, lighting projects are made based on the use of LED

technology.

Key-words: word, word, word.

viii

Sumário

Lista de figuras..............................................................................................................................................xi

1. Introdução ............................................................................................................................................. 1

1.1 Contexto ........................................................................................................................................ 1

1.2 Motivação ...................................................................................................................................... 2

1.3 Objetivos........................................................................................................................................ 2

1.4 Organização do trabalho ............................................................................................................... 3

2 Conceitos Básicos de Luminotécnica ..................................................................................................... 3

2.1 Radiação (eletromagnética) .......................................................................................................... 3

2.2 Ângulo sólido ................................................................................................................................. 3

2.3 Fluxo Radiante ............................................................................................................................... 4

2.4 Fonte puntiforme .......................................................................................................................... 4

2.5 Fluxo Luminoso .............................................................................................................................. 4

2.6 Intensidade Luminosa ................................................................................................................... 5

2.7 Iluminância .................................................................................................................................... 6

2.8 Luminância .................................................................................................................................... 8

2.9 Temperatura de cor ....................................................................................................................... 9

2.10 Índice de Reprodução de cores ..................................................................................................... 9

2.11 Coeficiente de Reflexão ou Refletância ....................................................................................... 10

2.12 Índice do Recinto ......................................................................................................................... 12

2.13 Fator de depreciação ................................................................................................................... 13

2.14 Fator de utilização ....................................................................................................................... 14

3 A tecnologia LED .................................................................................................................................. 15

3.1 Diodos semicondutores ............................................................................................................... 15

3.2 Configuração dos elementos do LED e perdas na extração de luz .............................................. 16

3.3 Os LEDs na Iluminação em geral.................................................................................................. 17

3.4 Retrofit de Lâmpadas LED ........................................................................................................... 18

3.5 Estrutura da Lâmpada LED .......................................................................................................... 19

3.6 Lâmpada Led Multicolor .............................................................................................................. 19

3.7 Comparação entre a lâmpada LED e a fluorescente tubular ...................................................... 19

ix

3.8 Cálculo comparativo do consumo de energia das lâmpadas LED e fluorescentes ..................... 20

4 Concepção de um projeto Luminotécnico .......................................................................................... 21

4.1 Determinação da Iluminância média .......................................................................................... 21

4.2 Métodos de cálculo ..................................................................................................................... 26

4.3 Métodos de ponto a ponto ......................................................................................................... 26

4.4 Métodos dos lúmens ................................................................................................................... 27

4.5 Espaçamento entre luminárias .................................................................................................... 29

5 Instalações atuais do sistema de iluminação de parte das áreas comuns do Centro de Tecnologia e

Projeto luminotécnico para parte das áreas comuns do Centro de Tecnologia ......................................... 30

5.1 BLOCO C ....................................................................................................................................... 31

5.1.1 Hall ....................................................................................................................................... 32

5.1.2 Corredor 1 ........................................................................................................................... 34

5.1.3 Corredor 2 ........................................................................................................................... 37

5.2 BLOCO D ...................................................................................................................................... 41

5.2.1 Hall do Bloco D .................................................................................................................... 41

5.2.2 Corredor do Bloco D ............................................................................................................ 43

5.3 BLOCO E ....................................................................................................................................... 47

5.3.1 Hall do Bloco E ..................................................................................................................... 47

5.3.2 Corredor do Bloco E ............................................................................................................. 49

5.4 BLOCO F ....................................................................................................................................... 52

5.4.1 Hall do Bloco F ..................................................................................................................... 52

5.4.2 Corredor do Bloco F ............................................................................................................. 55

5.5 BLOCO G ...................................................................................................................................... 58

5.5.1 Hall do Bloco G .................................................................................................................... 58

5.5.2 Corredor do Bloco G ............................................................................................................ 61

5.6 BLOCO H ...................................................................................................................................... 64

5.6.1 Hall do Bloco H .................................................................................................................... 64

5.6.2 Corredor do Bloco H ............................................................................................................ 66

5.6.3 Análise da necessidade de incremento do número de pontos de luz para a implementação

do projeto com lâmpadas LED............................................................................................................. 69

6 Salão Principal da Biblioteca Central ................................................................................................... 70

6.1 Salão da Biblioteca - ambiente com mesas de estudo e atividades administrativas .................. 70

x

6.1.1 Características da Iluminação desejada .............................................................................. 71

6.1.2 Descrição do recinto. ........................................................................................................... 71

6.1.3 Instalações Atuais. ............................................................................................................... 71

6.1.4 Medição digital realizada através do aparelho Luxímetro .................................................. 72

6.1.5 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED. ................................................................ 72

6.2 Salão da Biblioteca - ambiente com estantes ............................................................................. 72

6.2.1 Características da Iluminação desejada .............................................................................. 73

6.2.2 Descrição do recinto. ........................................................................................................... 73

6.2.3 Instalações Atuais. ............................................................................................................... 73

6.2.4 Medição digital realizada através do aparelho Luxímetro .................................................. 74

6.2.5 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED. ................................................................ 74

6.3 Análise da necessidade de incremento do número de pontos de luz para a implementação do

projeto com lâmpadas de LED no salão da Biblioteca. ........................................................................... 74

7 Automatização do sistema de iluminação em resposta à iluminação natural e sugestões para outros

trabalhos. ..................................................................................................................................................... 75

8 Conclusão ............................................................................................................................................ 78

9 Bibliografia ........................................................................................................................................... 79

10 Anexo A – Mapas das Luminárias para implementação do projeto LED......................................... 81

xi

Lista de Figuras

Figura 1 - O fluxo luminoso que se propaga em todas as direções ............................................................... 5

Figura 2 - Intensidade luminosa como um vetor de luz ................................................................................ 6

Figura 3 - A iluminância é definida a partir do fluxo luminoso. .................................................................... 7

Figura 4 - Projeção da área iluminada ........................................................................................................... 8

Figura 5 - Pé-direito útil ............................................................................................................................... 12

Figura 6 - Variações do rendimento e na fadiga visual, 1970 (IIDA, 1990). ................................................ 22

Figura 7 - Esquema evidenciando o ângulo 𝜶 utilizado no método de ponto a ponto............................... 27

Figura 8 - Espaçamento entre as luminárias. Fonte: Helio Creder. ............................................................. 29

Figura 9 - Exemplo de distribuição de luminárias em uma sala. Fonte: Manual Osram ............................. 30

Figura 10 - Planta baixa do Bloco C indicando a divisão do corredor para o cálculo luminotécnico. ......... 31

Figura 11 - Fotos do Hall do Bloco C. ........................................................................................................... 32

Figura 12 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 32

Figura 13 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar

do Bloco C. ................................................................................................................................................... 34

Figura 14 - Fotos do Corredor 1 do Bloco C. ............................................................................................... 34

Figura 15 - Planta baixa do Corredor 1 do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 35

Figura 16 - Foto do corredor 2 do Bloco C. ................................................................................................. 37

Figura 17 - Planta baixa do Corredor 2 do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 38

Figura 18 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no corredor 2 do primeiro

andar do Bloco C. ........................................................................................................................................ 40

Figura 19 - Fotos do Hall do primeiro andar do Bloco D. ............................................................................ 41

Figura 20 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco D mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 41


do Bloco D. .................................................................................................................................................. 43

Figura 22 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco D. .............................................................................. 43

Figura 23 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco D mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 45

Figura 24 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco E mostrando a instalação atual das

luminárias.. .................................................................................................................................................. 47

Figura 25 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco E. ............................................................................... 49

Figura 26 - Planta baixa do corredor do primeiro andar do Bloco E. .......................................................... 50

Figura 27 - Fotos do Hall do 1ª andar do Bloco F. ....................................................................................... 52

Figura 28 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco F mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 53


do Bloco F. ................................................................................................................................................... 54

Figura 30 - Foto do corredor do Bloco F. ..................................................................................................... 55

xii

Figura 31 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco F. .......................................................... 56

Figura 32 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco G mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 58


do Bloco G. .................................................................................................................................................. 60

Figura 34 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco G. .............................................................................. 61

Figura 35 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco G mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 62

Figura 36 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco H mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 64


do Bloco H. .................................................................................................................................................. 66

Figura 38 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco H. .............................................................................. 66

Figura 39 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco H mostrando a instalação atual das

luminárias. ................................................................................................................................................... 68

Figura 40 - Foto do ambiente com mesas de estudos. ............................................................................... 70

Figura 41 - Foto do ambiente com estantes. .............................................................................................. 72

Figura 42 - Durante o solstício de verão a maior incidência de luz natural ocorre na parte da manhã das

7h às 11h. .................................................................................................................................................... 75

Figura 43 - Representação do Salão da Biblioteca durante o solstício de verão na parte da manhã quando

há uma grande incidência de luz solar. ....................................................................................................... 76

Figura 44 - Representação do Salão da Biblioteca durante o solstício de verão na parte da tarde. .......... 76

Figura 45 - Sensor LDR – Fonte: eletrodex.com.br ...................................................................................... 77

Figura 46 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco C ................................... 81

Figura 47 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco D ................................... 82

Figura 48 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco E ................................... 82

Figura 49 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco F.................................... 82

Figura 50 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco G. .................................. 82

Figura 51 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco H. .................................. 82

1

1. Introdução

1.1 Contexto

O sistema de energia elétrica brasileiro enfrenta o impasse do fato de a capacidade de

geração estar muito próxima ao consumo no país. Apesar de a matriz brasileira ser uma das

mais limpas do mundo contanto com 65,2% de energia elétrica gerada pelas usinas hidráulicas

em 2014, a sazonalidade dessas fontes geradoras devido à dependência do período de chuvas

torna necessária a utilização de outras fontes de energia.

As usinas acionadas no período de estiagem, quando os reservatórios das usinas

hidráulicas se encontram abaixo ou muito próximos ao nível em que a produção de energia é

inviabilizada, são as usinas termelétricas. Além de possuírem um custo de operação mais

elevado que as usinas hidráulicas, no Brasil, a matriz termelétrica é composta principalmente

por usinas cuja matéria prima é o carvão mineral e o gás natural. A queima desses combustíveis

fósseis produz o vapor necessário para acionar as turbinas das usinas, entretanto esse processo

de combustão produz dióxido de carbono (CO2), substância apontada como um dos principais

fatores causadores do aquecimento global.

Tendo em vista o problema que a alta demanda de energia se tornou devido à

degradação do meio ambiente causada pela exploração de energia de fontes não renováveis,

diversas medidas estão sendo tomadas pelas iniciativas privada e pública com o intuito de

mitigar os males causados à sociedade e aos ecossistemas pelo crescente consumo de energia.

As principais medidas mitigadoras são o incentivo a expansão de geração de energia

baseadas em fontes renováveis e a busca pela eficiência energética em todos os setores da

sociedade. A eficiência energética é constituída por um conjunto de medidas: evitar

desperdícios, realizar manutenções periódicas nas instalações e nos equipamentos, utilizar

equipamentos que apresentem melhor rendimento, projetar novas instalações com foco na

eficiência energética.

Conservar energia é basicamente realizar o combate ao desperdício, ou seja, realizar o

consumo de energia de maneira eficiente, utilizando a menor quantidade de energia necessária

para suprir as necessidades de forma segura. É a realização da diminuição do consumo e por

consequência economia dos recursos financeiros, sem deixar de fornecer o conforto e a

qualidade para as pessoas que usufruem das atividades dependentes de eletricidade.

Os sistemas de iluminação são sistemas onde é possível aplicar os princípios científicos

na elaboração de projetos que visem à economia de energia. Para alcançar bons níveis de

eficiência energética e dessa forma conservar energia, estudos e desenvolvimento de projetos

são necessários.

