relatório levantamento e projeto luminotécnico do lfpm - mli e mkc
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FUNDAÇÃO CERTI
CENTRO DE METROLOGIA E INSTRUMENTAÇÃO
LEVANTAMENTO E PROJETO LUMINOTÉCNICO
LABORATÓRIO DE FORÇA, PRESSÃO E MASSA (LFPM)
Maycon Luiz da Silva - MLI
Matheus Kraemer Bastos do Canto - MKC
Florianópolis, 09 de agosto de 2011.
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ÍNDICE
1 OBJETIVO ........................................................................................................................ 4
2 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 5
3 CARACTERÍSTICAS DO LOCAL ......................................................................................... 6
3.1 Dimensões físicas ....................................................................................................... 6
3.2 Layout ....................................................................................................................... 6
3.3 Cores do local ........................................................................................................... 7
3.4 Características do fornecimento de energia elétrica ..................................................... 7
3.5 Definição da iluminância adequada ........................................................................... 8
4 LEVANTAMENTO LUMINOTÉCNICO .............................................................................. 10
4.1 Tipo de lâmpadas, luminárias e reatores utilizados ................................................... 10
4.2 Distribuição das luminárias ...................................................................................... 11
4.3 Determinação do Índice do Local (RCR) .................................................................... 12
4.4 Determinação do Fator de Utilização (Fu) ................................................................. 12
4.5 Determinação do Fator de Depreciação (Fd) ............................................................. 13
4.6 Determinação do Fluxo Luminoso dos Ambientes (ΦT) .............................................. 13
4.7 Determinação do Fluxo Luminoso por Luminária (ΦL) ............................................... 13
4.8 Determinação do Número de Luminárias por Ambiente (N) ...................................... 14
4.9 Verificação da Iluminância média (Em) ..................................................................... 14
4.10 Avaliação do sistema de iluminação atual .............................................................. 15
5 PROJETO LUMINOTÉCNICO .......................................................................................... 16
5.1 Tipo de lâmpadas, luminárias e reatores .................................................................. 16
5.2 Determinação do Fator de Utilização (Fu) ................................................................. 17
5.3 Determinação do Fator de Depreciação (Fd) ............................................................. 17
5.4 Determinação do Fluxo Luminoso dos Ambientes (ΦT) .............................................. 18
5.5 Determinação do Fluxo Luminoso por Luminária (ΦL) ............................................... 18
5.6 Determinação do Número de Luminárias por Ambiente (N) ...................................... 18
5.7 Verificação da Iluminância média (Em) ..................................................................... 19
5.8 Distribuição das luminárias ...................................................................................... 19
5.9 Avaliação do sistema de iluminação projetado ......................................................... 20
6 RENTABILIDADE PROPORCIONADA PELO PROJETO ....................................................... 22
6.1 Potência total instalada ............................................................................................ 22
6.2 Características de uso .............................................................................................. 22
6.3 Custos dos equipamentos e serviços envolvidos ........................................................ 23
6.4 Custos dos investimentos .......................................................................................... 23
6.5 Custos operacionais ................................................................................................. 24
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6.6 Avaliação de rentabilidade ....................................................................................... 25
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................... 27
REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 28
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1 OBJETIVO
Avaliar se a iluminância do sistema de iluminação implantado atualmente no
Laboratório de Força, Pressão e Massa da Fundação CERTI atende à ABNT NBR 5413:1992 e
projetar uma possível alteração no sistema de iluminação, visando uma maior eficiência
energética das instalações, atendendo à norma de iluminância de interiores vigente no Brasil
e à qualidade desejada do sistema.
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2 INTRODUÇÃO
A iluminação é uma necessidade do homem que deve satisfazer às condições
específicas de cada atividade executada por ele. Para estudar a aplicação correta da
iluminação artificial em qualquer ambiente existe a luminotécnica, uma das áreas tratadas no
curso de Eletrotécnica.
Um projeto de iluminação deve levar em conta a quantidade e a qualidade da luz,
buscando um conforto luminoso para as pessoas que utilizam o ambiente. A quantidade de
luz adequada para cada ambiente, considerando a atividade ali desenvolvida, é estabelecida
no Brasil pela norma NBR 5413, publicada em 1992 pela Associação Brasileira de Normas
Técnicas. Já os aspectos qualitativos referem-se basicamente a temperatura de cor, que varia
de acordo com a tonalidade da luz emitida, comparada a cor de um metal aquecido a esta
temperatura, e o índice de reprodução de cor (IRC), que compara a reprodução de cor da
iluminação artificial com a reprodução de cor solar, igual a 100%.
Além disso, é muito importante que o sistema de iluminação tenha alta eficiência
energética, ou seja, um bom aproveitamento da energia elétrica para a emissão de luz.
Quanto maior for a eficiência energética do sistema, mais econômico ele será.
Este relatório avaliará, num primeiro momento, os aspectos quantitativos e qualitativos
do atual sistema de iluminação implantado no Laboratório de Força, Pressão e Massa (LFPM),
localizado no Centro de Metrologia e Instrumentação da Fundação CERTI.
Em seguida será apresentado um projeto de substituição do sistema de iluminação,
visando uma maior eficiência energética das instalações, o atendimento à NBR 5413 e a
compatibilidade dos aspectos qualitativos com as atividades desenvolvidas no local.
O levantamento e o projeto luminotécnico serão baseados no Método dos Lúmens,
que consiste em um processo de cálculo disposto em etapas, buscando a obtenção de todos
os dados necessários para o correto dimensionamento do nível de iluminação de um local.
Por último, serão avaliados os custos de implantação e manutenção do atual sistema
de iluminação e do projetado, verificando a rentabilidade proporcionada pelo projeto.
