Luminotécnica: Parte 2) Cálculos

Luminotécnica: 2a-parte.
Cálculos usando método das Cavidades Zonais + Método ponto-à-ponto.

1. Luminotécnica Eletrotécnica Geral Eng. Civil Prof. Fernando Passold Parte II: Definições / Cálculos

2. É o estudo da aplicação de iluminação artificial tanto em espaços interiores como exteriores. Definição

3. Luz (ou “radiação visível): radiação eletromagnética capaz e produzir uma sensação visual. Compreendida dentro de uma faixa de comprimentos de onda, λ , entre 380 ~ 780 nanômetros. O espectro visível pode ser dividido em certos comprimentos de onda, cada uma causando no olho humano uma impressão de cor: Fundamentos

4. Radiação Visível

5. Radiação Visível

6. Fluxo luminoso ( Φ ) : grandeza derivada do fluxo radiante sobre um receptor seletivo cuja sensibilidade epectral é definida pelas curvas da CIE (Comissão Internacional de Iluminação). É entendido como a quantidade total de luz emitida por segundo por uma fonte luminosa. Medido em lúmens ( lm ) 1 lm = quantidade de luz produzida em 1 segundo por uma radiação eletromagnética com λ =555 nm e fluxo radiante de 1/680 W. Fundamentos

7. Eficácia luminosa (de uma radiação): razão entre fluxo luminoso e fluxo radiante. Indica o quão “poderosa” é determinada radiação para produzir uma sensação luminosa. Eficiência de uma lâmpada = fluxo luminoso produzido / potência elétrica consumida [ lm /W ]. Fundamentos

8. Intensidade Luminosa , I , de uma fonte em determinada direção, é o limite da razão do fluxo luminoso no interior de um ângulo sólido (dentro de uma esfera) cujo eixo é a direção considerada para esse ângulo quando tende para zero – ver figura. É medido em candelas [ cd ] . É formalmente definida como a magnitude de um campo electromagnético , numa direção especificada, que tem um nível de potência de 1/683 watt (1,46 x 10 -3 W) por radiano a uma frequência de 540 terahertz (540 THz ou 5,40 x 10 14 Hz) . Fundamentos

9. Iluminância , E , é o limite da razão do fluxo luminoso recebido por uma superfície, em torno de um ponto considerado para a área dessa superfície. É medida em lux ( lx ) . 1 lx = iluminância de uma superfície de 1 m 2 sobre o qual incide um fluxo luminoso de 1 lm . Fundamentos

10. Parâmetros Luminosos – Exemplo

11. É geralmente definida em termos de iluminância média no plano de trabalho ( E m ). Plano de trabalho ➛ plano horizontal: 0,75 ~ 1,0 m. Definida como : onde: Φ T = fluxo luminoso total emitido pelas lâmpadas ( luméns , lm ); S = área do plano do trabalho (m 2 ); η = “fator de utilização”; d = “fator de depreciação”. Iluminância média, E m [lux]

12. Iluminâncias recomendas pela NBR 5413

13. Iluminâncias (NBR 5413)

14. Iluminâncias (NBR 5413)

15. Iluminâncias (NBR 5413)

16. Fator Utilização, η Depende de: Distribuição de luz da luminária; D o rendimento da luminária (razão do fluxo emitido × soma dos fluxos individuais das lâmpadas); D a reflexão do teto, paredes e plano de trabalho (ou piso); Da distribuição das luminárias no ambiente ; D o fator do local, K , dado em função das dimensões do ambiente e definido como: onde: a = comprimento do local; b = largura do local; h m = altura da montagem da luminária (distância da fonte de luz ao plano de trabalho)

17. Pode ser definido como um fator associado com o iluminamento médio no plano de trabalho após certo período de uso da iluminação, em comparação com as condições no caso de uma instalação nova; Leva em consideração o fato de que com o decorrer do tempo haverá acumulação de poeira nos aparelhos de iluminação, o teto e as paredes ficarão sujas e as lâmpadas fornecerão menor quantidade de luz. Valores usuais: Fator Depreciação, F d Período de manutenção ( h ) Tipo de Ambiente 2.500 5.000 7.500 Limpo 0,95 0,91 0,88 Normal 0,91 0,85 0,80 Sujo 0,80 0,66 0,57

