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Luminotécnica Objetivos Introdução Tipos de Lâmpadas Elétricas;
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1 Luminotécnica Objetivos Introdução Tipos de Lâmpadas Elétricas;
Conceitos básicos (grandezas fundamentais) ; Tipos de Lâmpadas Elétricas; Elaboração de Projetos de Iluminação (métodos de cálculo). Introdução Os recintos (internos ou externos) devem ser suficientemente iluminados para que se possa executar as tarefas funcionais, sem prejuízo de segurança e bem estar. Neste ponto entra o conceito de Luminotécnica, fazendo com que sejam observados os seguintes pontos fundamentais: Nível de iluminamento suficiente para cada atividade específica (NBR 5413); Distribuição espacial da luz sobre o ambiente (localização dos pontos de luz); Escolha da cor da luz e seu respectivo rendimento; Escolha apropriadas dos aparelhos de iluminação (lâmpadas e luminárias); Potência; e quantidade de pontos.
2 Conceitos Básicos A radiação é a emissão ou transporte de energia sobre a forma de ondas eletromagnéticas, ou partículas. A luz é uma radiação eletromagnética capaz de produzir uma sensação visual. O espectro da luz nanômetros (violeta – abaixo UV) a 780 nanômetros (vermelho – Acima IV). A sensibilidade do olho também é alterada pela luminosidade. A cor - reflexo da porção do espectro de radiação sobre o objeto. Ex: maça vermelha iluminada por uma luz branca (espectro completo). Cores primárias - RGB – Red- Blue-Green Cores secundárias – Combinação entre as primárias
3 Eficiência Luminosa: lm/W =
Fluxo Luminoso é a potência de radiação total emitida por uma fonte luminosa em todas as direções. Símbolo: Φ Unidade: lúmen (lm) Eficiência Luminosa: lm/W = incandecente = fluorescente = vapor metálico Exemplos: Lâmpada de incandescência de 100 W: 1500 lm. Eficiência luminosa = 1500 / 100 = 15 lm/W Lâmpada fluorescente de 40 W: 2600 lm. Eficiência luminosa = 2600 / 40 = 65 lm/W Intensidade Luminosa é o fluxo luminoso irradiado na direção de um determinado ponto. Símbolo: I Unidade: candela (cd) Curva de distribuição Luminosa: Diagrama polar que expressa quantos cd se tem para um fluxo de 1000 lm em determinado ângulo. Ex: Para uma lâmpada de intensidade luminosa lm, com intensidade de por exemplo de 100 cd, temos um fator de 0,1. Assim sua intensidade luminosa será 3600 cd.
4 Curva de distribuição luminosa.
5 Ex: Letras pretas (10%) em papel branco (85%)
Iluminância (E) ou iluminamento (INMETRO): Relação entre o fluxo luminoso e a área incidente. É expressa em lux, 1 lúmen por metro quadrado. Valor médio pois o fluxo não é uniforme na superfície. F – Fluxo luminoso, em lumens S – área da superfície iluminada, em m2 Para uma fonte pontual, ou seja, uma dimensão muito pequena em comparação com a distância à superfície, a iluminância pode ser dada por: Luminância (L) Medida de sensação de claridade da superfície iluminada Percepção visual: Ex: Letras pretas (10%) em papel branco (85%) Temperatura de cor
6 Índice de Reprodução de cores (IRC): O IRC mede quanto a luz artificial se aproxima da natural. Quanto maior o IRC, melhor.