Este relatório também busca complementar as atividades desenvolvidas ao longo do
estágio curricular obrigatório, relacionando-o diretamente a alguns dos conhecimentos
adquiridos no Curso Técnico de Eletrotécnica Integrado ao Ensino Médio.
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3 CARACTERÍSTICAS DO LOCAL
A elaboração de um levantamento ou projeto luminotécnico exige inicialmente o
levantamento de alguns dados, como as dimensões físicas do local, seu layout, suas cores e
as características da rede elétrica. Além disso, é extremamente necessário definir qual a
iluminância adequada para as atividades desenvolvidas no local, baseando-se na ABNT NBR
5413 – Iluminância de interiores.
3.1 Dimensões físicas
As dimensões físicas totais do LFPM são: 8,78 m de comprimento por 5,42 m de
largura. O laboratório é particionado, através de divisórias, em duas salas, intituladas área
MASSA e áreas FORÇA e PRESSÃO.
Para fins de cálculo, o LFPM foi dividido em três diferentes áreas, com as seguintes
dimensões:
Área MASSA: 3,56 m de comprimento por 3,46 m de largura. O pé direito é igual a
2,90 m e a altura mínima do plano de trabalho nesta área é de 0,70 m.
Áreas FORÇA e PRESSÃO: 5,18 m de comprimento por 5,42 m de largura. O pé
direito é igual a 3,25 m e a altura mínima do plano de trabalho nestas áreas é de
0,76 m.
Hall de Entrada: 3,58 m de comprimento por 1,80 m de largura. O pé direito é igual
a 2,90 m. Os colaboradores do LFPM não costumam permanecer durante muito
tempo nesta área. Nela existe apenas um armário onde ficam guardados alguns
instrumentos utilizados no laboratório. Para fins de cálculo, foi considerada a altura
do plano de trabalho igual a 0,80 m.
3.2 Layout
A Figura 1 apresenta o layout do LFPM e as divisões feitas em sua área total para a
realização dos cálculos.
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Figura 1 - Layout do LFPM – sem escala
A área MASSA é representada na figura 1 pela área A1, as áreas FORÇA e PRESSÃO
são representadas pela área A2 e o Hall de Entrada é representado pela área A3.
3.3 Cores do local
A pintura das paredes do LFPM é de cor branca, o teto do laboratório também é
branco e o piso é de cor bege clara.
3.4 Características do fornecimento de energia elétrica
Os circuitos do laboratório possuem tensão estável de 220 V. A Fundação CERTI é
alimentada por um transformador trifásico de tensão nominal 15 kV.
A energia elétrica consumida pela Fundação CERTI é paga pela Universidade Federal
de Santa Catarina (UFSC), conforme um acordo entre as duas partes e burocracias desde a
sua criação. A CERTI tem o seu consumo de energia elétrica incluído na conta da área
principal da universidade, ocupada também por outros prédios, como o prédio da Reitoria e
o Centro de Eventos.
Sua tarifação é de acordo com a tarifação Horo-Sazonal Verde Trifásica da
concessionária CELESC. O valor pago por cada kWh consumido é de R$ 1,492063 nos
horários de ponta e de R$ 0,254606 fora da ponta, conforme tarifa vigente em 03 de agosto
de 2011.
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3.5 Definição da iluminância adequada
A iluminância, segundo a NBR 5413, é o “limite da razão do fluxo luminoso recebido
pela superfície em torno de um ponto considerado, para a área da superfície quando esta
tende para o zero”, ou seja, iluminância é a quantidade de luz que incide sobre um plano de
trabalho situado a uma certa distância desta fonte.
A NBR 5413 apresenta três diferentes valores de iluminância para um local, de acordo
com a atividade desenvolvida nele. Laboratórios de metrologia não são especificados na
norma, mas esta apresenta os mesmos valores de iluminância para laboratórios químicos, de
escolas, de análises e industriais, que serão os utilizados nos cálculos seguintes. Os valores
mínimo, médio e máximo de iluminância para laboratórios são, respectivamente, 300, 500 e
750 lux.
É recomendável que a escolha entre os três valores de iluminância normatizados para
o ambiente seja de acordo com os procedimentos descritos no item 5.2 da NBR 5413. Este
item apresenta a seguinte tabela dos fatores determinantes da iluminância adequada:
Tabela 1 - Fatores determinantes da iluminância adequada. Fonte: ABNT NBR 5413:1992
Características da tarefa e do observador
Peso
-1 0 +1
Idade Inferior a 40 anos 40 a 55 anos Superior a 55 anos
Velocidade e precisão Sem importância Importante Crítica
Refletância do fundo da tarefa
Superior a 70% 30 a 70% Inferior a 30%
Após analisar os três fatores, determinando o peso correspondente a cada um deles,
deve-se somar algebricamente os três pesos obtidos. Se o somatório for igual a –2 ou –3,
utiliza-se a iluminância inferior do grupo. Se a soma for +2 ou +3, utiliza-se a iluminância
superior. Caso o somatório fique entre -1 e +1, a iluminância utilizada será a iluminância
média tabelada.
Para a área MASSA e as áreas FORÇA e PRESSÃO, a iluminância conveniente é de
500 lux. Levou-se em conta que a idade das pessoas que realizam o trabalho é de até 55
anos (peso 0), a velocidade e precisão das tarefas é crítica (peso +1) e a refletância do fundo
de tarefa para uma superfície clara é de cerca de 50% (peso 0). A somatória dos pesos é
igual a +1, ou seja, segundo o procedimento descrito na NBR 5413 é adequada a
iluminância média.
