2 Sistemas de Iluminacao

Tiago Santos

Sistemas de Iluminação

� Introdução

� Conceitos de Iluminação

� Otimização de um sistema de iluminação

� Luminárias

� Projeto Luminotécnico

� Iluminação Exterior

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Índice

� O consumo médio anual em iluminação por unidade de alojamento é de cerca de 370 kWh, equivalente a 12% do consumo de eletricidade no sector residencial. No entanto, este é um uso com enorme potencial de economias de energia, não apenas pelo uso de equipamentos mais eficientes, como também pela utilização da iluminação natural.

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Introdução

Luz ou radiação visível

� As ondas eletromagnéticas propagam energia produzida por oscilação de campos elétricos e magnéticos e não necessitam de um meio material de propagação.A luz é um exemplo de uma onda eletromagnética.

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Conceitos de Iluminação

Luz ou radiação visível

� A luz, ou radiação visível, é a energia em forma de ondas eletromagnéticas capazes de excitar o sistema humano olho-cérebro, produzindo diretamente uma sensação visual.

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Conceitos de Iluminação

Luz ou radiação visível

� A sensibilidade depende do nível de adaptação envolvente.

Olho adaptado ao claro Olho adaptado ao escuro

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Conceitos de Iluminação

Luz ou radiação visível

� Comparação entre os vários níveis de radiação

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Conceitos de Iluminação

Luz ou radiação visível

� Formas de produção de luz

� Natural

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Conceitos de Iluminação

Luz ou radiação visível

� Formas de produção de luz

� Artificial

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Conceitos de Iluminação

Intensidade Luminosa

� Mede a emissão de uma fonte luminosa relativamente a uma determinada direção.A unidade é a candela (cd). Símbolo I.

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Conceitos de Iluminação

Vela Lâmpada 100 W SOL

1 cd 100 cd 3 x 1027 cd

Intensidade Luminosa

� Exemplos:

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Conceitos de Iluminação

Luminância (ou brilho) de uma superfície

� Medida da densidade da intensidade de uma luz refletida numa dada direção.A unidade é a candela por m2 (cd/m2). Símbolo L.

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Conceitos de Iluminação

Luminância (ou brilho) de uma superfície

L (cd/m2) =I (cd)

Área (m2) x cosα (graus)

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Conceitos de Iluminação

Luminância (ou brilho) de uma superfície

� Exemplos:

Monitor Lua VelaLâmpada

IncandescenteSol

100cd/m2

2 500cd/m2

8 000cd/m2

10 000cd/m2

1,6 x 109

cd/m2

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Conceitos de Iluminação

Fluxo Luminoso

� Quantidade de luz emitida por segundo, por uma fonte de luz e ponderada relativamente à sensibilidade espectral do olho humano, na tensão nominal de funcionamento.A unidade do fluxo luminoso é o lúmen (lm). Símbolo Ф.

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Conceitos de Iluminação

Fluxo Luminoso

� Exemplos:

Lâmpada Fluxo Luminoso (lm)

Descarga sódio baixa pressão 250 W 27 000

Descarga iodetos metálicos 250 W 19 000

Fluorescente STD 58W/830 5 200

Fluorescente STD 58W/865 5 000

Incandescente STD 300 W 4 820

Fluorescentes compactas 27W/865 1 700

Incandescente STD 100 W 1 340

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Conceitos de Iluminação

Nível de depreciação do fluxo luminoso

� Todo o sistema de iluminação tem, após a sua instalação, uma depreciação no nível de iluminância ao longo do tempo. Esta é decorrente da depreciação do fluxo luminoso da lâmpada e do acúmulo de poeira sobre lâmpadas e luminárias.

� Para compensar parte desta depreciação, estabelece-se um fator de depreciação que é utilizado no cálculo do número de luminárias.

� Este fator evita que o nível de iluminância atinja valores abaixo do mínimo recomendado.

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Conceitos de Iluminação

Nível de depreciação do fluxo luminoso

LocalizaçãoMeses Zona das

Luminárias3 6 12 24

Sala Limpa1,00 0,99 0,98 0,94 Ventilada

1,00 0,99 0,98 0,94 Não Ventilada

Área especialmente limpa com ar condicionado

0,98 0,97 0,96 0,90 Ventilada

0,95 0,84 0,82 0,76 Não Ventilada

Fábrica em locais pouco sujos

0,97 0,90 0,88 0,82 Ventilada

0,90 0,82 0,74 0,57 Não Ventilada

Fábrica suja0,90 0,82 0,79 0,71 Ventilada

0,87 0,73 0,65 0,48 Não Ventilada

Fábrica muito suja(ex. fundição)

0,89 0,78 0,73 0,64 Ventilada

0,84 0,67 0,59 0,42 Não Ventilada

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Conceitos de Iluminação

Iluminância ou nível de iluminação

� É o fluxo luminoso que incide sobre uma superfície.A unidade é o lux (lx ou lm/m2). Símbolo E.

E (lx) =Ф (lm)

Área (m2)

� Se um fluxo luminoso de 1 lm incidir numa área de 1 m2,a iluminância nessa área é de 1 lux ou de 1 lm/m2.