7 3 – Lâmpadas Elétricas 3.1 – Lâmpadas incandescentes
As lâmpadas elétricas são classificadas em dois tipos principais, incandescentes e de descarga. 3.1 – Lâmpadas incandescentes A emissão de luz é produzida por elemento (fio de tungstênio) aquecido até a incandescência (2500°C). No interior existe vácuo ou gás inerte para evitar oxidação do filamento. A cor da luz branco avermelhada. Sobressaem as cores amarela e vermelha ficando amortecidas verde e azul. As lâmpadas incandescentes comuns são utilizadas em residências, lojas e locais de trabalho que não exijam índice de iluminamento elevado. As lâmpadas incandescentes para fins específicos podem ser: coloridas, para faróis de veículos, flash fotográfico, etc. As lampadas incandescentes refletoras possuem alto rendimento luminoso, pequenas dimensoes e facho de luz direcionado. vida útil entre 600 a horas; eficiência luminosa baixa 15 lúmens/Watt; o rendimento cresce com a potência; o rendimento diminui com a tensão; para cada 10% de sobretensão, a vida útil diminui em 50%; índice de reprodução de cor: 100; podem ser "dimmerizadas". Prof: Tiago Correa Rodolphi	7
8 3.2 – Lâmpadas halógenas de tungstênio (quartzo ou dicróicas)
Exemplo: Osram 3.2 – Lâmpadas halógenas de tungstênio (quartzo ou dicróicas) A lâmpada halógena de tungstênio é um tipo especial de lâmpada incandescente em que um filamento é contido num tubo de quartzo, no qual é colocada uma certa quantidade de iodo.A presença do iodo faz com o tungstênio desprendido do filamento não grude no vidro, retornando ao filamento. Assim o bulbo não fica preto. São de grande potência, mais duráveis, melhor rendimento luminoso, melhor índice de reprodução de cores em torno de 100 (luz mais branca). São mais caras. Utilizadas em iluminação praças de esporte, pátios, fachadas, monumentos, e iluminação interna como teatro, estúdio de TV, museus, etc. Maior vida útil e eficiência luminosa que as comuns. Dicróica é mais fria devido sua película (reflete espectro visível e transmite radiaçao).
9 3.3 – Lâmpadas de luz mista As lâmpadas de luz mistas são constituídas por um tubo de descarga a vapor de mercúrio, conectado em série com um filamento de tungstênio, ambos encapsulados por um bulbo ovóide. Possui as características básicas das lâmpadas incandescentes (luz quente com excelente reprodução de cor) e das lâmpadas a descarga (luz fria com elevada eficiência luminosa) . Dispensa reator Vida média igual ou pouco superior à incandescente. Utilizadas em 220V em galpões, posto de gasolina, industrias, etc. Prof: Tiago Correa Rodolphi	9
10 Prof: Tiago Correa Rodolphi	10
11 Lâmpadas de descarga 3.4 – Lâmpadas fluorescentes
A luz é produzida por uma descarga elétrica continua em um gás ou vapor metálico, as vezes combinado com fósforo depositado no bulbo que, excitado pela radiação da descarga, emite luz visivel. Funcionam com equipamentos auxiliares – reatores e ignitores Reator = limitar a corrente na lâmpada e produzir sobretensão Ignitor = ajuda produzir a tensão necessária para o start. Após o start, ocorre a estabilização do gás, que pode variar dependendo do tipo de lâmpada. Apresentam elevado eficiência (>40lm/w) luminosa e alta vida útil (>7500h). 3.4 – Lâmpadas fluorescentes A lâmpada fluorescentes possuem um tubo cilíndrico de vidro, cujo interior é revestido por uma camada de fósforo de diferentes tipos. O gás no interior possui argônio e mercúrio. A luz invisível em contato com fósforo produz luz visível.Utilizadas em iluminação residencial, comercial e grandes áreas.
12 Fluorescentes compactas
Starter incorporado. Vida util 10X incandescente 80% economicas Pesquisar sobre: Reatores comuns ou convencionais Reatores de partida rápida Reatores eletrônicos Lâmpadas fluorescentes de catodo quente pré-aquecido Lâmpadas fluorescentes de catodo quente sem pré-aquecimento Lâmpadas fluorescentes de catodo frio
13 3.5 – Lâmpadas a vapor de mercúrio
Nestas lâmpadas existem algumas gotas de mercúrio, que são evaporados no preaquecimento da lâmpada. Tem distribuição pobre de cores. Não emitem a luz vermelha. Visando resolver este problema, adiciona-se fósforo no tubo para transformar parte do ultravioleta emitido em luz vermelha. Lâmpadas sem correção = utilizadas em pontos onde não se necessita de detalhes como ruas, postos de gasolina,etc. Lâmpadas com correção = aplicações industriais e comerciais. Necessita de reator de partida Demora uns 3 minutos para atingir fluxo máximo. Quando desligada, é necessário um tempo de 5 a 10 minutos para reacender. Prof: Tiago Correa Rodolphi	13
14 3.6 – Lâmpadas a vapor de sódio
Baixa pressão: Estas lâmpadas possui sódio em seu interior com presença de gás argônio e neônio para facilitar a partida. As lâmpadas de baixa pressão emitem uma radiação quase monocromática (amarelo), após uns 15 minutos de ligada, mas possui alta eficiência (200lm/w). Vida útil = 15000h. Devido a ser monocromática, aplica-se em locais onde não se necessita de reprodução de cores, como exemplos estradas, pátios, ruas, etc. Alta pressão: adiciona-se mercúrio para corrigir a cor. Partida em torno de 3 a 5 minutos. Possui cor branco-amarelada. Possui melhor reprodução de cor, mas a eficiência inferior (120 lm/w). Podem ser utilizadas tanto interna (industria) quanto externamente, em mais locais que a anterior. Instaladas em local com pé direito superior a 4 m. Prof: Tiago Correa Rodolphi	14