Já o Hall de Entrada será considerado como local de armazenamento de volumes
muito pequenos. Segundo o item 5.3.57 da NBR 5413, os valores mínimo, médio e máximo
de iluminância para estes ambientes são, respectivamente, 200, 300 e 500 lux. A partir da
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avaliação do local seguindo a tabela 1, conclui-se que a iluminância conveniente é de 300
lux. Diferente das demais áreas, a velocidade e precisão das tarefas não é importante (peso -
1), mas os pesos para a idade das pessoas que utilizam o local (peso 0) e para a refletância
do fundo permanecem os mesmos (peso 0). A somatória dos pesos é igual a -1, valor que
também se inclui na iluminância adequada média.
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4 LEVANTAMENTO LUMINOTÉCNICO
O levantamento do nível de iluminância de um local pode ser realizado através de
diversos métodos. O método prático mais utilizado é a verificação da iluminância de cada
metro quadrado do ambiente com o uso de um luxímetro (instrumento constituído por uma
célula fotoelétrica e um mili-amperímetro), fazendo uma média aritmética das medições
obtidas. Outro método existente é o cálculo aproximado através da potência total de
iluminação instalada no ambiente e o perímetro do mesmo.
Neste relatório, o levantamento do sistema de iluminação instalado foi feito com base
no Método dos Lúmens ou Método do Fluxo Luminoso, geralmente utilizado no projeto de um
sistema de iluminação. Este método pode ser utilizado em um levantamento luminotécnico
desde que se conheçam as características das lâmpadas, luminárias e reatores instalados. A
partir destas características e das características do local são calculados os fatores que
influenciam na iluminação do ambiente.
4.1 Tipo de lâmpadas, luminárias e reatores utilizados
As luminárias são equipamentos que alojam as lâmpadas e modificam a distribuição
espacial da luz. Atualmente estão instaladas luminárias genéricas de sobrepor para
iluminação direta, com refletor de chapa de aço pintada na cor branca, para lâmpadas
fluorescentes tipo T8 ou T10 e com receptáculo G13. Para fim de cálculos, serão utilizados os
dados da luminária modelo LIP, da marca LUMICENTER.
As lâmpadas, principais equipamentos de um sistema de iluminação, transformam a
energia elétrica em energia luminosa. Atualmente são utilizadas lâmpadas fluorescentes
tubulares da marca OSRAM, modelo T10 L40 W LDE. As características deste modelo de
lâmpada são as seguintes:
• Potência: 40 W
• Fluxo Luminoso: 2700 lm
• Temperatura de Cor: 5250 K
• Índice de Reprodução (IRC): 70-79
• Diâmetro: 33 mm
• Comprimento: 1200 mm
• Receptáculo: G13
• Vida útil: 7.500 h
Os reatores são equipamentos auxiliares para lâmpadas fluorescentes que tem a
função de proporcionar uma sobretensão no momento de partida da lâmpada e de
estabilizar a corrente durante o período em que ela permanecer em funcionamento. Hoje são
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utilizados no LFPM reatores eletrônicos da marca INTRAL, modelo POUP-AFP 2x40/220/50-
60. Cada reator atende a duas lâmpadas fluorescentes tubulares de 40 W. As características
deste modelo de reator são as seguintes:
• Tensão nominal: 220 V
• Consumo do conjunto: 71 W
• Fator de potência: 0,97 capacitivo
• Fator de fluxo luminoso: 0,9
• Fator de eficácia: 1,27
• Distorção harmônica: ≤ 20%
• Frequência de operação: 50/60Hz
• Corrente de entrada: 0,34 A
4.2 Distribuição das luminárias
Atualmente as luminárias do LFPM estão distribuídas da seguinte forma:
• Área MASSA: quatro luminárias com quatro lâmpadas e dois reatores cada.
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: quatro luminárias com quatro lâmpadas e dois reatores
cada.
• Hall de entrada: duas luminárias com duas lâmpadas e um reator cada.
A localização destas luminárias pode ser visualizada na Figura 2:
Figura 2 - Distribuição das luminárias – sem escala
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Logo, existem instaladas no LFPM dez luminárias, 36 lâmpadas fluorescentes tubulares
e 18 reatores duplos.
4.3 Determinação do Índice do Local (RCR)
O Índice do Local ou do Recinto é a relação entre as dimensões do local, ou seja, a
altura da luminária em relação ao plano de trabalho. Este índice é utilizado para a
determinação do fator de utilização das luminárias, que será calculado no item 4.4. Alguns
fabricantes utilizam em seus catálogos o índice do local RCR, enquanto outros utilizam o
índice do local K. Como as luminárias da marca LUMICENTER baseiam-se no RCR para a
determinação do fator de utilização, este será calculado a partir da seguinte fórmula
matemática:
Obs.: O h utilizado para o cálculo é a altura do plano de trabalho até a luminária, ou
seja, o pé direito menos a altura do plano de trabalho e a altura da luminária (considerada
igual a 10 cm). O L é a largura do local e o C é o comprimento do local.
Para a área MASSA, o RCR calculado é de 5,98.
Nas áreas FORÇA e PRESSÃO, o RCR calculado é de 4,51.
Já no Hall de Entrada, o RCR é igual a 8,35.
4.4 Determinação do Fator de Utilização (Fu)
O Fator de Utilização (Fu) indica a eficiência luminosa do conjunto lâmpada +
luminária + local. Ele é utilizado para avaliar o fluxo luminoso final que irá incidir sobre o
plano de trabalho, considerando as perdas devido às características construtivas da
luminária.
Este fator é tabelado de acordo com cada modelo de luminária e depende do índice
do local e das refletâncias do teto, parede e piso. As refletâncias das três áreas, de acordo
com as cores, são as seguintes:
• Refletância do teto: Cor branca → 70%
• Refletância da parede: Cor branca → 50%
• Refletância do piso: 20%
De acordo com a tabela de fatores de utilização da luminária modelo LIP, instalada
atualmente, o fator de utilização de cada uma das áreas é:
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• Área MASSA: 0,42
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 0,51
• Hall de Entrada: 0,33
4.5 Determinação do Fator de Depreciação (Fd)
O Fator de Depreciação (Fd) considera todos os danos e deteriorações que podem vir
a ocorrer com a lâmpada, como o desgaste da camada de fósforo que a reveste e o acúmulo
de poeira sobre ela. Tais danos podem provocar uma redução no nível de iluminância da
lâmpada. Este fator eleva o número de luminárias previstas, evitando que o desgaste das
lâmpadas faça com que a iluminância fique abaixo do valor recomendado.