2

1.2 Motivação

A estrutura do curso de engenharia elétrica foi elaborada de tal forma que, no oitavo

semestre do curso, os alunos começam a pensar sobre o projeto de graduação. Durante a

formação de engenheiro eletricista fornecida pela Escola Politécnica da UFRJ são oferecidos

diversos ensinamentos para o exercício dessa profissão que muito contribui para o

desenvolvimento da sociedade. Ao refletir sobre o assunto a ser tratado no meu projeto, eu

percebi que eu poderia contribuir para a melhoria da Universidade. Com esse objetivo em

mente, procurei o professor Heloi José Fernandes Moreira em busca de ajuda para descobrir de

qual forma eu poderia colaborar na solução de problemas existentes no Centro de Tecnologia

(CT) da UFRJ. Foi o início do presente projeto.

O Centro de Tecnologia (CT) da UFRJ é o segundo na lista de maiores consumidores de

energia elétrica da UFRJ. Com o intuito de desenvolver uma política de responsabilidade

ambiental, a sua decania instituiu programas nas áreas de gestão de resíduos, ampliação e

conservação das áreas verdes, racionalização da água e energia elétrica. Este trabalho surge da

necessidade da diminuição no consumo de energia oriunda das atividades desenvolvidas dentro

do CT.

O Fundo Verde de Desenvolvimento e Energia para a Cidade Universitária da

Universidade Federal do Rio de Janeiro é um fundo criado pelo decreto estadual N°

43.903/2012, sua verba é constituída da isenção do imposto ICMS incidente sobre a conta de

energia elétrica do campus da Cidade Universitária – UFRJ. O governo do estado do Rio de

Janeiro concede essa isenção com o intuito de promover projetos de melhoria da mobilidade e

no uso da energia, de redução do consumo de água e de gestão de resíduos no campus. O

Fundo Verde realizou um concurso para escolher os projetos os quais seriam financiados. A

equipe do escritório de Planejamento da Decania venceu na categoria Energia do concurso com

um projeto que consiste na utilização da tecnologia LED no Centro de Tecnologia. Dessa forma,

o CT recebeu como prêmio, a verba para a implementação do projeto. Para garantir o

aproveitamento adequado dos recursos angariados e realizar a manutenção devida, assim

como, monitorar a eficiência das medidas adotadas, fez-se necessária a elaboração deste

trabalho.

1.3 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo apresentar os projetos luminotécnicos baseados na

tecnologia LED para o Salão Principal da Biblioteca Central e para os corredores C, D, E, F, G e H

do primeiro andar do Centro de Tecnologia, assim como realizar a análise de sua

implementação.

3

1.4 Organização do trabalho

Os capítulos 2 e 3 fornecem a base teórica para explicar e justificar a escolha da

tecnologia LED, o capítulo 4 introduz a metodologia para a realização dos projetos

luminotécnicos e os demais capítulos tratam dos projetos luminotécnicos desenvolvidos para o

Centro de Tecnologia.

2 Conceitos Básicos de Luminotécnica

Neste capítulo são apresentadas as definições das principais grandezas e unidades

utilizadas no estudo luminotécnico. Elas são derivadas das leis da Ótica e da Fotometria.

Algumas dessas grandezas estão diretamente ligadas à conservação de energia e através delas

são estabelecidos os parâmetros necessários para a análise de eficiência energética.

2.1 Radiação (eletromagnética)

Emissão ou transporte de energia em forma de ondas eletromagnéticas com associação

de fótons.

2.2 Ângulo sólido

Símblolo: 𝜔

Unidade: esterradiano [sr]

Ao trabalhar com a quantificação de iluminação nos espaços tridimensionais, é

necessário trabalhar também com ângulos tridimensionais, denominados como ângulos sólidos

na matemática. Seja uma esfera e raio R e A uma pequena parte da sua superfície, o ângulo

sólido é definido na geometria como sendo a razão entre A e o quadrado de R. Ou seja:

𝜔 =

𝐴

𝑅2

(1)

4

onde:

𝐴 é á𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 [𝑚2];

𝑅 é 𝑜 𝑟𝑎𝑖𝑜 𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 [𝑚];

𝜔 é 𝑜 â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜.

2.3 Fluxo Radiante

Símblolo: 𝑃

Unidade: watt [W]

O fluxo radiante é a potência emitida, transmitida ou recebida sob forma de radiação.

2.4 Fonte puntiforme

Uma fonte luminosa é considerada puntiforme se suas dimensões são muito menores

que a distância dela a superfície iluminada.

2.5 Fluxo Luminoso

Símblolo: 𝜑

Unidade: lúmen [lm]

A NBR5461 diz que o fluxo luminoso “é uma característica de um fluxo energético,

exprimindo sua aptidão de produzir uma sensação luminosa no ser humano através do estímulo

da retina ocular, avaliada segundo os valores da eficácia luminosa relativa admitidos pela

Comissão Internacional C.I.E.” (ABNT).

A equação matemática que define rigorosamente o fluxo luminoso é a seguinte:

𝜑 = 𝐾𝑚 ∫

𝑑𝜑(𝜆)

𝑑𝜆

780

380

× 𝑉(𝜆) × 𝑑𝜆 (2)

5

onde:

𝑑𝜑(𝜆)

𝑑𝜆 é 𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑖çã𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑡𝑒 [𝑊];

𝑉(𝜆) é 𝑎 𝑒𝑓𝑖𝑐á𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑟𝑎𝑙;

𝐾𝑚 é 𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝑤𝑎𝑡𝑡 − 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 = 683 𝑙𝑚/𝑊.

O fluxo luminoso é uma das grandezas mais utilizadas nos projetos luminotécnicos e por

isso uma das mais importantes. Essa grandeza fotométrica corresponde a uma potência

luminosa ou energia emitida como luz, em todas as direções, por segundo.

2.6 Intensidade Luminosa

Símblolo: 𝐼

Unidade: candela [cd]

A intensidade luminosa é definida como sendo o limite da razão entre o fluxo luminoso

(𝜑) e o seu respectivo ângulo sólido na direção alpha do eixo do feixo luminoso, quando o

ângulo sólido está tendendo à zero.

𝐼𝛼 = lim

𝜔→0

𝜑

𝜔=

𝑑𝜑

𝑑𝜔

(3)

𝜑

Figura 1 - O fluxo luminoso que se propaga em todas as direções

6

A sua unidade da Intensidade luminosa é a Candela (cd). Na 16ª Conferência Geral de pesos e medidas, realizada em Paris, no mês de outubro de 1979, foi determinada a seguinte definição para a unidade candela: “uma candela é a intensidade luminosa, numa direção dada, de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540 X 10^12 hertz e cuja intensidade energética, naquela direção é 1/683 watts por esterradiano”. (livro iluminação econômica)

Em outras palavras, intensidade luminosa é o parâmetro utilizado para quantificar a luz que uma fonte emite em uma dada direção. Vale salientar a importância da direção a ser considerada, uma vez que as fontes luminosas normalmente não são homogêneas, isto é, não emitem a mesma quantidade de luz em todas as direções. Dessa forma pode-se afirmar que a Intensidade luminosa é um vetor, pois como tal apresenta módulo, direção e sentido. Seu módulo é o valor expresso em candelas, sua direção alpha é dada tomando-se como referência a esfera cujo centro é a fonte luminosa em questão.

A definição da intensidade luminosa considera que a fonte luminosa seja puntiforme.

Para que tal consideração possua aproximação da realidade satisfatória, na prática, a medida da intensidade luminosa dever ser realizada a uma distância pelo menos 5 vezes maior que a dimensão da fonte. Com isso, o erro na medição será cerca de 1%.

2.7 Iluminância

Símblolo: 𝐸

Unidade: lux [lx]

A iluminância é o limite da razão do fluxo luminoso incidente sobre uma superfície e a

área dessa superfície, quando essa área A tende para zero, conforme mostrado na equação 4.

Pode também ser definida como sendo a densidade superficial de fluxo luminoso recebido.

𝐸 = lim

∆𝐴→0

∆𝜑

∆𝐴=

𝑑𝜑

𝑑𝐴

(4)

𝑰𝜶

Figura 2 - Intensidade luminosa como um vetor de luz

7

onde:

𝑑𝜑 é 𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜;

𝑑𝐴 é 𝑎 á𝑟𝑒𝑎 [𝑚2];

𝐸 é 𝑎 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛â𝑛𝑐𝑖𝑎[𝑙𝑥].

O lux é uma unidade do Sistema internacional de medidas, 1 lux é definido como o

iluminamento de uma superfície de 1 m2 oriundo de uma fonte puntiforme perpendicular a 1m

de distância, um fluxo luminoso de 1 lúmen, distribuído de forma uniforme.

A iluminância está relacionada com um ponto especifico da superfície e é independente

da posição do observador. O conceito de iluminância é de extrema importância, pois de acordo

com a atividade desempenhada, um valor de iluminância é especificado como sendo a

iluminação necessária para o bom desempenho dessa atividade. Um projeto luminotécnico

possui como primeira etapa a determinação do valor da iluminância a ser atingido. No Brasil,

estão definidos na NBR 5413, os valores de iluminâncias médias mínimas para iluminação

artificial em interiores.

Nos cálculos de iluminação, a iluminância média 𝐸𝑚 é usualmente adotada.

𝐸𝑚 =𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜

𝐴

(5)

𝜑

Figura 3 - A iluminância é definida a partir do fluxo luminoso.

8

onde:

𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 é 𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑒 𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑒𝑚 𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑠;

𝐴 é 𝑎 á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠.

2.8 Luminância

Símblolo: 𝐿

Unidade: candela por metro quadrado [cd/m2]

Luminância é o limite da razão da intensidade luminosa 𝑑𝐼 que incide sobre a área 𝑑𝐴

aparente de uma superfície em uma dada direção, quando essa área tende à zero. A área

aparente de uma superfície para uma determinada direção é a área da projeção ortogonal dessa

superfície sobre o plano perpendicular a essa direção. Isto é, a área aparente é a área vista pelo

observador. Como exemplo, podemos observar que a área aparente de uma superfície para

uma intensidade luminosa cujo ângulo de incidência é 90º graus é exatamente a área da

superfície.

𝐿 = lim

∆𝐴→0

∆𝐼

∆𝐴 × cos 𝛼=

𝑑𝐼

𝑑𝐴 × cos 𝛼

(6)

onde: 𝐿 = 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛â𝑛𝑐𝑖𝑎, 𝑒𝑚 [𝑐𝑑/𝑚2];

𝐼 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠 [𝑐𝑑];

𝛼 = â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜, 𝑒𝑚 𝑔𝑟𝑎𝑢𝑠;

𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑎𝑑𝑎, 𝑒𝑚 [𝑚2].

𝛼

𝛼 I

𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 𝐴

Figura 4 - Projeção da área iluminada

9

Em estudos luminotécnicos, a luminância média é bastante utilizada. A iluminância

média é a razão entre a intensidade luminosa e a área projetada na direção do observador, isto

é:

�̅� =

𝐼 ̅

𝐴𝑝𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑎𝑑𝑎

(7)

onde: 𝐼 ̅ = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎 [𝑐𝑑];

𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 [𝑚2];

�̅� = 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎[𝑐𝑑/𝑚2].

2.9 Temperatura de cor

Unidade: Kelvin [𝐾]

Temperatura de cor é a grandeza relacionada com a aparência da cor de uma luz.

Quanto mais elevado é o valor da temperatura de cor, mais branca é a luz.

A denominação “luz quente” é atribuída às luzes de cores amareladas cuja temperatura

de cor é aproximadamente 3000 K, a denominação “luz fria” é atribuída às cores de aparência

branca violeta, cuja temperatura é de 6000 K ou mais. Já a cor da luz do sol ao meio dia é

chamada de “luz branca natural” possui temperatura de cor de 5800 K.

As lâmpadas de cor branca, cuja temperatura de cor é próxima à iluminação do sol de meio-dia, possuem uma associação subjetiva com os períodos de maior produção. Por isso elas são amplamente utilizadas na iluminação de ambientes onde se deseja criar um estímulo a atividades de trabalho, como, por exemplo, escritórios e cozinha. Cores quentes tornam o ambiente mais acolhedor proporcionando uma permanência agradável e repousante. Quando há a predominância de cores frias o ambiente ganha um aspecto impessoal e ativo.