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Conceitos de Iluminação

Iluminância ou nível de iluminação

� Exemplos:

Sol Madrugada Gabinete Corredor Rua Lua Estrelas

100 000 lx 10 000 lx 500 lx 100 lx 10 lx 0,50 lx 0,20 lx

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Conceitos de Iluminação

Níveis de Iluminação adequadosTipo de Iluminação

Níveis de iluminação

(lux)Tipo de área ou atividade

Iluminação geral para recintos de

uso não frequente ou para tarefas

visuais simples

20 Áreas externas de circulação

30 Depósitos externos.

50 Passagens e plataformas externas; áreas internas de estacionamento.

75 Docas e cais.

100 Teatros e salas de concerto; quartos de hotéis; banheiros.

150 Áreas de circulação em indústrias e depósitos

Iluminação geral para áreas

internas de trabalho

200 Iluminância mínima na tarefa.

300Trabalho bruto de bancada e máquina; processos gerais nas indústrias químicas de

alimentos; leitura casual e arquivamento.

500Trabalho médio da bancada e máquina; montagem de veículos; gráficas; escritórios e

lojas.

750 Revisão de impressos; salas de desenho; escritórios com máquinas.

1000Trabalho fino de bancada e máquina; montagem de máquinas de escritório; trabalhos

com cores; tarefas críticas de desenho

1500Trabalho muito fino de bancada e máquina; montagem de equipamentos de precisão;

componentes eletrônicos; controle com calibres e inspeção de peças pequenas e complexas.

Iluminação localizada para tarefas

locais exatas2000

Trabalho detalhado de grande precisão: produção de gravuras; fabricação de pequenos instrumentos e relógios; campos cirúrgicos.

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Conceitos de Iluminação

Eficiência Luminosa

� É o fluxo luminoso gerado por potência absorvida.A unidade é o lúmen por watt (lm/W). Símbolo ŋW.

ŋW (lm/W) =Ф (lm)

Potência (W)

W lm

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Conceitos de Iluminação

Eficiência Luminosa

� Comparação de fontes luminosas

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Conceitos de Iluminação

Eficiência Luminosa

� Comparação da eficiência luminosa por tecnologia (Gráfico)

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Conceitos de Iluminação

Eficiência Luminosa

� Comparação da eficiência luminosa por tecnologia (Tabela)

Tipo de lâmpada Potência (W)Eficiência luminosa

(lm/W)Tempo médio de vida (horas)

Incandescentes:- Standard 40 a 1000 10 a 20 1000- Halogéneo 150 a 2000 21 a 25 2000

Florescentes tubulares 6 a 65 50 a 95 7000Florescentes compactas:- Integrais 9 a 25 36 a 50 8000- Modulares 5 a 16 60 a 80 8000

Mercúrio de Alta Pressão 50 a 1000 40 a 60 8000Iodetos metálicos 400 a 2000 80 a 90 4000 a 6000Vapor de sódio:- Baixa pressão 18 a 180 100 a 200 6000- Alta pressão 50 a 1000 70 a 125 6000

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Conceitos de Iluminação

Eficiência Luminosa

� Exemplo:IncandescenteConvencional

Fluorescente Compacta

LED

Potência 40 W 9 W 7 W

Lúmen 550 lm 550 lm 400 lm

Eficiência (lm/W)

14 lm/W 61 lm/W 57 lm/W

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Conceitos de Iluminação

Restituição Cromática ou Índice de Restituição de Cor (IRC)

� Também conhecida por rendimento de cor, indica a aptidão das fontes de luz de permitirem visualizar as cores dos objetos iluminados.

Qualidade

desejadaIRC Aplicações

Muito boa IRC > 90 Controlo e seleção; Laboratórios; Sala de impressão

Aceitável 70 < IRC < 90 Escritórios; Escolas; Lojas

Medíocre 60 < IRC < 70 Oficinas

Sem exigências IRC < 60 Armazéns; Salas de fundição; Produção em Geral

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Conceitos de Iluminação

Restituição Cromática ou Índice de Restituição de Cor (IRC)

� Exemplos:

Lâmpada IRC

Incandescente 100

Halogénea 100

Fluorescente Compacta 85

Fluorescente Regular 72

Vapor de Mercúrio 45

Vapor de Sódio 20

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Conceitos de Iluminação

Temperatura de Cor

� Em aspeto visual, admite-se que é bastante difícil a avaliação comparativa entre a sensação de Tonalidade de Cor de diversas lâmpadas. Para estipular um parâmetro, foi definido o critério Temperatura de Cor (Kelvin) para classificar a luz.

Temperatura (º K) Aparência

T > 5000 Fria (branco – azulado)

3300 < T < 5000 Intermédia (branca)

T < 3300 Quente (branco – avermelhado)

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Conceitos de Iluminação

Temperatura de Cor

� Exemplos:

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Conceitos de Iluminação

Temperatura de Cor

� Relação entre a temperatura de cor e o nível de iluminação

Temperatura

de cor

Nível de

iluminação (lux)

Quente Intermédia Fria

E < 1000 Agradável Neutra Fria

1000 < E < 3000 Estimulante Agradável Neutra

E > 3000 Artificial Estimulante Agradável

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Conceitos de Iluminação

Vida das lâmpadas

� Vida Média:� Tempo (em horas) ao fim do qual, num lote de lâmpadas em

funcionamento contínuo, ocorre uma taxa de mortalidade de 50%;

� Vida útil ou Vida económica (Ve):� Tempo (horas) durante o qual a lâmpada funcionando sob a

respetiva tensão nominal, emite um fluxo luminoso não inferior a (N/100)xΦn, sendo Φn o fluxo luminoso nominal indicado pelo fabricante, e N = 85 para lâmpadas incandescentes e N = 70 para as de descarga em vapores metálicos, não se verificando as seguintes situações:� alteração da cor da luz emitida;

� apagamento/ acendimento periódico e repetitivo;

� apagamento definitivo.