Considerando o fato da limpeza do laboratório ser feita com frequência e a
manutenção não tardar em resolver problemas como troca de reatores e lâmpadas, pode-se
adotar o valor de Fd igual a 0,8.
4.6 Determinação do Fluxo Luminoso dos Ambientes (ΦT)
Fluxo Luminoso (Φ) é a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em todas
as direções, na tensão nominal de funcionamento. Este fluxo é medido em lumens (lm).
O fluxo luminoso de um ambiente é determinado a partir da iluminância
normatizada, das dimensões do ambiente, do fator de utilização e do fator de depreciação,
conforme a seguinte fórmula:
O fluxo luminoso calculado para cada um dos ambientes é de:
• Área MASSA: 18330 lm
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 34406 lm
• Hall de Entrada: 7323 lm
4.7 Determinação do Fluxo Luminoso por Luminária (ΦL)
O Fluxo Luminoso (Φ) de uma luminária é calculado através da multiplicação do
número de lâmpadas existentes em cada luminária pelo fluxo luminoso de uma lâmpada e o
fator de fluxo luminoso do reator.
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O fluxo luminoso calculado é de 4860 lm para as luminárias com duas lâmpadas e
de 9720 lm para as luminárias com quatro lâmpadas.
4.8 Determinação do Número de Luminárias por Ambiente (N)
O Número de Luminárias por Ambiente (N) é determinado a partir da divisão do fluxo
luminoso do ambiente pelo fluxo luminoso de uma luminária, conforme a seguinte fórmula:
O número total de luminárias existentes em cada uma das áreas, de acordo com a
fórmula matemática acima deveria ser:
• Área MASSA: 1,89 luminárias
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 3,54 luminárias
• Hall de Entrada: 1,51 luminárias
4.9 Verificação da Iluminância média (Em)
A iluminância média (Em) é calculada a partir dos resultados obtidos nos cálculos
anteriores. Através dela pode-se verificar se a iluminância do sistema atende à iluminância
adequada, definida em 3.5 com base na NBR 5413. A iluminância média é calculada através
da seguinte fórmula:
Obs.: O N’ utilizado neste cálculo é igual ao número de luminárias instaladas
atualmente.
Atualmente a iluminância média de cada área do LFPM é:
• Área MASSA: 1061 lux
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 565 lux
• Hall de Entrada: 398 lux
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4.10 Avaliação do sistema de iluminação atual
A partir dos resultados obtidos em 4.8 e 4.9 pode-se concluir que todas as três áreas
encontram-se em conformidade com a norma NBR 5413, excluindo a necessidade de haver
um aumento na luminosidade. Conforme desejado, a iluminância média das áreas FORÇA e
PRESSÃO encontra-se um pouco superior ao valor normatizado de 500 lux. O mesmo
acontece com o Hall de Entrada, onde o valor normatizado é de 300 lux.
Já na área MASSA fica explícito o superdimensionamento do sistema de iluminação.
Enquanto a NBR 5413 define a iluminância adequada como 500 lux, a iluminância atual é
pouco mais de duas vezes este valor. A retirada de duas luminárias da área MASSA
facilmente reduzirá os custos mensais com o consumo de energia elétrica e manutenção,
mantendo a iluminância dentro do valor determinado pela NBR 5413.
O atual sistema de iluminação é composto por lâmpadas e reatores compatíveis com
o desejado para esta aplicação. As lâmpadas possuem uma eficiência energética de 67,5
lm/W, valor obtido através da divisão do fluxo luminoso da lâmpada por sua potência
nominal. Este valor é compatível com os valores típicos de eficiência energética de uma
lâmpada fluorescente tubular comum, porém existem lâmpadas do mesmo tipo que são mais
eficientes. A vida útil destas lâmpadas, 7.500 horas, é muito boa, porém existem no mercado
lâmpadas semelhantes com maior vida útil.
Quanto aos aspectos qualitativos, a lâmpada possui uma excelente temperatura de
cor, 5250 K, valor muito próximo ao da luz solar ao meio dia, 5200 K. Esta temperatura de
cor caracteriza uma lâmpada com tonalidade fria, de luz branca, que induz seus usuários a
uma maior produtividade, o que é um objetivo da empresa. Já o índice de reprodução de cor
da lâmpada, entre 70 e 79% da reprodução de cor proporcionada pela luz natural, é
considerado bom pela norma alemã DIN 5035 e é compatível com o IRC típico das
lâmpadas fluorescentes tubulares. É possível a substituição das lâmpadas por outras com IRC
superior, porém para a atual aplicação delas o IRC entre 70 e 79 já é eficaz.
Os reatores eletrônicos duplos utilizados atualmente reduzem significativamente a
potência das lâmpadas, de duas vezes 40 W para 71 W, e possuem um alto fator de
potência, o que faz com que a potência consumida seja melhor aproveitada. Além disso,
estes reatores são mais leves do que os reatores eletromagnéticos, eliminam a perturbação
visual de objetos em movimento e não emitem ruído.
Resumindo, o atual sistema de iluminação do LFPM é compatível com os aspectos
quantitativos e qualitativos esperados dele. Apesar disso, suas lâmpadas podem ser
substituídas por outras, visando principalmente uma maior eficiência energética. No projeto
luminotécnico a seguir serão realizadas estas modificações.