2.10 Índice de Reprodução de cores

Símblolo: IRC

Unidade: %

10

O índice de reprodução de cor é a quantificação da proximidade da cor de um objeto

iluminado por uma fonte de luz qualquer e a sua cor sob a luz natural. Uma vez que não existe

um instrumento que possa mensurar a cor que os olhos veem, pois, o conceito de cor está

vinculado diretamente à percepção humana, que por sua vez envolve o mecanismo de

funcionamento do olho e as conexões cerebrais do observador, o IRC é um número cujo

significado é subjetivo.

Na tabela 1 são mostrados os índices de reprodução de cores e suas respectivas

aplicações.

Índice de reprodução de cores

Nível Classificação Reprodução Aplicações

Nível 1 1a: 90 < RA < 100 1b: 80 < RA < 90

Excelente Muito boa

Residencias, lojas, floriculturas

Nível 2 2a: 70 < RA < 80 2b: 60 < RA < 70

Boa Razoável

Escritórios, ginásios, fábricas, oficinas

Nível 3 40 < RA < 60

Regular Depósitos, postos de gasolina, pátios

Nível 4 20 < RA < 40

Insuficiente Estacionamentos, ruas

Tabela 1

2.11 Coeficiente de Reflexão ou Refletância

Símblolo: 𝜌

Unidade: _

Uma parte do fluxo luminoso incidente sobre uma superfície é absorvido, outra parcela é

refratada e uma terceira parte é refletida. O Coeficiente de Reflexão é o quociente entre o Fluxo

Luminoso refletido e o Fluxo Luminoso incidente em uma superfície. A equação (8) expressa

matematicamente a refletância.

𝜌 =𝜑𝑟

𝜑

(8)

onde: 𝜌 = 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝜑 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜑 = 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑡𝑖𝑑𝑜

11

A cor e o tipo de material são os componentes das superfícies que determinam o valor

da sua refletância em um ambiente. Quanto maior a refletância dos materiais utilizados nos

recintos, melhor será a distribuição do fluxo luminoso e dessa forma será propiciada uma maior

iluminância. A refletância é geralmente expressa em porcentagem.

Existem tabelas que fornecem os valores desse coeficiente de acordo com as cores e dos

materiais utilizados. As tabelas 2 e 3 mostram alguns coeficientes de refletância.

Materiais Coeficiente de Reflexão

Rocha 60%

Tijolos 5 a 25%

Cimento 15 a 40%

Madeira Clara 40%

Esmalte branco 65 a 75%

Vidor Transparente 6 a 8%

Madeira aglomerada 50 a 60%

Azulejos Brancos 60 a 75%

Madeira escura 15 a 20%

Gesso 80% Tabela 2

Cores Coeficiente de Reflexão

Branco 60%

Creme claro 70 a 80%

Amarelo claro 55 a 65%

Rosa 40%

Verde claro 45 a 50%

Azul celeste 40 a 45%

Cinza claro 40 a 45%

Bege 25 a 35%

Amarelo escuro 25 a 35%

Marrom claro 25 a 35%

Vermelho 20 a 35%

Cinza médio 20 a 35%

Verde escuro 10 a 15%

Azul escuro 10 a 15%

Vermelho escuro 10 a 15%

Cinza escuro 10 a 15%

Azul marinho 5 a 10%

Preto 5 a 10% Tabela 3

12

2.12 Índice do Recinto

Símbolo: K

Unidade: -

O Índice do Recinto é uma função cujas entradas são as dimensões do local, tal função está

definida na equação 9:

𝐾 =

𝑐 × 𝑙

ℎ × (𝑐 + 𝑙) , 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑧 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑡𝑎

(9)

onde, 𝑐 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑛𝑡𝑜 𝑙 = 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑛𝑡𝑜 ℎ = 𝑝é − 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑖𝑡𝑜 ú𝑡𝑖𝑙

Pé-direito útil é o valor resultante da subtração da altura do plano de trabalho do pé-direito total do recinto (𝐻), menos a distância da lâmpada ao teto (ℎ𝑝𝑒𝑛𝑑). Ou seja, a distância real

entre a fonte de luz e o plano de trabalho (Figura 5). ℎ𝑝𝑒𝑛𝑑 = 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛á𝑟𝑖𝑎 𝑎𝑜 𝑡𝑒𝑡𝑜

ℎtrab = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝐻 = 𝑝é − 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑖𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐻

ℎ𝑝𝑒𝑛𝑑

ℎ𝑡𝑟𝑎𝑏

ℎ

Figura 5 - Pé-direito útil

13

2.13 Fator de depreciação

Símbolo: Fd

Unidade: -

O fator de depreciação é o índice utilizado para incluir nos projetos o fato de que o fluxo

luminoso oriundo de uma fonte artificial diminui conforme o decorrer do tempo. Esse fator

quantifica a relação entre o fluxo luminoso no ambiente após um período de manutenção

considerado, e o fluxo luminoso no início de sua operação. Dessa forma, esse índice é

considerado no procedimento de cálculo do número ideal de luminárias em um ambiente, a fim

de garantir que durante todo o intervalo de tempo entre as manutenções a iluminação média

mínima respeite os valores indicados pela NBR 5413. Com isso, no intervalo de tempo logo após

a iluminação projetada ser implantada, ou no período que segue manutenção dos elementos do

projeto, os índices de iluminação são maiores que os determinados pela norma.

O desgaste natural de uma instalação de iluminação durante sua vida útil ocorre por

causa do decaimento do fluxo luminoso da lâmpada instalada, por causa do acúmulo de pó e

envelhecimento de sua superfície e das superfícies do ambiente, além do fato de algumas

lâmpadas saírem de operação antes do fim do período entre as manutenções.

Em um ambiente salubre, com boa manutenção (no qual as lâmpadas queimadas são

imediatamente substituídas e a limpeza das luminárias é realizada em um intervalo máximo de

2500 horas), considera-se uma depreciação de cerca de 5% da Iluminância, isto é, Fd = 1,05. Em

ambientes com manutenção crítica (galpões industriais, garagens, etc.), temos Fd= 1,75. A

tabela abaixo mostra os Fatores de depreciação de acordo com a limpeza dos ambientes e o

fator de depreciação.

Tipo de Ambiente Período de Manutenção (h)

2500 5000 7500

Limpo 1,05 1,10 1,14

Normal 1,10 1,18 1,25

Sujo 1,25 1,52 1,75 Tabela 4

Alguns autores utilizam o Fd de maneira diversa da que é apresentada na seção 4.4. Ao

invés do valor de Fd estar multiplicando a equação (21) e dessa forma dando origem a equação

(22), o fator Fd aparece dividindo a equação (21). Nestas situações os valores de Fd serão os

inversos dos apresentados na tabela 4.

14

2.14 Fator de utilização

Símbolo: Fu

Unidade: -

O Fator de utilização mensura a eficiência luminosa do Fluxo Luminoso final que incide

sobre a superfície a qual se deseja iluminar. A resultante da combinação dos elementos do

conjunto lâmpada, luminária e recinto é quantificada por meio do fator de utilização. O produto

da Eficiência do Recinto (𝜂𝑅) pela Eficiência da Luminária (𝜂𝐿) fornece o Fator de Utilização

(𝐹𝑢).

𝐹𝑢 = 𝜂𝑅 × 𝜂𝐿

(10)

Muitos fabricantes de luminárias disponibilizam catálogos de seus produtos nos quais é

possível encontrar tabelas de Fator de Utilização. Uma vez que cada tabela é confeccionada

especificamente para determinada luminária e já leva em consideração a sua perda na emissão

do Fluxo Luminoso, não é necessário multiplicar os valores nelas expostos pela Eficiência da

Luminária. O fator de utilização é encontrado relacionando-se o índice do recinto com as

refletâncias do teto, da parede e do piso.

K 751 731 711 551 531 511 331 311

0,6 0,31 0,30 0,27 0,28 0,27 0,26 0,27 0,25 0,8 0,37 0,36 0,34 0,36 0,34 0,32 0,34 0,34 1,0 0,43 0,42 0,40 0,44 0,40 0,36 0,40 0,40 1,25 0,46 0,44 0,41 0,45 0,41 0,41 0,41 0,41 1,5 0,52 0,51 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 0,47 2,0 0,55 0,54 0,50 0,52 0,50 0,50 0,51 0,50 2,5 0,56 0,55 0,51 0,51 0,51 0,51 0,52 0,51 3,0 0,58 0,57 0,56 0,56 0,52 0,53 0,54 0,56 4,0 0,59 0,58 0,55 0,57 0,55 0,55 0,55 0,55 5,0 0,61 0,61 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58

Tabela 5 - Exemplo de tabela com valores de Fu

Para simplificação, muitas dessas tabelas consideram apenas alguns poucos valores de

refletância. Na tabela 4, por exemplo, são considerados os valores de refletância de 10%, 30%,

50% e 70% para uma luminária fictícia. O fator de utilização destacado está relacionado a um

recinto cujo índice K é 1,5 e as refletâncias do teto, da parede e do piso são respectivamente

50%, 50% e 10%.

15

3 A tecnologia LED

3.1 Diodos semicondutores

LED é o acrônimo formado pelas iniciais do termo em inglês Light Emitting Diode, diodo

emissor de luz em português. A família LED é um dos grupos de diodos mais utilizados entre

todos os diferentes tipos de diodos semicondutores disponíveis hoje (Schubert 2006). Um diodo

semicondutor é um dispositivo eletrônico de dois terminais que permite que a corrente elétrica

flua facilmente em uma direção (polarização direta), mas permite apenas um fluxo insignificante

de corrente na direção oposta (polarização reversa).

É possível alterar as características de um material semicondutor ao realizar a introdução

de certos átomos de impurezas no material aproximadamente puro. Esse processo é chamado

de dopagem e dá origem aos materiais de tipo n e aos materiais de tipo p. O diodo

semicondutor é formado pela junção de dois materiais construídos a partir da mesma base Ge

(germânio) ou Si (silício), um material do tipo p e um material do tipo n, assim tem-se a junção

p-n.

O material do tipo n é formado a partir da adição dos elementos de impureza que

possuem cinco elementos na camada de valência, os elementos pentavalentes, como arsênio e

fósforo. As impurezas pentavalentes são chamadas de átomos doadores.

O material do tipo p é criado inserindo na base de gêrmanio ou sílicio átomos de

impureza que possuem três elêtrons na camada de valência, como o boro, o gálio e o índio.

Essas impurezas são chamadas de átomos aceitadores.

Dessa foram diz-se que o diodo é um dispositivo semicondutor polarizado com dois

terminais chamados ânodo (positivo) e de cátodo (negativo), pois a corrente convencional pode

fluir do ânodo para o cátodo, mas não vice-versa. Essa natureza polar permite a implantação

dos diodos como dispositivos retificadores para a conversão de corrente alternada em corrente

contínua. Como o LED é um diodo, possui todas as características de diodos. Assim, o princípio

de funcionamento do LED é o mesmo que o de uma junção p-n normal. Mas uma junção p-n

normal não emite luz.

Um material do tipo P possui uma deficiência de elétrons para completar as ligações

moleculares após a dopagem. Essa deficiência de elétrons é denominada lacuna, de modo que o

material de tipo p tem lacunas em excesso que podem “receber” um elétron livre.

Analogamente, um material de tipo n tem um excedente de elétrons decorrente da dopagem.

Esses elétrons se movem livremente no cristal servindo como transportadores de carga. Quando

materiais do tipo P e N estão juntos, os elétrons do lado n preenchem as lacunas do lado p,

criando uma zona eletricamente neutra chamada região de depleção entre os dois lados. Essa

16

barreira elétrica é ampliada ou reduzida pela aplicação de uma tensão "direta" ou "reversa",

respectivamente.