15 3.7 – Lâmpadas a vapor metálico
É um tipo especial de lâmpadas a vapor de mercúrio, onde são adicionados iodeto de índio, tálio e sódio para melhorar a reprodução de cores. Possui excelente reprodução de cores, alto rendimento, baixa depreciação, vida longa e alta confiabilidade.. Utilizada em quadras esportivas, estádios, galpões de exposição. Sua principal aplicação refere-se à qualidade do sinal nos televisionamentos em cores. Reatores / Ignitores 3.8 – Lâmpadas LED Utilizadas em aparelhos eletrônicos, serão empregadas em substituição às lâmpadas atuais devido às suas características de alto rendimento e vida útil superior a 100 mil horas. 3.8 – Lâmpadas Germicidas Emitindo radiação ultravioleta – mata bactérias e germes. Produzem queimaduras na pela. 3.8 – Lâmpadas Neon Baixa eficiência luminosa (10lm/w) e alta vida útil (25000h) Comparação entre lâmpadas – pag 158 Tab: Creder
16 4 – Dispositivos de Controle
Utilizados para a partida das lâmpadas de descarga e controlar o fluxo de corrente do circuito. 4.1 – Reatores São responsáveis pela estabilização da corrente na lâmpada. Normalmente são uma reatância em série com a lâmpada. Os reatores eletromagnéticos são simplesmente indutores ferromagnéticos, enquanto os eletrônicos são inversores de freqüência dedicados. 4.2 – Starters São dispositivos constituídos de um pequeno tubo de vidro dentro do qual são colocados dois eletrodos imersos em gás inerte responsável pela formação do arco que permitirá estabelecer o contato direto entre os eletrodos os referidos eletrodos. 4.3 – Ignitores São elementos utilizados em lâmpadas a vapor de metálico e vapor de sódio e que atuam gerando uma série de pulsações de tensão elevada da ordem de 1 a 5 kV, a fim de iniciar a descarga. Uma vez que a lâmpada inicie sua operação, o ignitor para de emitir pulsos. Prof: Tiago Correa Rodolphi	16
17 5 – Luminárias São aparelhos destinados à fixação das lâmpadas, devendo apresentar as seguintes características básicas: serem agradáveis ao observador; modificarem o fluxo luminoso da fonte de luz; possibilitarem fácil instalação e posterior manutenção. 5.1 – Características quanto à direção do fluxo luminoso Tab 8.18 Niskier Existem as seguintes classes para as luminárias: Direta: O fluxo luminoso é dirigido diretamente para o plano de trabalho. Luminária refletoras espelhadas (spots); Indireta: A direção do fluxo é oposta ao plano de trabalho. Função decorativa; Semidireta: O fluxo luminoso atinge o plano de trabalho diretamente e indiretamente, sendo o direto predominante; Semi-indireta: O fluxo luminoso atinge o plano de trabalho diretamente e indiretamente, sendo o indireto predominante; Geral-difusa: O fluxo luminoso apresenta a mesma intensidade em praticamente todas as direções. 5.2 – Características quanto à modificação do fluxo luminoso Capacidade das luminárias de modificar o fluxo luminoso produzido pela lâmpada: Absorção: Característica da luminária de absorver parte do fluxo luminoso incidente na sua superfície; Refração: Capacidade de direcionar o fluxo luminoso da fonte, lâmpada e refletor. Ex: farol de automóveis, composta de luminárias refletoras primáticas; Reflexão: Modificação da distribuição do fluxo luminoso através da sua superfície interna e segundo a sua forma geométrica de construção (parabólica); Difusão: redução da luminância, conseqüentemente, redução do ofuscamento através de uma placa de acrílico ou de vidro; Louvers: O painel destas luminárias é constituído por aletas de plástico ou metal, em geral esmaltados na cor branca, não permitindo que a lâmpada seja vista pelo observador dentre um certo ângulo. Prof: Tiago Correa Rodolphi	17
18 6 – Projetos de Iluminação
Fatores a se considerar em um projeto de iluminação: Obter um nível de iluminamento adequado à utilização do ambiente. Escolha adequada das lâmpadas e luminárias pensando também no fator economia. Reproduzir as cores do ambiente a ser iluminado. Obter uma distribuição de luz uniforme nos planos que serão iluminados. Diferenciar ambientes com iluminação com função decorativa e os que devem atender à funcionalidade do local. Existem três métodos principais para a determinação do iluminamento dos diversos ambientes de trabalho: método dos lumens; método das cavidades zonais; método ponto a ponto. 6.1 - Método dos Lumens É utilizado para calcular o número de lâmpadas e luminárias, levando em conta as dimensões e o tipo do ambiente que será iluminado. É baseado na determinação do fluxo luminoso necessário para se obter um iluminamento médio desejado no plano de trabalho. É dividido nas seguintes etapas: 1 – Escolha do nível de iluminamento (E)(Iluminância) - lux Definido de acordo com a NBR 5413 Tabela de pesos: Se na soma algébrica o valor der –2 ou –3 utilizar a iluminância mais baixa do grupo, se der 2 ou 3 utilizar a mais alta e nos outros casos valor médio. Prof: Tiago Correa Rodolphi	18
19 Tabela de Iluminâncias em classes
20 2 – Determinação do fator do local.