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Conceitos de Iluminação

Efeito Estroboscópico

� Em todas as fontes de luz artificial que funcionam em corrente alternada, cessa a sua emissão luminosa cada vez que a onda de tensão alternada passa por zero;

� Á frequência de 50Hz (60Hz), produzir-se-ão 100 (120) instantes de escuridão/segundo (passagens por zero);

� Este efeito é prejudicial à visão e é responsável pelo cansaço visual, desconforto e intermitência da luz;

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Conceitos de Iluminação

Efeito Estroboscópico

� No caso de lâmpadas incandescentes tal efeito não se verifica devido à sua grande inércia térmica (retenção prolongada do calor), produzindo apenas um ligeiro decréscimo de emissão luminosa que passa despercebido ao olho humano;

� Este efeito pode ser eliminado ou atenuado por:� em circuitos trifásicos, distribuindo-se as lâmpadas pelas 3 fases (a

cintilação passa a ocorrer desfasada anulando o efeito);

� ligar cada par de lâmpadas à mesma fase, em paralelo, em que uma delas tem um condensador ligado em série com o balastro respetivo, de forma a provocar a desfasagem de 90º;

� Recorrer a balastros eletrónicos que funcionam a alta frequência.

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Conceitos de Iluminação

Encadeamento

� Sempre que o nível de luminância na direção do olho humano for demasiado elevado, então estamos perante o fenómeno do encandeamento (valor máximo tolerável pelo olho humano é de 7500cd/m2);

� Ocasiona desconforto visual ou uma redução na capacidade de ver objetos, motivados pelo excesso de luminância na direção da visão.

Principais fatores que intervêm no encadeamento:� Luminância (ou brilho) da fonte de luz ou das superfícies iluminadas;

� Dimensões da fonte de luz em função do ângulo com que a mesma é “vista” pelo olho humano, a partir de 45º (relativamente à vertical).

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Conceitos de Iluminação

Encadeamento

� Existe dois tipos de encadeamento, o direto e o por reflexão;

� Encadeamento direto: causado diretamente pelas luminâncias das fontes luminosas, tais como lâmpadas, luminárias e janelas que se localizam no campo de visão do observador;� O encadeamento direto pode ser neutralizado utilizando-se

acessórios nas luminárias como os difusores.

� Encadeamento por reflexão: causado pela luminância da luz refletida em superfícies com elevados fatores (ou índices) de reflexão, especialmente superfícies especulares como materiais brilhantes.

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Conceitos de Iluminação

Densidade de Potência

� É a Potência Total Instalada em watt para cada metro quadrado de área.

� A unidade é o watt por m2 (W/m2). Símbolo D.

D (W/m2) =Potência (W)

Área (m2)

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Conceitos de Iluminação

Densidade de Potência

� Exemplo:

� Exemplos de avaliação de consumos energéticos

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Conceitos de Iluminação

Densidade de Potência Relativa

� É a Densidade de Potência Total Instalada para cada 100 lx de Iluminância.

� A unidade é densidade de potência por cada 100 lux (W/m2)/100lux. Símbolo Dr.

Dr ((W/m2)/100lux) =Densidade Potência (D)

Iluminância (E)100

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Conceitos de Iluminação

Densidade de Potência Relativa

� Exemplo:

� Exemplos de avaliação de consumos energéticos

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas

� Os tipos de lâmpadas existentes no mercado são numerosos e cobrem todos os campos de aplicações.

� Uma primeira classificação das lâmpadas pode ser efetuado com base no princípio de funcionamento da fonte luminosa:

� Incandescência;

� Descarga;

� Indução;

� Especiais.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas

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Conceitos de Iluminação

CONVENCIONAIS HALOGÉNIO

INCANDESCENTE

BAIXA PRESSÃO- Compactas(economizadoras)- Tubulares

ALTA PRESSÃO- Mercúrio(Normal - Confort)

- Iodetos Metálicos

MERCÚRIO

BAIXA PRESSÃO ALTA PRESSÃO

SÓDIO

DESCARGA

LÂMPADAS

Principais tipos de lâmpadas – Incandescência

� A luz é produzida pelo aquecimento elétrico de um filamento a uma temperatura suficientemente elevada para a obtenção de uma radiação do campo visível do espetro.

Subtipos:� Convencionais→ (ε = 6 a 15 lm/W);

� Refletoras → (ε = 12 a 16 lm/W);

� Halogéneas → (ε = 14 a 25 lm/W).