As recombinações de lacunas e elétrons liberam parte da energia dos elétrons na forma

de calor e outra parte na forma de fótons. Em alguns materiais como sílicio e gêrmanio, a maior

parte da energia é dissipada na forma de calor, a luz emitida é em quantidade praticamente

desprezível. Já em outros materiais, como o fosfeto de arsenieto de gálio (GaAsP) ou o fosfeto

de gálio (GaP), a quantidade de fótons de energia é grande o suficiente para emitir luz

consideravelmente vísivel. O fenômeno de emissão de luz por meio da aplicação de uma fonte

elétrica denomina-se eletroluminescência.

3.2 Configuração dos elementos do LED e perdas na extração de luz

Uma componente importante da perda de luz é representa pela sua absorção no

substrato, nas camadas de semicondutores, nos contatos, e no material da lente epóxi. Raios de

luz que incidem a um ângulo menor do que o ângulo crítico 𝜙𝑐 são refratados para longe da

normal, porque o índice de refração do epóxi é geralmente muito menor do que o do material

semicondutor. À medida que o ângulo de incidência aumenta, o ângulo de refração também

aumenta até que, eventualmente, para um determinado ângulo de incidência, torna-se 90°.

Este ângulo de incidência é o ângulo crítico 𝜙𝑐 na interface semicondutor/epóxi. Qualquer raio

de luz que possuir ângulos de incidência maiores do que o ângulo crítico são totalmente

refletidos e devolvidos ao semicondutor. Alguns destes raios são absorvidos e a porção

remanescente pode bater de novo na interface semicondutor/epóxi com um ângulo diferente.

Estes processos são replicados e em cada ocasião, certa quantidade de luz é emitida e o resto é

absorvido.

Verifica-se que apenas os raios de luz incidentes no interior de um cone de ângulo de

abertura 2𝜙𝑐, ou seja, os raios para os quais os ângulos de incidência 𝜙𝑆 sobre a superfície do

epóxi for menor que o ângulo crítico 𝜙𝑐 em ambos os lados da normal, são capazes de emergir

para a lente epóxi. O cone cujo ângulo de abertura 𝜃𝑎= 2𝜙𝑐 é, portanto, referido como o cone

de escape.

Os índices de refração dos materiais sólidos que constituem o diodo emissor de luz, ou

seja, os semicondutores, os isolantes e as camadas metálicas, são praticamente idênticos.

Assim, eles podem ser considerados como tendo um único índice de refração 𝑛𝑆. O índice de

refração do epóxi pode ser denotado por 𝑛𝐸 . Aplicando a lei de refração de Snell-Descartes na

interface semicondutor-epóxi, a extração de luz a partir da fonte, o material semicondutor(S),

de índice 𝑛𝑆 de refração para o ambiente exterior epóxi(E) de índice de refração 𝑛𝐸 é regido

pela equação:

17

𝑛𝑆

𝑛𝐸=

𝑠𝑒𝑛(𝜙𝐸)

𝑠𝑒𝑛(𝜙𝑆)

(11)

onde 𝜙𝐸 é o ângulo de refração. Daí, o seno do ângulo de incidência, é expresso como:

𝑠𝑒𝑛(𝜙𝑆) =

𝑛𝐸

𝑛𝑆𝑠𝑒𝑛(𝜙𝐸)

(12)

O ângulo crítico corresponde ao caso específico em que o ângulo de refração é de 90 °.

Para o ângulo crítico 𝜙𝑐(𝑛𝐸 , 𝑛𝑆) = 𝜙𝑆, temos 𝜙𝐸 = 90 °, de modo que o 𝑠𝑒𝑛(𝜙𝐸) = 𝑠𝑒𝑛(90 °)

= 1; consequentemente:

𝑠𝑒𝑛[𝜙𝑐(𝑛𝐸 , 𝑛𝑆)] = 𝑛𝐸

𝑛𝑆

(13)

Logo

𝜙𝑐(𝑛𝐸 , 𝑛𝑆) = 𝑠𝑒𝑛−1 ( 𝑛𝐸

𝑛𝑆)

(14)

Fenômenos similares ocorrem na interface ar-epóxi, limitando a saída de luz do LED.

Nesse caso, também, uma parte da luz é absorvida enquanto a porção restante tem duas

componentes que compreendem os raios refletidos e os raios refratados.

Uma vez que as camadas semicondutoras do LED são materiais com altos índices de

refração, os raios de luz podem sofrer múltiplas reflexões internas ao atravessar estas camadas,

sofrendo muitas perdas.

3.3 Os LEDs na Iluminação em geral

No início da comercialização de LEDs na década de 1960, as suas primeiras aplicações

apareceram como lâmpadas indicadoras coloridas em aparelhos elétricos e eletrônicos. Depois,

os LEDs começaram a ser utilizados em displays alfanuméricos para a prestação de informações

sob a forma de caracteres, composta por algarismos ou letras, em calculadoras eletrônicas e

relógios digitais. Este campo de aplicação foi utilizado em monitores de cristais líquidos (LCD),

que utilizam células de cristal líquido, que mudam de reflectividade num campo eléctrico

aplicado. Novamente, quando LEDs de alto brilho chegaram ao mercado em 1980, o cenário foi

transformado com a sua permeação em todas as áreas de produção da luz artificial. Os nichos

18

de aplicação mais populares de LEDs são como sinalização de energia, displays e iluminação.

Outras áreas são medicina e medições.

A Iluminação geral proporciona um nível de iluminação uniforme de grandes áreas tais

como em instituições educacionais, hospitais, salas de entretenimento, arenas esportivas,

estradas e assim por diante. As primeiras tentativas de utilização dos LEDs na iluminação geral

não foram animadoras, pois os LEDs produziam uma quantidade de luz insuficiente e suas

características de cor eram demasiadamente restritas. Mas a tecnologia LED já evoluiu para o

nível em que a variedade de cores e as características de luz são competitivas ou vão além

daquelas das lâmpadas convencionais. O tipo de material semicondutor do LED determina a cor

da luz emitida por ele.

As luminárias para iluminação geral são classificadas em dois grupos: funcionais e

decorativos. Uma vez ou outra, esses grupos se sobrepõem uns aos outros porque qualquer

luminária usada para a decoração também irá fornecer luz para a visibilidade. Para as luminárias

funcionais, a métrica de desempenho é a eficiência da luminária, mas para luminárias

decorativas, a aparência estética não pode ser desconsiderada.

3.4 Retrofit de Lâmpadas LED

Retrofitting ou "Adaptação" significa modificar equipamentos ou estruturas existentes

com componentes adicionais ou novos. Uma lâmpada LED retrofit é aquela que pode encaixar

caber no mesmo soquete usado anteriormente para lâmpadas incandescentes ou fluorescentes.

Deve também ser compatível com a infraestrutura elétrica já disponível, permitindo a

montagem das luminárias existente com LED. Isto significa que a lâmpada LED deve funcionar

sem piscar nem possuir qualquer outro comprometimento funcional quando colocada no

mesmo local do qual uma lâmpada incandescente for retirada.

Lâmpadas LED retrofit podem não funcionar da maneira desejada em instalações

elétricas que incluam triac ou dimmers e transformadores eletrônicos. Como um exemplo,

considere-se uma lâmpada de diodo emissor de luz operado com uma alimentação de corrente

alternada de 120 ou 230A conectada a um triac ou dimmer. O problema elétrico é que as

lâmpadas incandescentes não são intercambiáveis com as lâmpadas LEDs, porque essas

lâmpadas constituem cargas puramente resistivas ou lineares, enquanto LEDs apresentam um

comportamento não linear. Ao começar a conduzir, o LED tem sua resistência reduzida de tal

maneira que, se um resistor não for inserido no circuito para limitar a corrente ela aumenta a

ponto de provocar a sua queima.

19

3.5 Estrutura da Lâmpada LED

As lâmpadas LED estão começando a substituir as fluorescentes tubulares, essas

lâmpadas estão disponíveis em uma grande variedade de formas, e são oferecidos com

diferentes níveis de fluxo luminoso. Elas também estão disponíveis no mercado em uma grande

variedade de cores e tamanhos. Existem, inclusive, lâmpadas capazes de emitir diferentes cores,

as lâmpadas LED Multicolor, tema da próxima seção. As lâmpadas de LED podem operar

durante todo o dia e em baixas temperaturas, com isso elas geram menos calor que as

lâmpadas convencionais, o que reduz a possibilidade de incêndio e danos. Um indivíduo não vai

queimar os dedos ao tocar uma lâmpada LED ligada por muitas horas. Devido ao baixo consumo

de energia de lâmpadas LED, uma pessoa não precisa comprar muitas baterias para manter uma

luz de emergência acesa.

3.6 Lâmpada Led Multicolor

As lâmpadas Led Multicolor com controle remoto são utilizadas para a iluminação

decorativa, iluminação ambiente e iluminação cenográfica. As lâmpadas LED Multicolor são

equipadas com LEDs RGB em seu interior. É possível faze-las piscar, realizar transições entre

diferentes cores suavemente, reduzir e aumentar o fluxo luminoso. A combinação de azul e

verde produz o azul turquesa; verde e vermelho combinados formam o amarelo; vermelho e

azul, o violeta; e vermelho, verde e azul misturados compõem o branco. Pode-se produzir mais

de 16.000.000 de cores com os controladores mais sofisticados.

Com um espectro de mais de 16 milhões de cores, o ambiente de uma sala é facilmente

controlado. Basta selecionar uma cor no controle remoto, a lâmpada ilumina o ambiente na cor

desejada.

3.7 Comparação entre a lâmpada LED e a fluorescente tubular

Em lâmpadas fluorescentes tubulares tradicionais, 80% da energia elétrica é convertida

em energia térmica e apenas 20% é convertida em luz visível. O fluxo luminoso de uma lâmpada

fluorescente de 36 W é de 2000 lm, de modo que a eficácia do sistema é 55,56 lm/W.

Graças à sua saída de luz direcionada, lâmpadas de LED tubulares fornecem luz onde ela

é necessária, isto é, na superfície de trabalho. O ângulo do feixe é de 360 ° nas lâmpadas

fluorescentes, o ângulo do feixe de luz das lâmpadas LED é de 120 °. Uma lâmpada LED que

tenha potência de 16 W, com eficiência luminosa de 125 lm / W, possui fluxo luminoso total de

2000 lm. A utilização de refletores para lâmpadas LED não é necessária, pois é possível

20

direcionar a luz através da redução do ângulo de feixe. Assim, o fluxo luminoso não é

desperdiçado, tal como em uma lâmpada fluorescente. As LED produzem menos calor e dessa

forma proporcionam economia como os custos de refrigeração.

A lâmpada fluorescente tubular emite 65% de luz cujo comprimento de onda é 254 nm e

de 10% a 20% de luz com 185 nm. Ela emite luz de cor branco-amarelada, possui uma baixa

temperatura de cor, cerca de 4100 K e ICR de 80. As lâmpadas LED têm uma temperatura de cor

alta entre 5500 e7500 K, sendo que a luz solar tem uma temperatura de cor de 6500 K;

portanto, a temperatura de cor da lâmpada LED está mais próxima da temperatura de cor da luz

emitida pelo sol. Além disso, o seu ICR é bastante alto, maior que 90. Elas podem emitir a cor

branca fria no espectro de 380-740 nm. Para os seres humanos, o espectro visível é 380-740 nm.

Isto é, as lâmpadas LED emitem uma luz suave, sem piscar, mas com alta ICR proporcionando

um elevado grau de conforto para a visão dos usuários e favorecendo a sua saúde física.

Constituída pela reunião de um grande número LEDs brancos, a lâmpada LED tubular foi

concebida para se tornar a substituta da lâmpada fluorescente tubular, e consome cerca de

metade da energia para o mesmo fluxo luminoso. Seu consumo de energia é 60% menor que a

fluorescente. Isto significa que duas lâmpadas LED equivalentes consomem a mesma potência

que uma única lâmpada fluorescente, mas fornece mais do que o dobro do fluxo luminoso.

3.8 Cálculo comparativo do consumo de energia das lâmpadas LED e fluorescentes

Eficiência luminosa dos dois tipos de lâmpadas a serem comparadas:

Lâmpada fluorescente tubular: 70 lm/W.