18. Índices de Reflexões, ρ

19. Índices de Reflexões, ρ

20. O Fluxo Luminoso final ( útil ) que irá incidir sobre o plano de trabalho é avaliado pelo Fator de Utilização . Ele indica, portanto, a eficiência luminosa do conjunto lâmpada , luminária e recinto . Determinados catálogos indicam tabelas de Fatores de Utilização para suas luminárias . Apesar destes serem semelhantes às tabelas de Eficiência do Recinto, os valores nelas encontrados não precisam ser multiplicados pela Eficiência da Luminária , uma vez que cada tabela é específica para uma luminária e ja ́ considera a sua perda na emissão do Fluxo Luminoso. Esta tabela nada mais é do que o valor da Eficiência do Recinto ja ́ multiplicado pela Eficiência da Luminária , encontrado pela interseção do Índice do Recinto ( K ) e das Refletâncias ( ρ ) do teto, paredes e piso, nesta ordem. Ver próxima tabela. Fator de Utilização, F u

21. Fator de Utilização, F u

22. Método de Cálculo de Iluminação Geral = Método das Eficiências = Método dos Fluxos ou Cavidades Zonais; Método Ponto a Ponto (iluminação dirigida). Cálculos Práticos

23. Exemplo 1 Cálculo de Iluminação Iluminação de um escritório Dados Básicos Pre ́- Cálculo : Local • Escritório de contabilidade Atividades • Administrativas (leitura, concentração ) • Uso de computadores Objetivos da iluminação • Proporcionar boas condições de trabalho • Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual • Evitar alto consumo de energia Dimensões físicas do recinto • Comprimento: 10,00 m • Largura: 7,50 m • Pe ́-direito: 3,00 m • Altura do plano de trabalho: 0,80 m Nível de Iluminância Adequado Consultando -se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminância Média de escritórios em E m = 500 lx . Fator de Depreciação ( d ): ambiente salubre, com boa manutenção (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminárias a cada 6 meses). d = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciação de 20% da Iluminância Média necessária ). Cores • Teto: ρ teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. • Paredes: ρ paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. • Piso: ρ piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro . Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais

24. Exemplo 1 Cálculo de Iluminação Iluminação de um escritório Dados Básicos Pre ́- Cálculo : Local • Escritório de contabilidade Atividades • Administrativas (leitura, concentração ) • Uso de computadores Objetivos da iluminação • Proporcionar boas condições de trabalho • Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual • Evitar alto consumo de energia Dimensões físicas do recinto • Comprimento: 10,00 m • Largura: 7,50 m • Pe ́-direito: 3,00 m • Altura do plano de trabalho: 0,80 m Nível de Iluminância Adequado Consultando -se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminância Média de escritórios em E m = 500 lx . Fator de Depreciação ( d ): ambiente salubre, com boa manutenção (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminárias a cada 6 meses). Fd = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciação de 20% da Iluminância Média necessária ). Cores • Teto: ρ teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. • Paredes: ρ paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. • Piso: ρ piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro . Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais Índice do Local, K : K = 1,95 ρ teto = 0,70 . ρ paredes = 0,50 ρ piso = 0,10 Fd = 0,8

25. Exemplo 1 Cálculo de Iluminação Iluminação de um escritório Dados Básicos Pre ́- Cálculo : Local • Escritório de contabilidade Atividades • Administrativas (leitura, concentração ) • Uso de computadores Objetivos da iluminação • Proporcionar boas condições de trabalho • Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual • Evitar alto consumo de energia Dimensões físicas do recinto • Comprimento: 10,00 m • Largura: 7,50 m • Pe ́-direito: 3,00 m • Altura do plano de trabalho: 0,80 m Nível de Iluminância Adequado Consultando -se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminância Média de escritórios em E m = 500 lx . Fator de Depreciação ( d ): ambiente salubre, com boa manutenção (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminárias a cada 6 meses). d = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciação de 20% da Iluminância Média necessária ). Cores • Teto: ρ teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. • Paredes: ρ paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. • Piso: ρ piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro . Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais Índice do Local, K : K = 1,95 ρ teto = 0,70 . ρ paredes = 0,50 ρ piso = 0,10 Fator de Utilização: F u = 0,58