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Incandescência

� Incandescente Convencional (Standard)

� Locais onde se preveem períodos de utilização diários, em média, inferiores a 2 minutos.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Incandescência

� Halogéneo

� Locais onde se pretende um nível de iluminação elevado, com boa reprodução de cor;

� Locais sujeitos a vibrações mecânicas.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Incandescência

� Halogéneo - Refletora

� Salas de estar, onde se pretenda iluminação confortável;

� Locais onde se pretenda efetuar controlo do nível de iluminação (controlo de fluxo).

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� A descarga elétrica num gás (entre dois elétrodos) produz a excitação dos eletrões, os quais, consequentemente emitem luz.

� Todas as lâmpadas de descarga necessitam de uma reactância (balastro) para limitar a corrente e assegurar o acendimento;

� Á exceção das lâmpadas de descarga em gases como o xénon, todas as outras necessitam de um determinado tempo para atingir o seu fluxo máximo.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Subtipos:

� Descarga em vapor de mercúrio,� Alta Pressão (AP);

� Baixa Pressão (BP)

� Descarga em vapor de sódio,� Alta Pressão (AP);

� Baixa Pressão (BP);

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� Descarga em vapor de mercúrio (Fluorescente) - BP

� Locais com necessidade de iluminação em largos períodos de tempo;

� Locais onde se pretenda efetuar iluminação localizada.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� Descarga em vapor de mercúrio (com e sem Iodetos Metálicos) - AP

� Naves industriais com pé direito superior a 5m;

� Iluminação pública, iluminação exterior e de grandes espaços.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� Descarga em vapor de sódio - BP

� Iluminação pública, de espaços verdes, zonas históricas e de grandes espaços.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� Descarga em vapor de sódio – AP

� Iluminação pública, de espaços verdes, zonas históricas e de grandes espaços.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

� Eficiência luminosa - comparação

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Conceitos de Iluminação

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Incandescente

Vapor de Mercúrio

Fluorescente

Iodetos Metálicos

Sódio de Alta Pressão

Sódio de Baixa Pressão

Tip

o d

e I

lum

ina

çã

o

Eficiência (Lumen/Watt)

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Algumas características

� Vapor de Mercúrio c/ “Iodetos”: Boa restituição de cores.

� Vapor de Sódio de Alta Pressão: Reacendimento rápido.

� Vapor de Sódio de Baixa Pressão:� A mais eficiente

mas…

� Luz monocromática amarela.

� Tempos de Arranque Inicial e de Reacendimento:� Mercúrio: 5 a 7 min. e 3 a 6 min;

� Mercúrio c/ “Iodetos”: 3 a 5 min. e 10 a 15 min;

� Sódio de Alta Pressão: 3 a 4 min. e 1 min.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Tipos de Balastros

� Resistivos: usados em corrente contínua;

� Indutivos: (ou magnéticos) muito utilizados em tensões alternadas e constituídos por um elevado número de espiras de cobre sobre um núcleo laminado de material ferromagnético (aço silício);

� Eletrónicos: atualmente utilizados em lâmpadas fluorescentes, de vapor de mercúrio com iodetos metálicos e de vapor de sódio de alta pressão. � Constituídos por condensadores e bobinas para alta frequência,

resistências, circuitos integrados e outros componentes eletrónicos. Trabalham em alta frequência (de 20 KHz a 50 KHz).

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Classificação dos balastros quanto à eficiência energética

� A Norma Europeia EN50294 (1998) estabelece classes de eficiência energética, em função da potência elétrica total absorvida pelo conjunto lâmpada/ balastro:� A1, A2 e A3: correspondem aos balastros eletrónicos.

� B1 e B2: correspondem aos balastros magnéticos de perdas reduzidas;

� C e D: corresponde aos balastros magnéticos normais com perdas moderadas e elevadas.

� Os balastros da classe D, de maior consumo energético, deixaram de poder ser utilizados desde Maio de 2002 (Dec. Lei 327/2001); A partir de Novembro de 2005 passou a ser proibida a venda dos balastros da classe C.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Balastro Eletrónico – Principais vantagens� Arranque instantâneo ou rápido (inferior a 0,5 s);

� Diminuição das dimensões do balastro;

� Fator de potência (cos φ) elevado (>0,95);

� Ausência de cintilação, durante o funcionamento devido à alta frequência, e de ruído;

� Melhoram a eficiência luminosa (lm/W) do conjunto lâmpada+balastro;

� Perdas reduzidas (poupança de energia até 25%);

� Custos de instalação e manutenção reduzidos (ligações mais simples);

� A vida útil da lâmpada aumenta cerca de 50%.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Descarga

Balastro Eletrónico – Principais desvantagens

� Preço elevado;

� Interferências elétricas (harmónicos);

� Redução da fiabilidade do sistema.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Indução

� Baseadas no mesmo princípio das lâmpadas de descarga, com a diferença de que a descarga no gás é produzida por uma corrente induzida por um campo magnético externo (sem a existência de elétrodos).

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Indução

� Naves industriais com pé direito superior a 5m;

� Iluminação pública, iluminação exterior e de grandes espaços.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Indução

Principais vantagens destas lâmpadas:

� Vida útil de 60000 horas;

� Potência de 100 e 150 W;

� Fluxo luminoso até 12000 lm;

� Rendimento luminoso até 80 lm/W;

� Baixo perfil geométrico;

� Luz confortável sem oscilações;

� Arranque rápido sem cintilação.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Especiais

� LED’s (díodos emissores de luz);

� Fibras óticas (meio de transmissão de luz);

� Incandescente refletora de infravermelhos;

� Fluorescente germicida de radiação ultravioleta;

� Etc.