Lâmpada LED tubular: 90 lm / W.

Seja uma sala de 30m² de uma Universidade em que deseja-se obter uma iluminância de

500 lux. Em um intervalo de 1 ano, desconsiderando-se as férias e os finais de semana, as

lâmpadas devem funcionar por cerca de 180 dias. Supondo que elas funcionem 8h por dia,

segue o cálculo dos consumos de energia para os dois tipos de lâmpadas em 1 ano.

Para alcançar a iluminância de 500 lux, é necessário um fluxo luminoso total de:

(500 × 30)𝑙𝑚 = 15000 𝑙𝑚

Para fornecer esse fluxo, a potência requerida de uma instalação que utiliza lâmpadas

fluorescentes é de:

(15000 70⁄ )𝑊 = 214,28𝑊

21

Para fornecer esse fluxo, a potência requerida de uma instalação que utiliza lâmpadas

LED é de:

(15000 90⁄ )𝑊 = 166,67𝑊

Logo, a energia consumida em um ano pelo sistema com lâmpadas fluorescentes é:

214,28 × 8 × 180 = 380,57𝑘𝑊ℎ

Para o sistema com lâmpadas LED é:

166,67 × 8 × 180 = 240𝑘𝑊ℎ

4 Concepção de um projeto Luminotécnico

4.1 Determinação da Iluminância média

Uma iluminação adequada é obtida por meio do planejamento no qual os critérios

técnicos são rigorosamente seguidos.

As necessidades visuais das atividades a serem desenvolvidas nos ambientes de uma

área interna, o conforto e os critérios de eficiência energética devem formar o ponto de partida

para a determinação dos parâmetros de um projeto luminotécnico de qualidade. O primeiro

passo na concepção de um planejamento para a instalação dos elementos de iluminação é a

realização de uma análise das características físicas do espaço a ser iluminado e os níveis de

iluminação exigidos pela tarefa visual a ser executa, de posse dessas informações é possível

escolher o sistema de iluminação a ser empregado e a configuração do posicionamento das

luminárias.

O rendimento visual apresenta um crescimento descrito pelo o logaritmo do nível de

iluminamento de 10 lux até aproximadamente 1000 lux, tal crescimento é concomitante ao

decaimento da fadiga visual, como pode ser observado na figura 6. Para níveis de iluminação

superiores a 1000 lux, o aumento de iluminância não propicia em melhoras significativas no

rendimento visual. Na verdade, iluminações maiores que 1000 lux podem fazer com que os

usuários do espaço em questão comecem a apresentar sintomas de fadiga visual. Por essa

razão, além do fato de níveis mais altos de iluminação demandarem um maior consumo de

energia elétrica, é recomendado que os níveis de iluminância para a realização de tarefas visuais

não sejam superiores a 2000 lux, salvo em situações especificas tais como cirurgia e montagens

na área de microeletrônica, nas quais os níveis admitidos podem chegar a 20.000lux.

22

Figura 6 - Variações do rendimento e na fadiga visual, 1970 (IIDA, 1990).

As diversas atividades que podem ser executadas pelo homem precisam de valores

mínimos de iluminância diferentes devido aos seus distintos graus de complexidade. Por

exemplo: o nível de iluminância de um centro cirúrgico precisa ser muito mais elevado do que o

de um corredor, pois os procedimentos realizados pelos médicos são de alta precisão, além de a

sala de cirurgia ser um ambiente onde as pessoas permanecem longos períodos, ao contrário

dos ambientes de circulação.

A iluminância média da tarefa é determinada em função de quatro fatores que

estipulam a quantidade de luz necessária para a sua execução:

tarefas a ser desenvolvida (na NBR 5413, a tarefa está relacionado ao tipo de

ambiente);

a idade dos observadores;

importância da velocidade e acuidade visual no desempenho visual;

refletância do fundo da tarefa.

O olho humano sofre com a perda gradativa da capacidade de acomodação, para

focalizar objetos próximos conforme o avanço da idade por causa do endurecimento do

cristalino. Por isso, a idade das pessoas usuárias de um sistema de iluminação precisa ser

considerada, uma vez que a fadiga visual se torna mais acentuada em indivíduos de maior

idade. Uma pessoa jovem pode focalizar um objeto situado em um plano a 10 cm de distância

de seus olhos, conforme a idade dos observadores se eleva nota-se que essa distância é

incrementada, podendo chegar a 100 cm para um indivíduo de 60 anos de idade.

23

Classe A Iluminância (lux) Tipo de Atividade

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

20 – 30 – 50 Áreas públicas com arredores escuros.

50 – 75 – 100 Orientação simples para permanência curta.

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

200 – 300 – 500

Tarefas com requisitos visuais limitados, trabalho bruto de

maquinaria, auditórios.

B

Iluminação geral para área de trabalho

500 – 750 – 1000

Tarefas com requisitos visuais normais, trabalho médio de

maquinaria, escritórios.

1000 – 1500 – 2000

Tarefas com requisitos especiais, gravação manual, inspeção,

indústria de roupa

C Iluminação adicional para

tarefas visuais difíceis

2000 – 3000 – 5000

Tarefas visuais muito exatas ou prolongadas, eletrônica de tamanho

pequeno

5000 – 7500 – 1000

Tarefas visuais muito exatas ou prolongadas, montagem de

microeletrônica

10000 – 15000 – 20000 Tarefas visuais muito especiais, cirurgia

Tabela 6 - Nível de Iluminância de acordo com a classe das tarefas visuais. (Fonte: NBR 5413, 1992)

Com o passar do tempo, o órgão responsável pela visão apresenta, além dos problemas

na estrutura do cristalino, uma diminuição no tamanho da pupila, o que acarreta em um

decaimento quantidade de luz que adentra os olhos. A quantidade de luz que é captada pelos

olhos de um observador de 60 anos é um terço da quantidade de luz que os olhos de uma de 20

anos conseguem captar em um mesmo nível de iluminamento. Dessa forma, indivíduos com

idade mais elevada precisam de mais luz para não sofrem com a fadiga visual.

As refletâncias das cores utilizadas nos espaços também são de extrema importância na

determinação do nível de iluminância e fazem parte dos dados que devem ser analisados na

concepção do projeto. Deve, ainda, existir um contraste entre o objeto observado e o fundo a

fim de possibilitar uma melhor visualização.

Geralmente, a dilatação da pupila é inversamente proporcional ao nível de iluminância.

Isto é, quanto maior o nível de iluminância do ambiente menor será a dilatação da pupila do

24

olho humano. A partir de determinado nível de iluminação, a relação custo-benefício em termos

de melhora no desempenho visual não justifica os investimentos para aumentar a iluminação.

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) estipula a iluminância necessária

para cada tipo de tarefa, tendo como parâmetros a idade do observador, a velocidade de

precisão exigida pela tarefa e a refletância de fundo.

Nas tabelas de iluminância média contidas na NBR 5413 cujos valores para as classes de

ambientes A, B e C estão apresentadas na tabela 6, nela constam três níveis de iluminância para

cada ambiente. Essa multiplicidade de níveis para cada recinto existe por causa das variáveis

existentes no projeto: a velocidade e precisão em que ela dever ser executada, a idade dos

observadores e a refletância do fundo.

A fim de escolher qual nível de iluminância deve ser adotado para os cálculos, o seguinte

procedimento deve ser observado:

1º) Atribuir um peso a cada um dos três fatores relacionados ao desenvolvimento da

tarefa de acordo com a tabela 6.

Característica da tarefa e do observador

Peso

-1 0 1

Idade Inferior a 40 anos 40 a 55 anos Acima de 55 anos

Velocidade e precisão Sem importância Importante Crítica

Refletância do fundo da tarefa

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

Tabela 7 - Fatores determinantes do nível de iluminação. (Fonte: NBR 5413, 1992)

2º) Somar os três pesos correspondentes aos três fatores.

3º) O resultado da soma determina a escolha da iluminância a ser utilizada da seguinte

maneira:

Se a soma for igual a -2 ou -3, a menor iluminância deve ser escolhida.

Se a soma for igual a +2 ou +3, a maior iluminância deve ser escolhida.

Se a soma for igual a -1, 0 ou +1, a iluminância do meio deve ser escolhida.

A norma NBR 5413 indica muitos outros níveis de iluminação para tipos específicos de

tarefas além daqueles mostrados na tabela 6. Esses níveis de iluminação são designados

utizando os locais onde essas tarefas são tipicamente realizadas. As tabelas 8, 9 e 10 mostram

alguns desses outros níveis de iluminância expostos na norma.

25

Uma vez que existem inúmeras possibilidades de diversificar as tarefas visuais são

ilimitadas, aquelas que não estiverem tabeladas pela ABNT devem ter o seu nível de iluminância

baseado no nível de outras que possuam características próximas presentes na norma da ABNT.

Escolas

Salas de Aula 200 – 300 – 500

Quadros Negros 300 – 500 – 750

Salas de trabalhos Manuais 200 – 300 – 500

Laboratórios - geral 150 – 200 – 300

Laboratórios - local 300 – 500 – 750

Anfiteatros e auditórios - plateia 150 – 200 – 300

Anfiteatros e auditórios - tribuna 300 – 500 – 750

Sala de desenho 300 – 500 – 750

Sala de reuniões 150 – 200 – 300

Salas de educação física 100 – 150 – 200

Costuras e atividades semelhantes 300 – 500 – 750

Artes culinárias 150 – 200 – 300 Tabela 8

Bibliotecas

Sala de Leitura 300 – 500 – 750

Recinto das Estantes 200 – 300 – 500

Fichário 200 – 300 – 500 Tabela 9

Escritórios

Registros, cartografia, etc... 750 – 1000 – 1500

Desenho, engenharia mecânica e arquitetura 750 – 1000 – 1500

Desenho decorativo e esboço 300 – 500 – 750 Tabela 10

26

4.2 Métodos de cálculo

Existem dois métodos de cálculo para projetos luminotécnicos que são bastante

conhecidos e mostrados em diversos livros e apostilas:

o método de ponto a ponto;

o método dos lúmens.

O método dos lúmens é baseado nos níveis de iluminância média para calcular o número

de fontes luminosas. Já o método de ponto por ponto, mesmo não fornecendo diretamente a

quantidade de luminárias a serem instaladas, determina a iluminância em qualquer ponto do

espaço e auxilia na determinação do tipo de luminária e na quantidade.

4.3 Métodos de ponto a ponto

O método de ponto a ponto, também denominado de método das intensidades

luminosas, é baseada nas leis de Lambert. Esse método, geralmente, é utilizado para verificar a

distribuição luminosa do ambiente, uma vez que, de acordo com a NBR 5413, a iluminância não

pode ser inferior a 70% da iluminância média, em todos os pontos do plano de trabalho.

Ademais, ela é muito útil para o cálculo da iluminação localizada nos ambientes.

A iluminância em um determinado ponto da superfície horizontal em questão é descrita

pela seguinte equação:

𝐸 =

𝐼 × cos 𝛼

(𝐿𝑃)2

(15)

Onde,

𝐸 é 𝑎 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛â𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝑙𝑢𝑥];

𝐼 é 𝑎 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎 [𝑐𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎𝑠];

𝛼 é â𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 à 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑒𝑝𝑡𝑜𝑟𝑎 𝑒 𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜;

𝐿𝑃 é 𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑓𝑜𝑐𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑎𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜.

27

4.4 Métodos dos lúmens

O método dos lúmens é amplamente utilizado nos projetos luminotécnicos de espaços

interiores. Esse método, também conhecido como método do fluxo luminoso, tem como

objetivo calcular, a partir do fluxo luminoso da lâmpada escolhida, o número de luminárias

necessário para atingir o nível de iluminância média no plano útil de trabalho. Caso haja a

necessidade de realizar o cálculo da iluminação em um ponto específico do espaço, utiliza-se o

método de ponto a ponto descrito na seção anterior.