26. Características do fornecimento de energia elétrica : • Tensão estável na rede (220V) • Custo de kWh: US$ 0,15 • Acendimento individualizado (interruptor na entrada da sala) • Pontos de energia próximos às mesas. Tonalidade de Cor da Luz: Para o ambiente de um escritório e Iluminância de 500 lx , recomenda-se que a Tonalidade de Cor da luz seja Branca Neutra (aproximadamente 4000K). Reprodução de Cor: Aconselha-se que o Índice de Reprodução de Cor para este tipo de trabalho seja superior a 80. As lâmpadas fluorescentes de po ́ trifósforo são as mais adequadas. Escolha das Lâmpadas Os dados anteriores nos levam a concluir que o tipo de lâmpada indicado para este projeto é a fluorescente LUMILUX® T5 HE (OSRAM). Ela existe nas versões de 14, 21, 28 e 35W . Optaremos pela versão LUMILUX® T5 HE 35W/840, porque o salão é amplo, não há limitação física de comprimento da lâmpada e sua utilização é mais compensadora. Os dados da lâmpada ( catálogos OSRAM) • LUMILUX® T5 HE 35W/840 • Fluxo luminoso: 3.650 lm • Temperatura de cor: 4000K Branca Neutra • Índice de Reprodução de Cor: 89 Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais

27. Características do fornecimento de energia elétrica : • Tensão estável na rede (220V) • Custo de kWh: US$ 0,15 • Acendimento individualizado (interruptor na entrada da sala) • Pontos de energia próximos às mesas. Tonalidade de Cor da Luz: Para o ambiente de um escritório e Iluminância de 500 lx , recomenda-se que a Tonalidade de Cor da luz seja Branca Neutra (aproximadamente 4000K). Reprodução de Cor: Aconselha-se que o Índice de Reprodução de Cor para este tipo de trabalho seja superior a 80. As lâmpadas fluorescentes de po ́ trifósforo são as mais adequadas. Escolha das Lâmpadas Os dados anteriores nos levam a concluir que o tipo de lâmpada indicado para este projeto é a fluorescente LUMILUX® T5 HE (OSRAM). Ela existe nas versões de 14, 21, 28 e 35W . Optaremos pela versão LUMILUX® T5 HE 35W/840, porque o salão é amplo, não há limitação física de comprimento da lâmpada e sua utilização é mais compensadora. Os dados da lâmpada ( catálogos OSRAM) • LUMILUX® T5 HE 35W/840 • Fluxo luminoso: 3.650 lm • Temperatura de cor: 4000K Branca Neutra • Índice de Reprodução de Cor: 89 Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais Em = 500 lx φ = 3.650 lm Z =2 (lâmpadas por luminária)

28. Escolha da Luminária: A luminária podera ́ ser de embutir, de alta eficiência e com aletas metálicas que impeçam o ofuscamento. Os modelos mais modernos possuem refletores parabólicos que limitam a angulação do facho luminoso, tornando-se adequados para o seu emprego em salas de computadores. Cálculo da Quantidade de Luminárias Uma vez ja ́ definidas todas as bases conceituais para o cálculo , seguiremos a sequência da planilha. Adequação dos Resultados ao Projeto A quantidade de lâmpadas deve ser arredondada para o valor múltiplo mais próximo da quantidade de lâmpadas por luminária (neste caso, não haveria necessidade), de tal forma que a quantidade de luminárias (N) sempre seja um número inteiro. Definição dos Pontos de Iluminação Escolhe -se a disposição das luminárias levando-se em conta o layout do mobiliário , o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o próprio tamanho das luminárias . Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais

29. Definição dos Pontos de Iluminação Escolhe-se a disposição das luminárias levando-se em conta o layout do mobiliário , o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o próprio tamanho das luminárias . Neste exemplo, sugere-se a disposição destas em três linhas contínuas lateralmente às mesas de trabalho, evitando o ofuscamento sobre a tela de computador. Para tanto, a quantidade de luminárias (N = 11) deverá ser elevada para N = 12, para que possa ser subdividida por dois. A dimensão de 10m comporta a linha contínua formada por 6 luminárias , cada uma de aproximadamente 1,67m, não havendo perigo de não adaptação ao projeto. Avaliação do Consumo Energético Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem ser calculados da seguinte maneira: Obs.: 70 W = Considerando a utilização do reator QTi 2x35W, uma vez que, devido à operação em alta Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais