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5 PROJETO LUMINOTÉCNICO
A partir das conclusões resultantes do levantamento luminotécnico verificou-se a
necessidade de projetar um novo sistema de iluminação, visando principalmente uma maior
eficiência energética das instalações, ou seja, melhor aproveitamento do fluxo luminoso das
lâmpadas. Este aumento da eficiência energética das instalações pode ser alcançado através
da substituição das lâmpadas de 40 W por outras de potência menor, mas com fluxo
luminoso semelhante ao atual (2700 lm).
Este projeto buscará também a redução no número de lâmpadas existentes na área
MASSA, mantendo sua iluminância de acordo com a NBR 5413.
Com base nas dimensões do ambiente, nas atividades nele desenvolvidas e na faixa
etária do pessoal envolvido, a projeção de um ambiente com iluminação adequada e
cômoda é descrita nas etapas abaixo.
Levando em consideração as diversas atividades envolvidas no dia-a-dia de trabalho,
foi mantida a divisão do LFPM em três áreas, exatamente igual ao Levantamento
Luminotécnico apresentado no item 4. Nos cálculos, o LFPM foi dividido em área MASSA,
áreas FORÇA e PRESSÃO e Hall de Entrada.
5.1 Tipo de lâmpadas, luminárias e reatores
Buscou-se neste projeto a não substituição do modelo de luminárias existentes, devido
ao fato das mesmas estarem adequadas para esta aplicação. Portanto permanecerão
instaladas as mesmas luminárias citadas no item 4.1, luminárias modelo LIP, do fabricante
LUMICENTER.
Para a escolha da lâmpada buscou-se uma lâmpada fluorescente tubular tipo T8 ou
T10, que mantivesse o nível de iluminância atual, com um Índice de Reprodução de Cor igual
ou superior e com temperatura de cor semelhante a da lâmpada instalada atualmente.
Contudo as principais características buscadas foram a diminuição da potência nominal de
cada lâmpada e uma vida útil superior a da lâmpada utilizada atualmente, obtendo um fluxo
luminoso semelhante.
A lâmpada que melhor atendeu às características desejadas foi a lâmpada
fluorescente tubular da marca OSRAM, modelo T8 FO32W/850. De acordo com o catálogo
da OSRAM, esta lâmpada possui as seguintes características:
• Potência: 32 W
• Fluxo Luminoso: 2600 lm
• Temperatura de Cor: 5000 K
• Índice de Reprodução (IRC): 80-89
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• Diâmetro: 26 mm
• Comprimento: 1200 mm
• Receptáculo: G13
• Vida útil: 13.000 h
Devido à diminuição da potência das lâmpadas, de 40W para 32W, houve a
necessidade de substituir os reatores por outro modelo, produzido para ser utilizado em
lâmpadas de 32W. Os reatores escolhidos foram os reatores eletrônicos da marca INTRAL,
modelo POUP-AFP 2x32/220/50-60, pertencentes a mesma linha dos reatores instalados
atualmente. Cada reator atende a duas lâmpadas fluorescentes tubulares de 32 W. As
características deste reator são as seguintes:
• Tensão nominal: 220 V
• Consumo do conjunto: 65 W
• Fator de potência: 0,97 capacitivo
• Fator de fluxo luminoso: 1
• Fator de eficácia: 1,54
• Distorção harmônica: ≤ 20%
• Frequência de operação: 50/60Hz
• Corrente de entrada: 0,32 A
5.2 Determinação do Fator de Utilização (Fu)
Os critérios para avaliação do valor do Fator de Utilização dependem da luminária
utilizada e do Índice do Local (RCR). Como as condições das luminárias e do local são as
mesmos mencionados no item 4, o fator de utilização de cada área também permanece o
mesmo calculado em 4.4:
• Área MASSA: 0,42
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 0,51
• Hall de Entrada: 0,33
5.3 Determinação do Fator de Depreciação (Fd)
Devido ao fato do laboratório possuir uma excelente manutenção e a limpeza ser
realizada frequentemente, adota-se o valor de Fd igual a 0,8 para ambientes limpos, da
mesma forma que foi utilizado no item 4.5.
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5.4 Determinação do Fluxo Luminoso dos Ambientes (ΦT)
O fluxo luminoso dos ambientes, por depender da iluminância normatizada, das
dimensões do ambiente, do fator de utilização e do fator de depreciação, mantém-se o
mesmo calculado no item 4.6:
• Área MASSA: 18330 lm
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 34406 lm
• Hall de Entrada: 7323 lm
5.5 Determinação do Fluxo Luminoso por Luminária (ΦL)
Para satisfazer esse critério deve-se considerar que existem dois tipos de luminárias no
laboratório, uma com duas lâmpadas e a outra com quatro. Também para este cálculo deve-
se ter o fator de fluxo luminoso do reator, que é multiplicado pelo número de lâmpadas por
luminária e o fluxo luminoso de uma lâmpada.
O fluxo luminoso calculado é de 5200 lm para as luminárias com duas lâmpadas e
de 10400 lm para as luminárias com quatro lâmpadas.
5.6 Determinação do Número de Luminárias por Ambiente (N)
Através da divisão do fluxo luminoso do ambiente pelo fluxo luminoso de uma
luminária, conforme fórmula apresentada no item 4.8, determinou-se o número total de
luminárias ideais para cada uma das áreas, atendendo à NBR 5413. O número de
luminárias calculado para cada área é:
• Área MASSA: 1,76 luminárias
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 3,31 luminárias
• Hall de Entrada: 1,41 luminárias
A partir destes resultados, pode-se concluir que o número de luminárias presentes
atualmente no Hall de Entrada e nas áreas FORÇA e PRESSÃO permanecerá o mesmo, duas
luminárias com duas lâmpadas cada e quatro luminárias com quatro lâmpadas cada,
respectivamente.