A iluminância média (𝐸𝑚) sobre um plano de trabalho é o quociente do fluxo luminoso

que atinge o plano de trabalho pela área do ambiente, 𝐸𝑚 é dada pela seguinte equação:

𝐸𝑚 =

𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜

𝐴

(16)

onde:

𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 é 𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔𝑒 𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 𝑒𝑚 𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑠;

𝐴 é 𝑎 á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑖𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠.

𝛼

(0,0,0)

𝐿(0,0,𝐻)

𝑋

𝐼

𝐴

𝐹(𝑥0,𝑦0, 0)

𝑌

𝐻

𝑃(−𝑥,𝑦, 0)

Figura 7 - Esquema evidenciando o ângulo 𝜶 utilizado no método de ponto a ponto.

28

O fluxo luminoso que atinge o plano de trabalho é o somatório do fluxo luminoso de

todas as lâmpadas instaladas no ambiente multiplicado pelo Fator de Utilização, apesentado na

seção 2.14. Logo:

𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 = (∑ 𝜑) × 𝐹𝑢

(17)

Se todas as lâmpadas utilizadas para iluminar uma superfície forem iguais, podemos

escrever ∑ 𝜑 como:

∑ 𝜑 = 𝑛 × 𝜑

(18)

Onde,

𝑛 é 𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠;

𝜑 é 𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑢𝑚𝑎 𝑙â𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑚 𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑠.

Substituindo (18) em (17), temos:

𝜑𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 = 𝑛 × 𝜑 × 𝐹𝑢

(19)

Daí, substituindo, (19) em (16) segue que:

𝐸𝑚 =

𝑛 × 𝜑 × 𝐹𝑢

𝐴

(20)

Para obter o número n de lâmpadas a serem instaladas em determinado projeto para

atingir a iluminação média previamente estabelecida, basta reescrever a equação (20):

𝑛 =

𝐸𝑚 × 𝐴

𝜑 × 𝐹𝑢

(21)

Entretanto, é necessário considerar também o fator de depreciação para garantir a

iluminação média mínima durante todo o período entre as manutenções, dessa forma a

equação final para n é:

𝑛 = [

𝐸𝑚 × 𝐴

𝜑 × 𝐹𝑢] × 𝐹𝑑

(22)

29

4.5 Espaçamento entre luminárias

Segundo Creder, a configuração da localização das luminárias deve seguir a

recomendação de que a distância entre as luminárias seja igual ao dobro da distância entre a

luminária e a parede. A abertura do feixe luminoso da luminária também deve ser considerada

na determinação do espaçamento, a figura 8 fornece o índice que deve ser utilizado para

calcular o espaçamento máximo em função da classificação do sistema de iluminação da

luminária. Tais recomendações possuem o intuito de evitar espaços de sombra entre as

luminárias.

Figura 8 - Espaçamento entre as luminárias. Fonte: Helio Creder.

30

Os pontos de iluminação devem ser distribuídos de forma a proporcionar uma

distribuição homogênea de luz. É recomendado que a distânicia “a” ou “b” entre as luminárias

seja o dobro da distância das luminárias a parede. Conforme exemplificado na figura 9.

Figura 9 - Exemplo de distribuição de luminárias em uma sala. Fonte: Manual Osram

5 Instalações atuais do sistema de iluminação de parte das áreas comuns do

Centro de Tecnologia e Projeto luminotécnico para parte das áreas comuns do

Centro de Tecnologia

No presente capítulo são apresentadas as características dos ambientes do Centro de

Tecnologia para os quais deseja-se realizar a instalação das lâmpadas LED, assim como os

projetos para a sua instalação.

Fatores determinantes da Iluminação adequada no CT:

Características da Tarefa e do observador Peso

Idade 1

Velocidade e precisão -1

Refletância do fundo da tarefa 0

Soma 0

31

Características da Iluminação desejada para corredores:

Parâmetro Símbolo unidade Medida

Iluminância Planejada E_m lx 100

Tonalidade ou temperatura de cor branca fria

Indíce de Reprodução de cores IRC > 0,80

5.1 BLOCO C

Figura 10 - Planta baixa do Bloco C indicando a divisão do corredor para o cálculo luminotécnico.

32

5.1.1 Hall

Figura 11 - Fotos do Hall do Bloco C.

Figura 12 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das luminárias.

5.1.1.1 Descrição do recinto.

Parâmetro símbolo e/ou fórmula unidade Medida

Comprimento c m 7,35

Largura l m 4,5

Área A=c*l m² 33,075

altura do plano de trabalho h_pl.tr. m 0,75

altura do pendente da luminária h_pend m 0

Pé-direito H m 4,07

33

Pé-direito útil h=H-h_pend-h_pl.tr. m 3,32

Índice do Recinto K=c*l/[h*(c+l)] _ 0,84

Fator de depreciação Fd _ 1,053

Coeficiente de reflexão/teto rho1 _ 70%

Coeficiente de reflexão/parede rho2 _ 70,00%

Coeficiente de reflexão/piso rho3 _ 40%

5.1.1.2 Instalações Atuais.

Parâmetro Símbolo e/ou fórmula

Tipo de lâmpada _ Fluorescente

Tipo de luminária TBS020-RA – 32W

Fluxo luminoso da lâmpada fi 2700 lm

Lâmpadas por luminária z 2

Quantidade de lâmpadas n 4

Quantidade de luminárias Ni 2

5.1.1.3 Medição digital realizada através do aparelho Luxímetro

Medição realizada às 14h e 02min do dia 09/10/2015.

Observação: A luminária C1-01 estava queimada.

Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância 134 lux embaixo da luminária C1 – 02.


Observação: A luminária C1-01 estava queimada.

Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância 83 lux embaixo da luminária C1 – 02.

5.1.1.4 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED.


Tipo de lâmpada _ Leddy Tubular I – 18W




34

Fator de Utilização Fu 0,46

Quantidade de lâmpadas n= (E_m*A*Fd)/(fi*Fu) 4

Quantidade de luminárias N=n/z 2

Iluminância Alcançada E= (z*N_i*fi*Fu)/(A*Fd) 111 lux

Figura 13 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar do Bloco C.

5.1.1.5 Análise da necessidade de incremento do número de pontos de luz para a implementação do

projeto com lâmpadas de LED.

Não há a necessidade de incremento de pontos de luz, sendo as instalações atuais suficientes para

a implantação das lâmpadas LED.

5.1.2 Corredor 1

Figura 14 - Fotos do Corredor 1 do Bloco C.

35

Figura 15 - Planta baixa do Corredor 1 do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das luminárias.

36




Largura l m 2,9


altura do plano de trabalho h_pl.tr. m 0












Tipo de luminária 1 TBS027 – 16W

Tipo de luminária 2 TBS020-RA –16W

Fluxo luminoso da lâmpada de 16W fi 1150 lm

Fluxo luminoso da lâmpada de 32W

Lâmpadas por luminária tipo 1 z 2



Quantidade de luminárias tipo 1 Ni 1




Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 376 e 323 embaixo das luminárias C01 – 11 e

C01 – 14.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 42 lux entre as luminárias C01 – 11 e C01 – 12.

37


Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 310 lux, 324 lux, 344 lux e 310 lux embaixo das

luminárias C1 – 07, C1 – 08, C1 – 09 e C1 – 15. Entre as luminárias: foram verificadas as iluminância de 31

lux, 30 lux entre as luminárias C1 – 7 e C1 – 8, C1 – 8 e C1 – 9.










Iluminância alcançada E= (z*N_i*fi*Fu)/(A*Fd) 102 lux



As instalações atuais não são suficientes e nenhuma das 13 luminárias presentes na instalação

pode ser aproveitada para a implementação do projeto com lâmpadas LED. A figura que ilustra a

distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no corredor 1 do Bloco C encontra-se

no anexo A.

5.1.3 Corredor 2

Figura 16 - Foto do corredor 2 do Bloco C.

38

Figura 17 - Planta baixa do Corredor 2 do primeiro andar do Bloco C mostrando a instalação atual das luminárias.




Largura l m 3,02




Pé-direito H m 3







39




Tipo de luminária TBS027 – 32W





Iluminância alcançada E= (z*N_i*fi*Fu)/(A*Fd) 209,4 lux



Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância de 273 lux embaixo das luminárias C01 – 17.

Entre as luminárias: foi verificadas a iluminância de 71 lux entre as luminárias, C01 – 17 e C01 – 18.


Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância de 192 lux, 333 lux embaixo das luminárias C1 – 19 e

C1 – 20.

Entre as luminárias: foi verificadas a iluminância de 90 lux entre as luminárias, C1 – 19 e C1 – 20.




Tipo de luminária TBS020 - RA – 32W







40

Figura 18 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no corredor 2 do primeiro andar do Bloco C.


projeto com lâmpadas LED.

Tendo em vista a necessidade de proporcionar uma iluminação homogênea em todo o corredor é

necessário colocar mais luminárias na instalação a fim de que o espaçamento entre elas obedeça às

recomendações técnicas. A figura que ilustra a distribuição das luminárias para a implementação do

projeto LED no corredor 2 do primeiro andar do Bloco C encontra-se no anexo A.

41

5.2 BLOCO D

5.2.1 Hall do Bloco D

Figura 19 - Fotos do Hall do primeiro andar do Bloco D.

Figura 20 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco D mostrando a instalação atual das luminárias.




Largura l m 4,6




Pé-direito H m 4







42










Medição realizada às 13h 15min do dia 09/10/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 260 lux e 166 lux embaixo das luminárias D1 –

1 e D1 – 2.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 182 lux entre as luminárias D1 – 1 e D1 – 2.

Medição realizada às 18h 41min do dia 28/08/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 150 lux e 147 lux embaixo das luminárias D1 –

1 e D1 – 2.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 143 lux entre as luminárias D1 – 1 e D1 – 2.




Tipo de luminária TBS027







43

Figura 21 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar do Bloco D.



As instalações atendem ao projeto com lampas LED.

5.2.2 Corredor do Bloco D

Figura 22 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco D.

44




Largura l m 2,98
















Fluxo luminoso da lâmpada 1 fi 2700 lm

Fluxo luminoso da lâmpada 2 1150 lm






45

Figura 23 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco D mostrando a instalação atual das luminárias.

46


Medição realizada às 13h do dia 19/08/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 328 e 384 embaixo das luminárias D01 – 16 e

D01 – 19.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 19 lux e 54 entre as luminárias D01 – 15 e D01 – 16,

D01 – 18 e D01 – 19.


Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 121 lux, 327 lux, 281 lux, 450 lux, 355 lux

embaixo das luminárias D1 – 03, D1 – 16, D1 – 17, D1 – 18 e D1 – 19 respectivamente.

Entre as luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 20 lux, 15 lux, 24 lux, entre as luminárias D1 –

16 e D1 – 17, D1 – 17 e D1 – 18, D1 – 18 e D1 – 19.




Tipo de luminária TBS020 - RA









Pode-se verificar que a iluminância medida logo embaixo das luminárias é bastante maior do que a

iluminância média estipulada pela norma para ambientes de circulação, 100 lux. Entretanto a iluminância

verificada entre as luminárias está bastante abaixo dos 100 lux exigidos. Por isso torna-se necessária a

substituição da instalação atual. A figura que ilustra a distribuição das luminárias para a implementação

do projeto LED no corredor do Bloco D encontra-se no anexo A.

47

5.3 BLOCO E

5.3.1 Hall do Bloco E

Figura 24 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco E mostrando a instalação atual das luminárias..



Comprimento c m 6,2

Largura l m 4,5






48















Medição realizada às 13h do dia 28/08/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 820 e 280 embaixo das luminárias E01 – 01 e

E01 – 02. Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 409 lux entre as luminárias E01 – 01 e E01 –

02.


Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 94 e 110 embaixo das luminárias E01 – 01 e

E01 – 02. Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 95 lux entre as luminárias E01 – 01 e E01 –

02.




Tipo de luminária TBS027







49




5.3.2 Corredor do Bloco E

Figura 25 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco E.