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Especiais

� LED (Light Emitting Diode)

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Especiais

� LEC (Light Emitting Capacitor)

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Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas – Especiais

� Fibra Ótica

65

Conceitos de Iluminação

Principais tipos de lâmpadas

� Tabela comparativa

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Conceitos de Iluminação

Tipo de lâmpadaEficiência

(lm/W)

V média

[h]V útil [h]

Incandescente 12 3000 2000

Fluorescente 40 - 90 16000 8000

Vapor de mercúrio de alta pressão

36 - 60 24000 14000

Vapor de mercúrio c/ iodetos metálicos

80 16000 8000

Vapor de sódio de baixa pressão

183 28000 15000

Vapor de sódio de alta pressão

80 -130 28000 15000

Indução 80 75000 60000

Substituição de Lâmpadas

(Poupança?)

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Conceitos de Iluminação

Substituição de Lâmpadas (Poupança?)

� De modo a ilustrar melhor as vantagens de substituir lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes compactas, na tabela seguinte é feita a comparação dos custos decorrentes da utilização de uma iluminação ineficiente (Incandescente) e da opção por uma lâmpada economizadora (Fluorescente compacta) com o mesmo fluxo luminoso, num período de 5 anos.

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Conceitos de Iluminação

Substituição de Lâmpadas (Poupança?)

Incandescente Fluorescente Compacta

Potência 50 W 11 W

Fluxo Luminoso 590 lm

Tempo de vida 1 000 h 10 000 h

Horas de utilização diária 4 4

Preço da lâmpada 1,15 € 6,8 €

Consumo de eletricidade em

5 anos365 kWh 80,3 kWh

Custo

(kWh a 0.1329 €)48,51 € 10,67 €

Número de lâmpadas

necessárias nos 5 anos8

(com mais 700 horas de uso)1

(ainda com mais 2 700 horas de uso)

Custo com preço das

lâmpadas57,71 € 17,47 €

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Conceitos de Iluminação

Alguns Conselhos Práticos

� Desligar a iluminação nos períodos de paragem;

� Utilizar iluminação natural;

� Manter os sistemas de iluminação limpos (lâmpadas, refletores e difusores);

� Optar, sempre que possível, por lâmpadas de elevada eficiência luminosa;

� Utilização de equipamento mais eficiente: armaduras, balastros, refletores, … ;

� Aplicação de balastros eletrónicos.

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Alguns Conselhos Práticos

� Aproveitar ao máximo a iluminação natural preferindo edifícios com este tipo de soluções:� Vãos envidraçados;

� Janelas com boa iluminação;

� Claraboias;

� Sistemas de condução de iluminação natural.

71

Otimização de um Sistema de Iluminação

Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Existem soluções de regulação de fluxo centralizadas de maneira a se poder reduzir o consumo de energia, regulando e estabilizando a tensão de alimentação às lâmpadas, sem transformador, não produzindo harmónicos e fator de potência unitário.

72

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Estes sistemas estabilizam a tensão de saída definida pelo utilizador utilizando a tecnologia IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

� A forma de onda da tensão de saída permanecerá sinusoidal.

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Exemplo 1:� Supondo uma instalação com 60 lâmpadas de vapor de sódio de alta

pressão de 100 W. A energia consumida diariamente sem o controlador de fluxo seria de:

E = P x t = 60 lamp x 100 W/lamp x 13 horas/dia

E = 78 kWh/dia

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Exemplo 1:� Custo anual de energia elétrica consumida:

Custo = 365 dias x 78 kWh/dia x 0,1326 €/kWh

Custo = 3775,12 €/ano

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Exemplo 2:� Com o controlador configurado da seguinte forma:

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Exemplo 2:� A energia consumida seria de:

E = P1 x t1 + P2 x t2 + P3 x t3

E = 60 x 100 x (1x0,2h/dia + 0,76x4,8h/dia + 0,52x8 h/dia)

E = 48 kWh/dia

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� Exemplo 2:� Custo anual de energia elétrica consumida:

Custo = 365 dias x 48 kWh/dia x 0,1326 €/kWh

Custo = 2323,15 €/ano

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Sistemas centralizados de regulação automática de fluxo

� A poupança de energia elétrica com esta solução é de:

3775,12 € - 2323,15 €

=

1451,97 €/ano

(-38 %)

79

Otimização de um Sistema de Iluminação

Custo de Instalações Luminotécnicas

� Quando se desenvolve um projeto de iluminação é necessário ter em conta os custos inerentes à instalação e manutenção, bem como determinar o ponto de amortização entre várias soluções para o mesmo projeto. Nessa análise deverá ser calculado os itens descritos em seguida, mediante o custo de ciclo de vida (LCC – Life Cycle Cust)

LCC = CA + CE + CM

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Custo de Instalações Luminotécnicas

� Custo de Aquisição (CA) em €:

CA = Na x (Pa + Nl x Pl + Cm)

Onde:� Na é o número de luminárias (lum);

� Pa é o preço de cada luminária (€/lum);

� Nl é o número de lâmpadas por luminária (lamp/lum);

� Pl é o preço de cada lâmpada (€/lamp);

� Cm é o custo médio de montagem de cada luminária (€/lum).