30. Definição dos Pontos de Iluminação Escolhe-se a disposição das luminárias levando-se em conta o layout do mobiliário , o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o próprio tamanho das luminárias . Neste exemplo, sugere-se a disposição destas em três linhas contínuas lateralmente às mesas de trabalho, evitando o ofuscamento sobre a tela de computador. Para tanto, a quantidade de luminárias ( n = 11) deverá ser elevada para n = 12, para que possa ser subdividida por dois. A dimensão de 10m comporta a linha contínua formada por 6 luminárias , cada uma de aproximadamente 1,67m, não havendo perigo de não adaptação ao projeto. Avaliação do Consumo Energético Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem ser calculados da seguinte maneira: Obs.: 70 W = Considerando a utilização do reator QTi 2x35W, uma vez que, devido à operação em alta Continua ➛ 1. Método das Cavidades Zonais n = 11

31. 1. Método das Cavidades Zonais

32. 1. Método das Cavidades Zonais

33. 1. Método das Cavidades Zonais

34. 2. Método Ponto a Ponto Exemplo orientativo para leitura das curvas de distribuição luminosa (CDL), cálculo da intensidade luminosa nos diferentes pontos e a respectiva Iluminância (ver figura exemplo ao lado) .

35. 2. Método Ponto a Ponto Consultando a luminária , cuja CDL está representada na página x , e supondo que esta luminária esteja equipada com 2 lâmpadas fluorescentes LUMILUX® T5 HE 35W/840 ( φ =3.300 lm ) , qual sera ́ a Iluminância incidida num ponto a 30o de inclinação do eixo longitudinal da luminária , que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto ( fig ao lado) ? LUMILUX ® T5HE35W/840 φ = 3.300 lm Luminária para 2x LUMILUX® 35W/840 n = 2 Na CDL, le ̂ - se que: I 30 ° =340cd

36. 2. Método Ponto a Ponto Consultando a luminária , cuja CDL está representada na página x , e supondo que esta luminária esteja equipada com 2 lâmpadas fluorescentes LUMILUX® T5 HE 35W/840 ( φ =3.300 lm ) , qual sera ́ a Iluminância incidida num ponto a 30o de inclinação do eixo longitudinal da luminária , que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto ( fig ao lado) ? LUMILUX ® T5HE35W/840 φ = 3.300 lm Luminária para 2x LUMILUX® 35W/840 n = 2 Na CDL, le ̂ - se que: I 30 ° =340cd Como este valor refere -se a 1000 lm, tem -se que:

37. 2. Método Ponto a Ponto Consultando a luminária , cuja CDL está representada na página x , e supondo que esta luminária esteja equipada com 2 lâmpadas fluorescentes LUMILUX® T5 HE 35W/840 ( φ =3.300 lm ) , qual sera ́ a Iluminância incidida num ponto a 30o de inclinação do eixo longitudinal da luminária , que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto ( fig ao lado) ? LUMILUX ® T5HE35W/840 φ = 3.300 lm Luminária para 2x LUMILUX® 35W/840 n = 2 Na CDL, le ̂ - se que: I 30 ° =340cd Como este valor refere -se a 1000 lm, tem -se que: ( Iluminância )

38. Cálculo Iluminância Ponto a Ponto 1 única fonte incidente: + de 1 fonte incidente: A Iluminância (E) em um ponto é o somatório de todas as Iluminâncias incidentes sobre esse ponto provenientes de diferentes pontos de luz.

39. 2. Método Ponto a Ponto Consultando a luminária , cuja CDL está representada na página x , e supondo que esta luminária esteja equipada com 2 lâmpadas fluorescentes LUMILUX® T5 HE 35W/840 ( φ =3.300 lm ) , qual sera ́ a Iluminância incidida num ponto a 30o de inclinação do eixo longitudinal da luminária , que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto ( fig ao lado) ? LUMILUX ® T5HE35W/840 φ = 3.300 lm Luminária para 2x LUMILUX® 35W/840 n = 2 Na CDL, le ̂ - se que: I 30 ° =340cd Como este valor refere -se a 1000 lm, tem -se que: ( Iluminância )

40. Os principais aplicativos na área de luminotécnica são : 1 • RADIANCE : http :// radsite.lbl.gov / radiance 2 • AGi32: http ://www.agi32.com 3 • LUMEN DESIGN: http :// www.lighting-technologies.com 4 • ECOTECT: http ://www.squ1.com 5 • RELUX: http :// www.relux.biz 6 • DIALUX: http :// www.dial.de 7 • SOFTLUX: http :// www.itaim.ind.br Obs : os 4 primeiros são pagos. Os 3 últimos gratuitos. Software