Fator do recinto K: A – comprimento do recinto em m; B – largura do recinto, em m; Hlp – altura da fonte de luz, sobre o plano de trabalho, em m. Adota-se o valor inteiro mais próximo 3 – Determinação das lâmpadas e luminárias. Depende de fatores como objetivo da instalação (comercial, industrial ou residencial), fatores econômicos, facilidade de manutenção, estética, etc. Deve-se consultar catálogos dos fabricantes: Exemplo: pág 263 Niskier, pág. 168 Creder. Catálogo Luminárias Philips. Prof: Tiago Correa Rodolphi	20
21 4 – Determinação do fator de utilização
É a relação entre o fluxo luminoso que chega ao plano de trabalho e o fluxo luminoso total emitido pelas lâmpadas. Depende das dimensões do local, cor do teto, parede e luminárias. Adota-se os índices: 1 – superfície escura = 10% 3 – superfície média = 30% 5 – superfície clara = 50% 7 – superfície branca = 70% Monta-se um número com 3 algarismos onde: 1 algarismo – reflexão do teto 2 algarismo – reflexão das paredes 3 algarismo – reflexão do piso Refletâncias médias: Teto: Branco = 70%, claro = 50%, escuro = 30%; Paredes: Claras = 50%, escuras = 30%; Pisos: escuros = 10%. Ex: 751 O teto tem superfície branco Ver exemplos Creder 168 Paredes tem superfície claro Niskier 264 Piso tem superfície escura
22 Fator de depreciação 5 – Fluxo total necessário
Mede a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma luminária no fim do período considerado para iniciar o processo de manutenção e o fluxo emitido no início de operação. 5 – Fluxo total necessário t – Fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas, em lumens; E – iluminamento médio requerido pelo ambiente a iluminar, em lux; S – área do recinto, em m2; Fdl – fator de depreciação do serviço da luminária; Fu – fator de utilização do recinto. Prof: Tiago Correa Rodolphi	22
23 6 - Cálculo do número de luminárias
t – Fluxo total a ser emitido pelas lâmpadas, em lumens; l – Fluxo luminoso emitido por uma lâmpada, em lumens; Nla – Número de lâmpadas por luminária. 7 - Distribuição das luminárias O espaçamento entre as luminárias depende da altura útil. A distância máxima entre os centros das luminárias deve ser de 1 a 1,5 da altura útil. O espaçamento da luminária à parede deve corresponder a metade deste valor. Ver também Creder página 173 Exercício: Projetar a iluminação de uma sala de projetos, com 18 metros de comprimento, 10 m de largura e 3 metros de pé direito. O teto e as paredes são brancos, piso escuro, e a maior parte dos projetistas tem idade entre 40 e 55 anos. Prof: Tiago Correa Rodolphi	23
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UNISANTA – Universidade Santa Cecília Faculdade de Engenharia Eletrônica HIGIENE E SEGURANÇA NO TRABALHO ILUMINAÇÃO DOS AMBIENTES DE TRABALHO.
Luminotecnia Podemos ver que a luz é composta por três cores primárias. A combinação das cores vermelho, verde e azul permite-nos obter o branco. A combinação.