Largura l m 3,03











50

Figura 26 - Planta baixa do corredor do primeiro andar do Bloco E.

51












Lâmpadas por luminária tipo 3 2

Quantidade de lâmpadas fluorescentes de 16 W

22

Quantidade de lâmpadas fluorescentes de 32 W

10






Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 135 lux, 120 lux, 127 lux e 84 lux embaixo das

luminárias E1 – 03, E1 – 04, E1 – 08 e E1 – 19.

Entre as luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 18 lux, 26 lux, 19 lux e 46 lux entre as luminárias

E1 – 03 e E1 – 04, E1 – 04 e E1 – 05, E1 – 08 e E1 – 09 e E1 – 19 e E1 – 20.

Medição realizada entre 18h e 18h e 8min do dia 28/08/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias 140 lux, 126 lux, 127 lux, 147 lux, 132 lux, 125

lux, 107 lux, 100 lux, 121 lux, 127 lux, 88 lux embaixo das luminárias E1 – 03, E1 – 04, E1 – 08, E1 – 09, E1

– 10, E1 – 12, E1 – 14, E1 – 15, E1 – 16 e E1 – 17.


E01 – 03 e E01 – 04, E01 – 04 e E01 – 05, E01 – 08 e E01 – 09 e E01 – 19 e E01 – 20.

52












projeto com lâmpadas LED..

As três luminárias modelo TBS027 – 32W com suporte para uma única lâmpada podem ser aproveitadas

e outras 25 luminárias desse modelo devem ser instaladas a fim de atingir a iluminância média exigida

pela norma de forma homogênea. A figura que ilustra a distribuição das luminárias para a

implementação do projeto LED no corredor do Bloco E encontra-se no anexo A.

5.4 BLOCO F

5.4.1 Hall do Bloco F

Figura 27 - Fotos do Hall do 1ª andar do Bloco F.

53

Figura 28 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco F mostrando a instalação atual das luminárias.



Comprimento c m 4,5

Largura l m 6,9













Tipo de lâmpada _ Fluorescente 32W






54



Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância de 229 embaixo das luminárias F1 – 02.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 238 lux entre as luminárias F1 – 01 e F1 – 02.


Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 132 lux e 150 lux embaixo das luminárias

F1 – 01 e F1 – 02.

Entre as luminárias: foi verificada a iluminância de 109 lux entre as luminárias F1 – 01 e F1 – 02.



Tipo de lâmpada _ LED - Tubular I – 18 W








Figura 29 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar do Bloco F.

55


projeto com lâmpadas de LED..


5.4.2 Corredor do Bloco F



Comprimento c m 106

Largura l m 2,95











Figura 30 - Foto do corredor do Bloco F.

56

Figura 31 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco F.

57





Fluxo luminoso da lâmpada 1150 lm






Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 394 lux, 332 lux, 372 lux, 324, lux, 305 lux e

115 lux embaixo das luminárias F1 – 07, F01 – 08, F1 – 14, F1 – 15, F1 – 19 e F1 – 21.


F1 – 06 e F1 – 07, F1 – 07 e F1 – 08, F1 – 14 e F1 – 15, F1 – 20 e F1 – 21.

Medição realizada entre 18h e 13min e 18h 20min do dia 29/09/2015.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 420 lux, 385 lux, 355 lux, 320 lux, 326 lux e

350 lux embaixo das luminárias F1 – 04, F01 – 06, F1 – 07, F1 – 14, F1 – 15 e F1 – 16.

Entre as luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 44 lux, 36 lux e 40 lux entre as luminárias F1 –

06 e F1 – 07, F1 – 14 e F1 – 15, F1 – 15 e F1 – 16.



Tipo de lâmpada _ LED - Tubular I – 18W

Tipo de luminária TBS020 – RA – 32W







58



É possível verificar que a iluminância medida embaixo das luminárias é muito superior ao mínimo

de 100 lux exigido pela norma para áreas de circulação. Por outro lado, a iluminância medida entre as

luminárias encontra-se abaixo desse mínimo de 100 lux. Isso ocorre porque não foram obedecidos os

critérios de espaçamento entre as luminárias e dessa forma, áreas sombreadas foram criadas. Com isso

constata-se que a instalação atual é ineficiente para qualquer tipo de lâmpada a ser colocada com a atual

configuração das luminárias. A fim de que os espaçamentos entre as luminárias obedeçam às

recomendações técnicas e com isso seja proporcionada uma iluminação homogênea em todo o corredor

é necessário colocar mais luminárias na instalação conforme indica a tabela do projeto luminotécnico

utilizando lâmpadas LED.

5.5 BLOCO G

5.5.1 Hall do Bloco G

Figura 32 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco G mostrando a instalação atual das luminárias.

59



Comprimento c m 4,5

Largura l m 6,91





















Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância de 240 lux embaixo da luminária G01 – 01.

Medição realizada entre 18h e 31min do dia 29/09/2015.

Embaixo das luminárias: foi verificada a iluminância de 62 lux embaixo da luminária G01 – 01.

Entre as luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 44 lux, 36 lux e 40 lux entre as luminárias F1 –

06 e F1 – 07, F1 – 14 e F1 – 15, F1 – 15 e F1 – 16.

60



Tipo de lâmpada _ LED - Tubular I – 18 W










Durante o dia, a luz solar proporciona bastante iluminação ao corredor do bloco G e por isso as

medições realizadas no horário próximo ao meio dia mostram índices de iluminância superiores ao

exigido pela norma. Entretanto, é possível observar que, no horário em que a única fonte de luz é a

proveniente das instalações atuais, o nível de iluminância está abaixo dos 100 lux exigidos para áreas de

circulação. Por isso é necessária a troca das luminárias instaladas atualmente de acordo com a tabela do

projeto luminotécnico com lâmpadas LED.

Figura 33 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar do Bloco G.

61

5.5.2 Corredor do Bloco G

Figura 34 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco G.



Comprimento c m 106

Largura l m 2,96













Tipo de lâmpada _ Fluorescente – 16W


Fluxo luminoso da lâmpada 1150 lm




62

Figura 35 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco G mostrando a instalação atual das luminárias.

63



Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 143 lux, 123 lux, 147 lux, 126 lux, 123 lux,

103 lux, 123 lux, 109 lux, 129 lux embaixo das luminárias G1 – 03, G01 – 04, G1 – 07, G1 – 08, G1 – 10, G1

– 11, G1 – 13, G1 – 14, G1 – 15.

Entre as luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 24 lux, 28 lux, 27 e 20 lux entre as luminárias G1

– 07 e G1 – 08, G1 – 10 e G1 – 11, G1 – 13 e G1 – 14, G1 – 14 e G1 – 15.

5.5.2.4 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED

Para o cálculo do projeto utilizando lâmpadas LED, foi considerada a luminária TBS027 da Philips

(luminária similar a luminária existente no local) e a lâmpada Leddy Tubular I – 9W.


Tipo de lâmpada _ LED – Leddy Tubular I – 18W










É possível verificar que a instalação atual é ineficiente para qualquer tipo de lâmpada a ser

colocada com a atual configuração das luminárias, portanto não é possível implementar o projeto de

troca de lâmpadas fluorescentes por lâmpadas LED com o atual instalação. Mais uma vez pode-se

observar que não foram obedecidos os critérios de espaçamento entre as luminárias e dessa forma,

áreas sombreadas foram criadas. A fim de que esses espaçamentos obedeçam às recomendações

técnicas e com isso seja proporcionada uma iluminação homogênea em todo o corredor é necessário

colocar mais luminárias na instalação conforme indica a tabela do projeto luminotécnico utilizando

lâmpadas LED. A figura que ilustra a distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no

corredor do Bloco G encontra-se no anexo A.

64

5.6 BLOCO H

5.6.1 Hall do Bloco H

Figura 36 - Planta baixa do Hall do primeiro andar do Bloco H mostrando a instalação atual das luminárias.



Comprimento c m 6,4

Largura l m 5,5


Altura do plano de trabalho h_pl.tr. m 0,75

Altura do pendente da luminária h_pend m 0








65



Tipo de lâmpada _ Fluorescente – 16W

Tipo de luminária -

Fluxo luminoso da lâmpada lm



Quantidade de luminárias Ni -



Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 130 lux e 75 lux embaixo das luminárias H1

– 01 e H1 – 03.


Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 36 lux e 48 lux embaixo das luminárias H1 –

01 e H1 – 03.

Entre as luminárias: no hall, há quatro lâmpadas cuja disposição no teto forma um retângulo cujas

extremidades são as lâmpadas, conforme mostrado no mapa das luminárias, a iluminância no centro

desse retângulo é de 44 lux.



Tipo de lâmpada _ LED – Leddy Tubular I – 9W








66

Figura 37 - Distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no Hall do primeiro andar do Bloco H.



Não é necessária a instalação de mais pontos de luz, entretanto não há luminárias instaladas neste

recinto. Devem ser instalada ao menos 4 luminárias TBS027 – 16W com duas lâmpadas.

5.6.2 Corredor do Bloco H

Figura 38 - Fotos do corredor do 1º andar do Bloco H.

67

5.6.2.1 Descrição do Recinto.



Largura l m 2,97

Área A=c*l m² 255,123

Altura do plano de trabalho h_pl.tr. m 0

Altura do pendente da luminária h_pend m 0

Pé-direito H m 2,4









Tipo de lâmpada _ Fluorescente 32W










68

Figura 39 - Planta baixa do Corredor do primeiro andar do Bloco H mostrando a instalação atual das luminárias.

69




209 lux, 229 lux, 114 lux, 169 lux e 152 lux embaixo das luminárias H1 – 05, H1 – 07, H1 – 08, H1 – 09, H1

– 10, H1 – 13, H1 – 14, H1 – 15, H1 – 16, H1 – 19, H1 – 20, H1 – 21, H1 – 22. Entre as luminárias: foram

verificadas as iluminâncias de 41 lux, 55 lux, 68 lux, 82 lux, 82 lux, 45 lux e 60 lux entre as luminárias H1 –

07 e H1 – 08, H1 – 08 e H1 – 09, H1 – 09 e H1 – 10, H1 – 13 e H1 – 14, H1 – 14 e H1 – 15, H1 – 15 e H1 –

16, H1 – 19 e H1 – 20, H1 – 20 e H1 – 21 , H1 – 21 e H1 – 22.



219 lux, 233 lux, 114 lux, 175 lux e 162 lux embaixo das luminárias H1 – 05, H1 – 07, H1 – 08, H1 – 09, H1

– 10, H1 – 13, H1 – 14, H1 – 15, H1 – 16, H1 – 19, H1 – 20, H1 – 21, H1 – 22. Entre as luminárias: foram

verificadas as iluminâncias de 37 lux, 58 lux, 68 lux, 86 lux, 91 lux, 53 lux e 60 lux entre as luminárias H1 –

07 e H1 – 08, H1 – 08 e H1 – 09, H1 – 09 e H1 – 10, H1 – 13 e H1 – 14, H1 – 14 e H1 – 15, H1 – 15 e H1 –

16, H1 – 19 e H1 – 20, H1 – 20 e H1 – 21 , H1 – 21 e H1 – 22.



Tipo de lâmpada _ LED - Tubular I – 18W








5.6.3 Análise da necessidade de incremento do número de pontos de luz para a implementação do


A atual instalação é insuficiente para a implementação do projeto de troca de lâmpadas

fluorescentes por lâmpadas LED. Contudo, é possível aproveitar as 18 luminárias TBS020 – 32W com

espaço para uma lâmpada, e outras cinco luminárias desse mesmo modelo devem ser inseridas na

instalação conforme indica a tabela do projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED. A figura que

ilustra a distribuição das luminárias para a implementação do projeto LED no corredor do Bloco H

encontra-se no anexo A.