Já na área MASSA, constatou-se que o número de luminárias pode ser reduzido pela
metade sem que a área deixe de atender à NBR 5413. Ao invés de manter as quatro
luminárias presentes atualmente, sugere-se o uso de apenas duas luminárias com quatro
lâmpadas cada.
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5.7 Verificação da Iluminância média (Em)
A iluminância média calculada para cada uma das áreas, conforme fórmula
apresentada no item 4.9, é de:
• Área MASSA: 567 lux
• Áreas FORÇA e PRESSÃO: 605 lux
• Hall de Entrada: 426 lux
Obs.: O N’ utilizado nestes cálculos é igual ao calculado em 5.6 arredondado para o
primeiro número inteiro acima.
5.8 Distribuição das luminárias
A distribuição das luminárias nas áreas FORÇA e PRESSÃO e no Hall de Entrada deve
ser mantida, igual ao apresentado em 4.2.
Houve modificação apenas na quantidade de luminárias da área MASSA. Agora, ao
invés de quatro luminárias, é previsto o uso de duas luminárias com quatro lâmpadas cada.
A localização destas luminárias deve seguir o apresentado na Figura 3.
Figura 3 - Redistribuição das luminárias - sem escala
Na área MASSA, a distância entre o centro da luminária e as paredes, representada
na Figura 3 por DLPX deve ser de aproximadamente a metade do comprimento da sala, 1,78
m. A distância entre o centro das luminárias, representada na Figura 3 por DLLY deve ser de
aproximadamente a metade da largura da sala, 1,73 m. Já a distância DLPY, também
representada na Figura 3 deve ser a metade de DLLY, 0,86 m. Caso não seja possível seguir
DLPX DLPY
DLLY
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as dimensões sugeridas acima, deve-se posicionar as luminárias de forma semelhante ao
representado na Figura 3.
5.9 Avaliação do sistema de iluminação projetado
A partir dos resultados obtidos em 5.6 e 5.7 pode-se concluir que a implantação do
sistema de iluminação projetado atenderá satisfatoriamente aos aspectos quantitativos
desejados, estando em conformidade com a norma NBR 5413 e sem superdimensionamento
do número de lâmpadas necessárias para atender a iluminância desejada.
Conforme desejado, foi possível a redução pela metade no número de lâmpadas
instaladas na área MASSA, sem que o local ficasse com a iluminância abaixo da
normatizada.
O sistema de iluminação projetado é composto por lâmpadas fluorescentes tubulares
que possuem uma eficiência energética de 81,25 lm/W, cerca de 15% superior à eficiência
energética da lâmpada que está instalada atualmente. Este significativo aumento foi obtido
através da escolha de uma lâmpada com 80% da potência da lâmpada instalada hoje, mas
com fluxo luminoso semelhante. O projeto também proporciona um grande aumento na vida
útil das lâmpadas, de 7.500 para 13.000 horas, o que diminuirá a frequência com que as
lâmpadas são substituídas. As lâmpadas de 32 W utilizadas no projeto possuem diâmetro
inferior ao das lâmpadas de 40 W, mas são compatíveis com as luminárias atuais devido ao
fato de possuírem o mesmo comprimento e o mesmo receptáculo, conector da lâmpada com
a luminária.
Quanto aos aspectos qualitativos, a lâmpada escolhida para o projeto possui uma
excelente temperatura de cor, 5000 K, valor muito próximo ao da lâmpada utilizada
atualmente, 5250 K, e ao da luz solar ao meio dia, 5200 K. Esta temperatura de cor também
caracteriza uma lâmpada com tonalidade fria, de luz branca, que induz seus usuários a uma
maior produtividade. O projeto também proporciona um aumento significativo no índice de
reprodução de cor da lâmpada, agora compreendido entre 80 e 89% da reprodução de cor
proporcionada pela luz natural, tornando a iluminação ainda mais confortável visualmente.
Este IRC é considerado muito bom pela DIN 5035 e é superior ao IRC típico das lâmpadas
fluorescentes tubulares.
Foi necessária também a escolha de novos reatores, compatíveis com a potência de
32 W. Os reatores eletrônicos duplos utilizados no projeto são da mesma linha dos reatores
instalados atualmente e possuem um alto fator de potência, o que faz com que a potência
consumida seja melhor aproveitada. Além disso, estes reatores também são mais leves do
que os reatores eletromagnéticos, eliminam a perturbação visual de objetos em movimento e
não emitem ruído.
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Resumindo, o sistema de iluminação projetado para o LFPM é compatível com os
aspectos quantitativos e qualitativos desejados para um laboratório de metrologia. Em
relação ao sistema de iluminação instalado atualmente, o projeto prevê um significativo
aumento da eficiência energética, grande redução na potência total consumida pelas
instalações e maior vida útil das lâmpadas, garantida pelo fabricante. Consequentemente, os
custos mensais com consumo de energia elétrica e manutenção do sistema de iluminação
serão reduzidos, conforme apresentado a seguir na avaliação da rentabilidade
proporcionada pelo projeto.
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6 RENTABILIDADE PROPORCIONADA PELO PROJETO
Através da análise comparativa de dois sistemas de iluminação é possível estabelecer
qual deles é o mais rentável. O cálculo de rentabilidade leva em consideração os custos de
investimento para implantação de cada sistema e os custos operacionais mensais com eles. A
utilização de lâmpadas com maior eficiência energética geralmente exige um investimento
maior, compensado nos custos operacionais.
A seguir serão apresentados os resultados dos cálculos de custos dos investimentos e
de custos operacionais, bem como a potência total instalada, o consumo mensal de energia
elétrica e a durabilidade média das lâmpadas.
Nos cálculos o atual sistema de iluminação será chamado de SISTEMA A, enquanto o
sistema projetado será chamado de SISTEMA B.