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Custo de Instalações Luminotécnicas

� Custo de Energia (CE) em €:

CE = Na x P x Ua x Ce

� Onde:� Na é o número de luminárias (lum);

� P é potência elétrica consumida por cada luminária (kW/lum);

� Ua é o tempo de vida de cada luminária (h);

� Ce é o custo médio de energia elétrica (€/kWh).

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Custo de Instalações Luminotécnicas

� Custo de Manutenção (CM) em €:

CM = Na x [ Nl x (Pl x Cs ) x Ua

Vu + Cl ]

Onde:� Na é o número de luminárias (lum);

� Nl é o número de lâmpadas por luminária (lamp/lum);

� Pl é o preço de cada lâmpada (€/lamp);

� Cs é o custo médio de substituição de uma lâmpada (€/lamp);

� Ua é o tempo de vida de cada luminária (h);

� Vu é o tempo de vida útil de cada lâmpada (h);

� Cl é o custo médio de limpeza de cada luminária (€/lum).

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Otimização de um Sistema de Iluminação

Tiago Santos

Luminárias

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Luminárias

� Definição CEI: Aparelhos de iluminação que distribuem, filtram ou transformam a luz emitida por uma ou mais lâmpadas e que contêm todos os acessórios para as fixarem, protegerem e ligarem ao circuito de alimentação;

� Requisitos Principais:� Óticos;

� Mecânicos e elétricos;

� Estéticos;

� Económicos.

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Luminárias

Requisitos principais das Luminárias

Óticos:

� Bom rendimento luminoso, conseguindo passar ao ambiente o máximo do fluxo luminoso que a lâmpada emite;

� Correta distribuição luminosa, isto é, orientação adequada do fluxo luminoso sobre o plano de trabalho;

� Boa conservação do fluxo luminoso no decorrer do uso e pouca interferência com a lâmpada.

� Controlo do encadeamento / conforto visual (controlo da distribuição de luz emitida por uma ou mais lâmpadas).

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Luminárias

Requisitos principais das Luminárias

Mecânicos e elétricos:

� Robustez;

� Proteger as lâmpadas e o equipamento elétrico das intempéries e outros danos (choques, vibrações, poeiras);

� Facultar suporte e conexão elétrica às fontes de luz;

� Permitir facilidade de instalação e manutenção das fontes de luz e dispositivos auxiliares (arrancadores, transformadores, balastros, difusores, etc.).

� Permitir fácil acesso à(s) lâmpada(s) e ao equipamento elétrico.

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Luminárias

Requisitos principais das Luminárias

Estéticos:

� Aspeto agradável;

� Perfeito enquadramento com o meio paisagístico envolvente (luminárias para exterior);

Económicos

� Economicamente viáveis.

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Luminárias

Constituição das Luminárias

� São essencialmente constituídas pelos seguintes elementos fundamentais:� Corpo (“caixa” ou “carcaça”)

� destinado a suportar os órgãos de fixação da luminária e da sua ligação à rede elétrica, o equipamento elétrico e os componentes óticos.

� Componentes óticos (Refletor e Difusor)

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Luminárias

Componentes Óticos das Luminárias

Refletor

� Superfície que existe no interior da luminária e que reflete a luz;

� Função: regulação da forma e da direção do fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas, concedendo à luz um caráter direcional;

� Em certos casos o refletor é desenhado para proporcionar um certo grau de proteção visual. Em situações em que seja necessário um maior controlo de luz, serão utilizados difusores.

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Luminárias

Componentes Óticos das Luminárias

Difusor

� São utilizados para reduzir a luminância em direções que possam causar o encadeamento;

� Limitam a visão direta das lâmpadas;

� Promovem a melhor orientação do fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas, de modo a que as curvas fotométricas da luminária (segundo vários planos) sejam as mais adequadas;

� Podem ser classificados em difusores abertos ou fechados.

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Luminárias

Índice de Proteção IP / IK� O índice de proteção de uma luminária indica a forma como

está protegida contra os agentes externos, tais como a humidade, a água e a poeira.

� Segundo o sistema IP, o índice é constituído por dois algarismos, o primeiro indicando o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos, e o segundo o grau de proteção contra a água.

� Estes dois algarismos devem sempre figurar nas luminárias, embora na luminárias usuais a indicação IP 20 não seja necessária.

� Segundo a norma EN50102 deverá existir um terceiro algarismo relativo à proteção contra impactos mecânicos (IK).

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Luminárias

Índice de Proteção IP / IK

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Luminárias

Índice de Proteção IP / IK

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Luminárias

Índice de Proteção IP / IK

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Luminárias

Classes de Isolamento� As luminárias de classe I são as que são produzidas em maior

quantidade. A proteção contra choques elétricos é garantida através da ligação à terra de todas as parte metálicas acessíveis que possam ficar ativas no caso de falha no isolamento básico.