70

6 Salão Principal da Biblioteca Central

O Salão principal da Biblioteca Central é um ambiente que possui aproximadamente 830 metros

de área e 135 metros de perímetro. Ele é composto primordialmente por dois ambientes, o espaço em

das mesas de estudo e atividades administrativas e o espaço das estantes. Uma vez que o nível de

iluminação exigido pela NBR para os dois ambientes é diferente, optou-se por realizar um projeto para

cada um desses dois espaços da Biblioteca.

Os usuários dos dois ambientes foram caracterizados seguindo os critérios expostos na tabela 7:

Características da Tarefa e do observador Peso

Idade 1

Velocidade e precisão -1

Refletância do fundo da tarefa 0

Soma 0

6.1 Salão da Biblioteca - ambiente com mesas de estudo e atividades administrativas

Figura 40 - Foto do ambiente com mesas de estudos.

71

6.1.1 Características da Iluminação desejada

Como a soma das características da tarefa e do observador foi zero, adota-se o valor da coluna

do meio correspondente a Sala de Leitura na tabela 9.





6.1.2 Descrição do recinto.



Largura l m 6,62









Coeficiente de reflexão/parede rho2 _ 0%


6.1.3 Instalações Atuais.




Tipo de luminária 2 TBS027 –16W





Quantidade de lâmpadas de 32W n1 304




72

6.1.4 Medição digital realizada através do aparelho Luxímetro

Medição realizada entre às 14h30 e 15h40 do dia 14/01/2016.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 388 lux, 735 lux, 700 lux e 814 lux embaixo

das luminárias BIB-239, BIB-294, BIB-338 e BIB-375.

6.1.5 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED.


Tipo de lâmpada _ LED16T81865AH –T8 – 16W








6.2 Salão da Biblioteca - ambiente com estantes

Figura 41 - Foto do ambiente com estantes.

73

6.2.1 Características da Iluminação desejada





6.2.2 Descrição do recinto.



Largura l m 7,75











6.2.3 Instalações Atuais.




Tipo de luminária 2 TBS027 –16W









74

6.2.4 Medição digital realizada através do aparelho Luxímetro

Medição realizada entre às 14h30 e 15h40 do dia 14/01/2016.

Embaixo das luminárias: foram verificadas as iluminâncias de 356 lux, 215 lux, 287 lux e 251 lux embaixo

das luminárias BIB-249, BIB-300, BIB-360 e BIB-376.

6.2.5 Projeto luminotécnico utilizando lâmpadas LED.


Tipo de lâmpada _ LED16T81865AH –T8 – 16W








6.3 Análise da necessidade de incremento do número de pontos de luz para a

implementação do projeto com lâmpadas de LED no salão da Biblioteca.

Ao todo, nos dois ambientes do salão da Biblioteca, estão instaladas 152 luminárias

TBS027-RA – 32W. O projeto com lâmpadas LED computa a necessidade de 94 luminárias para o

ambiente das mesas de estudo e 65 luminárias para o ambiente das estantes, perfazendo um

total de 157 luminárias TBS027-RA – 32W. Isto é, as 152 luminárias já instaladas no local podem

ser aproveitadas, sendo necessário adquirir mais cinco luminárias. Entretanto, a distribuição das

luminárias no teto atual não segue as recomendações de espaçamento. Devido ao fato do pé

direito ser bastante grande, uma sugestão é realizar a troca das luminárias por luminárias

pendentes, pois tais luminárias reduziram a distância dos pontos de luz ao plano de trabalho.

75

7 Automatização do sistema de iluminação em resposta à iluminação natural e

sugestões para outros trabalhos.

É possível observar pelas medidas de iluminação feitas na Biblioteca e mostradas na seção

11.1.4, os elevados níveis de iluminação. Tais níveis são consequência da combinação da

iluminação artificial proveniente das lâmpadas instaladas e da iluminação natural que entra

através dos vidros das enormes esquadrias de alumínio mostradas nas figuras 40 e 41. Devido

ao movimento de rotação da terra, existe uma variação ao longo do dia do ângulo de incidência

da luz solar sobre as construções. A figura 42 mostra as diferentes posições do Sol em relação

ao Centro de Tecnologia durante o solstício de verão.

Figura 42 - Durante o solstício de verão a maior incidência de luz natural ocorre na parte da manhã das 7h às 11h.

Essa variação no ângulo de incidência da luz solar faz com que a Biblioteca receba

diferentes valores de fluxo luminoso de acordo com o horário do dia e a época do ano conforme

exemplificado nos esquemas das figuras 46 e 47. A partir dessa constatação pode-se chegar à

conclusão de que, durante os períodos em que a Biblioteca é iluminada com os raios solares,

uma menor quantidade de iluminação artificial é necessária. A implantação de um sistema de

Biblioteca

76

controle da iluminação que atue regulando a quantidade de luz artificial pode gerar uma grande

economia.

Figura 43 - Representação do Salão da Biblioteca durante o solstício de verão na parte da manhã quando há uma grande incidência de luz solar.

Figura 44 - Representação do Salão da Biblioteca durante o solstício de verão na parte da tarde.

Os sistemas de controle da iluminação artificial em resposta à luz natural são sistemas que

aumentam ou diminuem o fluxo luminoso fornecido pelas fontes artificiais conforme a

disponibilidade de iluminação natural no ambiente. Trata-se de um sistema de iluminação

inteligente, pois ele precisa fazer com que o nível de iluminância no ambiente seja constante e

homogêneo em toda a superfície de trabalho, de forma a proporcionar as condições de conforto

ambiental estipulado pela norma.

A automatização dos sistemas de iluminação conta com o emprego de controladores

programáveis e sensores. O controlador recebe o sinal do sensor e envia o comando que regula

77

o fluxo luminoso para o sistema de iluminação. Os sensores podem ser fotos sensores,

temporizadores, sensores de presença, entre outros.

O foto sensor ou sensor fotoelétrico é um componente eletrônico que transforma a energia

proveniente da luz em uma variação de corrente ou resistência. As fotocélulas são sensores que

convertem luz em energia elétrica. O LDR(do inglês Light Dependent Resistor), em português

Resistor Dependente de Luz é um elemento passivo cuja resistência varia de acordo com a

quantidade de luz incidente sobre ele. O LDR é construído a partir de material semicondutor

com elevada resistência elétrica.

Figura 45 - Sensor LDR – Fonte: eletrodex.com.br

A natureza ondulatória da luz visível permite que ela seja descrita por seu comprimento de

onda e por sua frequência, conforme a equação 23:

𝜂𝜆 = 𝑐

(23)

Quando a frequência da luz que incidente sobre o material semicondutor do LDR é grande o

bastante, os fótons que incidem sobre o semicondutor libertam elétrons para a banda

condutora, melhorando a sua condutividade e, por conseguinte diminuindo a sua resistência. O

uso de foto sensores é essencial para o bom funcionamento de um sistema de controle da

iluminação artificial em resposta à luz natural.

Uma sugestão para os trabalhos vindouros é o estudo para a implantação de um sistema de

iluminação inteligente para a Biblioteca Central do CT.

78

8 Conclusão

Este trabalho apresentou o levantamento das características físicas e da infraestrutura

das instalações luminotécnicas atuais dos corredores do primeiro andar dos Blocos C, D, E, F, G

e H e do Salão da Bilbioteca do CT. Foi possível observar visualmente que há uma distribuição

ruim das luminárias criando regiões de sombreamento entre as luminárias. Por meio das

medições realizadas com o aparelho luxímetro foi possível quantificar a diferença do fluxo

luminoso entre as regiões mais iluminadas e as regiões sombreadas. Verificou-se que as regiões

de sombreamento podem ser evitadas respeitando-se as indicações mostradas na metodologia

de desenvolvimento de um projeto luminotécnico.

Os parâmetros calculados para a instalação das lâmpadas LED mostrou que há a

necessidade de mudar a configuração das luminárias atualmente instaladas em muitas das áreas

estudadas e de adquirir novas luminárias. O estudo mostrou também que é possível aproveitar

grande parte das luminárias existentes nas instalações, o que proporciona uma menor demanda

de investimento para a efetivação do projeto, além de gerar menos resíduos a serem

descartados.

Para os trabalhos futuros fica a indicação do estudo da viabilidade da implantação de um

sistema de iluminação inteligente para a Biblioteca Central do CT a fim de maximizar as

economias em energia elétrica através do aproveitamento da luz natural.

79

9 Bibliografia

[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5413. Iluminância de interiores. Rio de Janeiro: ABNT, 1992. 13 p.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5461. Iluminação: Terminologia. Rio de Janeiro: ABNT, 1991. 68 p.

[3] BIANCO, P. 2011. LEDs for General Lighting: What They Offer and Their Design in Retrofit Lamps. Tutorial 4670: Copyright © by Maxim Integrated Products, 5p. Disponível em: <http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN4670.pdf> - Acessado em 15/03/2016.

[4] BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos, 8. ed. Prentice Hall do Brasil, 2004. 672 p.

[5] COSTA, G. J. C. Iluminação Econômica: Cálculo e Avaliação. 3. ed. Rio Grande do Sul: EDPUCRS, 2005. 576 p.

[6] CREDER, H. Instalações Elétricas. 15ª ed. Rio de Janeiro: Livro Técnico Científico Editora S.A, 2007. 443p.

[7] EPE – Empresa de Pesquisa Energética. “Balanço Energético Nacional 2015 – ano base 2014: Relatório Síntese”. Rio de Janeiro: EPE, 2015. 62p. Disponível em: <https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Relat%C3%B3rio%20Final_2015_

Web.pdf> - Acessado em 15/02/2016.

[8] HALLIDAY, D. ; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. 8. ed. v. III. Rio de Janeiro: LTC, 2011.

[9] HALLIDAY, D. ; RESNICK, R.; WALKER, J. Fundamentos de Física. 8. ed. v. IV. Rio de Janeiro: LTC, 2011.

[10] IIDA, I. ERGONOMIA Projeto e Produção, São Paulo-SP: Editora Edgard Blucher, 1990, 465 p.

[11] KHANNA, V. K. Fundamentals of solid-state lighting : LEDs, OLEDs, and their applications in illumination and displays. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group, 2014, 563 p.

[12] LEDDY, Catálogo de Produtos. Disponível em: <http://leddy.com.br/leddy/> - Acessado em: 15/05/2015.

[13] MOREIRA, V. A. Iluminação Elétrica. 1. ed. São Paulo-SP: Editora Edgard Blucher, 1999, 212p.

[14] OSRAM. Manual Luminotécnico Prático. Disponível em: <http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/ManualOsram.pdf>. Acessado em: 30/03/2016.

http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN4670.pdf

80

[15] RIO DE JANEIRO (Estado) Decreto N.º 43.903, de 24 de outubro de 2012. Institui Fundo

Verde de Desenvolvimeto e Energia para a Cidade Universitária da Universidade Federal

do Rio de Janeiro, institui seu conselho e dá outras providências. Disponível em:

<http://www.fazenda.rj.gov.br/sefaz/faces/oracle/webcenter/portalapp/pages/navigati

on-

renderer.jspx?_afrLoop=275933686027000&datasource=UCMServer%23dDocName%3A

3514001&_afrWindowMode=0&_adf.ctrl-state=6fxwrnjtg_4> - Acessado em

08/02/2016.

[16] TOLEDO, B. G. Integração de iluminação natural e artificial: métodos e guia prático para projeto luminotécnico. 2008. 171f. Dissertação (Mestrado) – Universidade de Brasília, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Brasília. 2008.

[17] YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física III: Eletromagnetismo. 12. ed. São Paulo: Addison Wesley, 2009. 428 p.

[18] YOUNG, H.D., FREEDMAN, R.A., Física IV: Ótica e Física Moderna, 12. ed. São Paulo: Addison Wesley, 2009. 440 p.

81

10 Anexo A – Mapas das Luminárias para implementação do projeto LED

Figura 46 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco C

82

Figura 47 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco D

83

Figura 48 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco E

84

Figura 49 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco F.

85

Figura 50 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco G.

86

Figura 51 - Mapa das Luminárias para implementação do projeto LED no Bloco H.

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