6.1 Potência total instalada
O primeiro passo do cálculo de rentabilidade é o cálculo da potência total instalada
de cada uma das áreas do LFPM. Os resultados abaixo foram obtidos através da
multiplicação da quantidade total de luminárias de cada área pela potência instalada em
cada luminária. Os resultados apresentados na Tabela 2 foram obtidos em Watt (W),
grandeza de potência, e convertidos para kW.
Tabela 2 - Potência total instalada em cada área
Área MASSA
Áreas FORÇA e PRESSÃO
Hall de Entrada
SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B
Potência total instalada
0,57kW 0,26kW 0,57kW 0,52kW 0,14kW 0,13kW
6.2 Características de uso
O consumo mensal de energia elétrica, em kWh, é calculado através da multiplicação
da potência total instalada, calculada em 6.1, pelo tempo de uso mensal do sistema de
iluminação. Considerou-se o tempo de uso mensal igual a 720 horas por mês, o equivalente
ao funcionamento ininterrupto do sistema durante 30 dias.
A durabilidade média das lâmpadas foi calculada a partir da divisão da vida útil
média das lâmpadas, conforme apresentadas nos itens 4.1 e 5.1, pelo tempo de uso mensal
do sistema, 720 horas.
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O consumo mensal de energia elétrica e a durabilidade média das lâmpadas, de
acordo com a aplicação, são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3 - Consumo mensal de energia e durabilidade média das lâmpadas
Área MASSA
Áreas FORÇA e PRESSÃO
Hall de Entrada
SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B
Consumo mensal de energia
409kWh 187kWh 409kWh 374kWh 102kWh 94kWh
Durabilidade média das lâmpadas
10 meses 18 meses 10 meses 18 meses 10 meses 18 meses
6.3 Custos dos equipamentos e serviços envolvidos
Segundo pesquisa realizada na loja Santa Rita de São José/SC, especializada em
iluminação, os preços dos equipamentos envolvidos no SISTEMA A são os seguintes:
Lâmpada fluorescente tubular, marca OSRAM, modelo T10 L40 W LDE. Valor
unitário: R$ 4,38.
Reator eletrônico duplo, marca INTRAL, modelo POUP-AFP 2x40/220/50-60.
Valor unitário: R$ 27,90.
E no SISTEMA B:
Lâmpada fluorescente tubular, marca OSRAM, modelo T8 FO32W/850. Valor
unitário: R$ 7,68.
Reator eletrônico duplo, marca INTRAL, modelo POUP-AFP 2x32/220/50-60.
Valor unitário: R$ 27,90.
Obs.: Estes valores eram os aplicados pelo estabelecimento em 04 de agosto de 2011
e estão sujeitos a alterações.
O custo das luminárias foi desconsiderado devido ao fato de não haver substituição
delas ou aumento na quantidade das mesmas. O custo do projeto foi desconsiderado pelo
fato do mesmo ter sido desenvolvido durante estágio curricular obrigatório. Também foram
desconsiderados os custos com o serviço de instalação do sistema de iluminação, pois a
Fundação CERTI possui colaboradores preparados para a execução dos mesmos.
6.4 Custos dos investimentos
O custo dos equipamentos para instalação é igual a soma dos custos das lâmpadas e
reatores utilizados em cada área. A diferença entre os custos de investimentos é igual aos
custos de equipamentos do SISTEMA B menos os custos de equipamentos do SISTEMA A.
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A Tabela 4 traz os dados referentes aos custos dos investimentos.
Tabela 4 - Custos dos investimentos
Área MASSA
Áreas FORÇA e PRESSÃO
Hall de Entrada
SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B
Custos de equipamento para
instalação R$293,28 R$173,04 R$293,28 R$346,08 R$129,12 R$142,32
Diferença entre os custos de
investimentos Menos R$120,04 R$52,80 R$13,20
6.5 Custos operacionais
O custo do consumo mensal de energia é calculado através da multiplicação do
consumo mensal de kWh, apresentado na Tabela 4, pelo custo médio de cada kWh.
Devido ao fato da Fundação CERTI pertencer a um grupo de consumo sazonal de
energia elétrica, onde o preço pago por cada kWh varia de acordo com a quantidade de
energia elétrica produzida pelas usinas geradoras no horário, foi necessário calcular a tarifa
média cobrada pela energia consumida. O cálculo levou em conta o fato da ponta de
consumo durar três horas, compreendidas entre as 17h e 22h, apenas nos dias úteis,
conforme a Lei n° 8.631 e o Decreto n° 774, ambos de 1993, que regulamentam o atual
sistema tarifário de energia elétrica brasileiro. Nos demais horários o consumo é tarifado
como “fora da ponta”. Através do cálculo, que utilizou as tarifas apresentadas em 3.4,
chegou-se a tarifa média de R$ 0,365093.
O custo médio mensal de reposição das lâmpadas é igual ao resultado da
multiplicação da quantidade de lâmpadas pelo tempo de uso mensal e o preço de cada
lâmpada, dividido pela vida útil da lâmpada.
O somatório dos custos operacionais é igual a soma entre o custo do consumo
mensal de energia e o custo médio mensal de reposição das lâmpadas. A diferença entre os
custos operacionais é igual aos custos operacionais do SISTEMA A menos os custos
operacionais do SISTEMA B.
A Tabela 5 apresenta os custos operacionais mensais de cada um dos sistemas de
iluminação.