� Nas luminárias de classe II, a proteção contra choques elétricos é garantida utilizando isolamento duplo ou reforçado. Na maior parte dos casos, são luminárias com invólucro em material isolante. Não dispõem de ligação à terra, pois esta não é necessária.

� Nas luminárias de classe III, a proteção é garantida utilizando apenas muito baixa tensão de segurança (MBTS), designada por SELV na terminologia anglo-saxónica (safety extra-low voltage).

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Luminárias

Classes de Isolamento� As luminárias de classe II e III devem ser marcadas com

simbologia adequada.

� A proteção contra choques elétricos deve ser mantida durante a substituição das lâmpadas (e arrancadores, se aplicável), razão pela qual existem luminárias de classe I com invólucro de material isolante.

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Luminárias

Escolha do Sistema de Iluminação

� Uma análise do ambiente a ser iluminado e a tarefa visual a ser executada, determinam a escolha do sistema de iluminação a ser usado e a posição e distribuição das luminárias.

� Os sistemas de iluminação quanto a distribuição de luz mais comuns proporcionam:

� Iluminação geral;

� Iluminação localizada;

� Iluminação local + iluminação geral.

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Projeto Luminotécnico

Escolha do Sistema de Iluminação

Iluminação geral:� Proporciona a iluminância horizontal sobre a área total, com um

certo grau de uniformidade. A iluminância média (lux) deverá ser igual à iluminância requerida para a tarefa específica (tabelas);

� É obtida por uma distribuição regular de luminárias sobre a área total do teto ou por um número de linhas de luminárias distanciadas regularmente.

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Projeto Luminotécnico

Escolha do Sistema de Iluminação

Iluminação geral:� Sistema que se emprega mais correntemente em grandes

escritórios, oficinas, salas de aula, fábricas, supermercados, etc.

� Vantagens:� Uma maior flexibilidade na disposição interna do ambiente – layout;

� Desvantagens:� Não atende às necessidades específicas de locais que requerem níveis de

iluminância mais elevados.

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Projeto Luminotécnico

Escolha do Sistema de Iluminação

Iluminação localizada:

� Iluminação produzida por uma fonte direcionada à tarefa visual, ou ao objeto ou superfície a ser iluminado. Concentra luminárias em uma certa área do teto para produzir uma iluminação suficientemente elevada nos locais de principal interesse;

� Proporciona uma iluminância não uniforme;

� Sistema de iluminação útil para áreas

restritas de trabalho (como por exemplo:

fábricas, escritórios, etc.).

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Projeto Luminotécnico

Escolha do Sistema de Iluminação

Iluminação local + iluminação geral:

� Sistema de iluminação que combina o sistema de iluminação geral com fontes localizadas próximas às tarefas visuais;

� A luz complementar é de 3 a 10 vezes superior à iluminação geral;

� Recomendada:� O trabalho envolve tarefas visuais muito criteriosas;

� A iluminação geral, devido a obstruções, não atinge certas áreas;

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Projeto Luminotécnico

Aspetos gerais a serem considerados:

� A forma e as dimensões físicas da área a iluminar;

� A disposição do mobiliário e da estrutura;

� Os materiais e cores empregados nos acabamentos e mobiliário (tipo de reflexões);

� O nível médio de iluminação necessário;

� O índice de reprodução de cores (IRC);

� As características e o posicionamento de lâmpadas e luminárias;

� A limpeza e manutenção do ambiente.

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Projeto Luminotécnico

Tiago Santos

Iluminação Exterior

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Luminárias para iluminação pública (IP)

� A maioria das luminárias para iluminação pública possuem algum tipo de proteção visual, principalmente para conseguir o grau desejado de controlo de ofuscamento (ou encadeamento).

� Existem três tipos básicos:

� Luminárias convencionais;

� Sistemas catenários;

� Sistema projetor.

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Iluminação Exterior

Luminárias para iluminação pública (IP)

� Classificação das luminárias segundo a simetria do fluxo luminoso emitido:

� Luminárias simétricas

� Luminárias assimétricas� Luminárias “cut-off”;

� Luminárias “semi cut-off”;

� Luminárias “não cut-off”.

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Iluminação Exterior

Luminárias para iluminação pública (IP)

� Resumo das caraterísticas essenciais das curvas fotométricas das luminárias assimétricas.

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Iluminação Exterior

Tipo de Curva Direção de I max I ≤80º

[cd/1000 lm]

I ≤90º

[cd/1000 lm]

CUT-OFF 0º - 65º ≤ 30 ≤ 10

SEMI CUT-OFF 0º - 75º ≤ 100 ≤ 50

NÃO CUT-OFF 0º - 90º > 100 > 50

O seu dimensionamento deve satisfazer os seguintes requisitos:� Proporcionar uma iluminação que ofereça a máxima

segurança tanto ao tráfego rodoviário como aos peões:� Os condutores deverão ficar em condições de perceber e localizar

todos os detalhes ambientais (sinalizações, obstáculos, ...);

� Facilitar a manutenção da lei e da ordem pública durante a noite;

� Proporcionar um aspeto atrativo às vias urbanas;� Garantir as condições de segurança contra os perigos da

eletricidade (contactos diretos e indiretos);� Não constituir qualquer tipo de perigo adicional para os

veículos;� Fácil manutenção.