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Tabela 5 - Custos operacionais
Área MASSA
Áreas FORÇA e PRESSÃO
Hall de Entrada
SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B SISTEMA A SISTEMA B
Custo do consumo mensal de energia
R$149,31 R$68,35 R$149,31 R$136,69 R$37,33 R$34,17
Custo médio mensal de reposição das
lâmpadas R$6,73 R$3,40 R$6,73 R$6,81 R$1,68 R$1,70
Somatório dos custos operacionais
R$156,04 R$71,75 R$156,04 R$143,50 R$39,01 R$35,87
Diferença mensal entre custos
operacionais R$84,29 R$12,54 R$3,13
6.6 Avaliação de rentabilidade
Conforme os cálculos apresentados neste item 6, o atual sistema de iluminação do
LFPM tem potência total de 1,28 kW. Este sistema de iluminação consome mensalmente 920
kWh de energia elétrica e os custos totais com os equipamentos já instalados são iguais a R$
715,68.
Atualmente, o custo do consumo de energia e o custo médio mensal de reposição de
lâmpadas do LFPM são de R$ 335,94 e R$ 15,14, respectivamente. Estes custos operacionais
totalizam R$ 351,08 gastos mensalmente com o sistema de iluminação.
Já o sistema que foi projetado, com lâmpadas de 32 W, consome uma potência total
de 910 W. Se instalado, o novo sistema consumirá 368 W a menos que o sistema implantado
atualmente. Mensalmente o sistema de iluminação sugerido neste relatório consumirá 665
kWh, ou seja, 265 kWh a menos que o sistema atual. Os custos totais dos equipamentos
sugeridos são de R$ 661,44. Logo, o custo de investimento do SISTEMA B é de R$ 54,24 a
menos que o SISTEMA A.
Para o novo sistema de iluminação, o custo do consumo de energia e o custo médio
mensal de reposição de lâmpadas serão de R$ 239,21 e R$ 11,91, respectivamente.
Somados, estes custos operacionais mensais totalizarão R$ 251,12. Com a implantação do
sistema de iluminação apresentado neste projeto luminotécnico, serão economizados
mensalmente R$ 99,96, somente com energia elétrica e substituição das lâmpadas que estão
no final de sua vida útil. Em um ano, a economia chegará a aproximadamente R$ 1.200,00.
A implantação do novo sistema de iluminação para o Laboratório de Força, Pressão e
Massa da Fundação CERTI trará um rápido retorno do investimento. Os cerca de R$ 660,00
investidos na implantação do novo sistema retornarão ao caixa em apenas sete meses,
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graças a significativa redução de quase R$ 100,00 nos custos mensais com o consumo de
energia e reposição de lâmpadas.
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7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Este relatório avaliou, num primeiro momento, a iluminação artificial existente
atualmente no LFPM, verificando que a quantidade de luz existente neste ambiente está em
conformidade com a norma de iluminância de interiores vigente no Brasil. Verificou-se
também que a temperatura de cor e o índice de reprodução de cor do sistema de iluminação
são compatíveis com a aplicação, induzindo os usuários a uma maior produtividade e
proporcionando uma boa reprodução de cor.
Mesmo assim, buscou-se projetar um novo sistema de iluminação, com eficiência
energética superior a do atual, tendo em vista que existem no mercado lâmpadas similares
com potência mais baixa e fluxo luminoso semelhante.
O projeto de substituição do sistema de iluminação conseguiu obter o aumento
desejado na eficiência energética das instalações, mantendo o local em conformidade com a
NBR 5413 e compatível com a qualidade da atual iluminação. Ainda é sugerida no projeto a
correção do superdimensionamento da quantidade de lâmpadas existentes na área MASSA,
tornando o sistema de iluminação ainda mais econômico.
Baseando-se nos cálculos de rentabilidade realizados, recomenda-se a instalação do
sistema de iluminação projetado para o LFPM, utilizando 28 lâmpadas OSRAM T8
FO32W/850 e 14 reatores INTRAL POUP-AFP 2x32/220/50-60, pois este sistema
proporcionará uma economia mensal de R$ 100,00 nas mesmas condições de uso do
sistema de atual.
Recomenda-se também a utilização destas mesmas lâmpadas e reatores nos demais
ambientes do Centro de Metrologia e Instrumentação, acarretando em significativas reduções
nos custos mensais do sistema de iluminação e no aumento da eficiência energética do CMI.
Maycon Luiz da Silva – MLI
Estudante do Curso Técnico de Eletrotécnica Integrado ao Ensino Médio do IF-SC – 8ª fase
Estagiário do Centro de Metrologia e Instrumentação da Fundação CERTI
Matheus Kraemer Bastos do Canto – MKC
Estudante do Curso Técnico de Eletrotécnica Integrado ao Ensino Médio do IF-SC – 7ª fase
Estagiário do Centro de Metrologia e Instrumentação da Fundação CERTI
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REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5413: Iluminância de interiores. Rio
de Janeiro, 1992.
MACARI, Anésio José; PONTES, José Carlos; MELLO, Rogério. Instrumentação e Medidas
Elétricas. Florianópolis, 2009. Apostila – Curso Técnico de Eletrotécnica, Instituto Federal de
Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina.
MARTINS, Viviane C. S. E. Noções de Luminotécnica. Florianópolis, 2007. Apostila – Curso
Técnico de Eletrotécnica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina.
OSRAM. Iluminação: Conceitos e Projetos. Disponível em <http://www.usp.br/fau/cursos/
graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0262/Af_Apostila_Conceitos_e_Projetos.pdf>,
acesso em 20 de junho de 2011.
OSRAM. Lâmpadas Fluorescentes Tubulares e Circulares - Catálogo 2009/2010.
Disponível em <http://www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/_pdf/Arqui
vos/Iluminao_Geral/Catalogo_Geral_2009-2010/OSRAM_catalogo09_10_fluorescentestubu
lares.pdf>, acesso em 22 de junho de 2011.
OSRAM. Manual Luminotécnico Prático. São Paulo, 2000.
PONTES, José Carlos. Projeto Elétrico Industrial - Luminotécnica. Florianópolis, 2008. Apostila
– Curso Técnico de Eletrotécnica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa
Catarina.