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Iluminação Exterior

Elementos a considerar

� Tipo de rua, largura, pavimento, intensidade de tráfego e sua velocidade média;

� Aparelhos de iluminação e fontes luminosas;� Geometria da instalação;� Tipo de alimentação;� Posição de instalação;� Encargos de instalação e manutenção.

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Iluminação Exterior

� Os métodos de cálculo permitem definir as grandezas geométricas e técnicas da instalação

� Grandezas geométricas� Altura dos centros luminosos, h� Distância entre os centros luminosos, d� O braço, b� A saliência em relação à margem do leito carroçável, s

� Grandezas luminotécnicas� Nível de iluminação médio sobre o leito carroçável, Em� Coeficiente de utilização, hu, em relação ao tipo de aparelho de

iluminação escolhido� Controlo do encadeamento� Fluxo luminoso que deve ser emitido por cada centro luminoso, L� Grau de uniformidade de iluminação, Ug

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Iluminação Exterior

Geometria da instalação

� Disposição dos centros luminosos;� Altura de montagem;� Interdistâncias;� Saliência dos braços em relação ao lancil do passeio e sua

inclinação.

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Iluminação Exterior

Altura de montagem

� Grande influência sob a qualidade da instalação e sobre os seus custos;

� Alturas elevadas, representa:� Melhor distribuição de iluminâncias sobre a via;� Menor encadeamento, permitindo instalar lâmpadas de maior

potência;� Maiores interdistâncias => Menores custos.

� Porém,� Dificulta a manutenção da instalação => custos;� Diminui o fator de utilização. Grande parte do fluxo “cai fora da zona

a iluminar”.

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Iluminação Exterior

Interdistâncias

� Deve ser tal que à projeção vertical do centro ótico do aparelho de iluminação sobre o leito carroçável, chegue uma parte do fluxo emitido pelo centro vizinho;

� Interfere nos custos da instalação;

� Depende da altura de montagem, do grau de encadeamento tolerável e do grau de uniformidade desejado:� A uniformidade de iluminação (e consequentemente o conforto

visual) aumenta à medida que a relação d/h diminui

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

� Contaminação ou poluição lumínica consiste no brilho e o resplendor luminoso do céu, devidos à difusão e reflexão da luz artificial (emitida pelas lâmpadas elétricas) nos gases e partículas em suspensão na atmosfera;

� Geralmente produzida por fontes de luz instaladas no exterior, as quais incrementando o brilho do fundo natural do céu, diminuem progressivamente o valor da amplitude da observação de objetos astronómicos e prejudicam a sua observação.

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

� É motivada por dois fatores determinantes:

� Emissão da luz das luminárias das instalações de IP, seja por emissão direta (luz não controlada no hemisfério superior da luminária) seja por emissão indireta (reflexão da luz nas paredes, arruamentos ou superfícies a iluminar);

� Espetros das cores da luz emitida pelas lâmpadas utilizadas em instalações de iluminação exterior.

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

� Com o objetivo da redução da contaminação lumínicaimputável às fontes de luz artificial, deverá atuar-se:

� Sobre as caraterísticas fotométricas das luminárias;� Instalando-se o menor número possível (nº mínimo) de pontos de

luz que permita obter os parâmetros de qualidade adequados e previamente estabelecidos no projeto;

� Utilização de determinados tipos de pavimento nos arruamentos e largos a iluminar.

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

Recomendações para a sua redução

� Desligar, a partir de uma determinada hora da noite, toda a iluminação publicitária e ornamental/ monumental;

� Dirigir a luz no sentido descendente sempre que tal for possível, em especial na iluminação de edifícios e monumentos;

� Se não existir a possibilidade de orientar a iluminação para baixo de modo adequado, deverão ser utilizadas grelhas defletoras do fluxo luminoso, para ângulos adequados;

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

Recomendações para a sua redução� Instalar equipamentos que reduzam a dispersão da luz

acima do plano horizontal que contém o seu centro ótico, a valores mínimos, inclusivamente nulos;

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Iluminação Exterior

Contaminação Lumínica

Recomendações para a sua redução

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Iluminação Exterior

Floodlighting� Aplicação de projetores para proporcionar um aumento na

iluminância de uma superfície em relação às suas áreas adjacentes;

� O número destas aplicações tem vindo a aumentar nos últimos anos (uso de iluminação a partir de alturas elevadas h > 20 m);

� Principais aplicações:� Grandes áreas cobertas;� Fachadas e monumentos;� Decoração de edifícios;� Parques e jardins;� Campos desportivos;� Aeroportos.

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Iluminação Exterior

Utilização de Projetores� Luminárias que através de um sistema ótico adequado

(refletor interior ou lentes), concentram o fluxo luminoso num ângulo sólido determinado (ω), de modo a obterem-se intensidades de iluminação muito elevadas indispensáveis para a iluminação de objetos a grandes distâncias.

� Para ω pequeno (I grande) => Projetor de feixe concentrante;

� Para ω grande(I pequeno) => Projetor de feixe dispersivo;

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Iluminação Exterior

Eficiência Energética � A eficiência energética de uma instalação de IP define-se como a

relação entre o produto da superfície iluminada pela iluminação média em serviço da instalação e a potência total instalada:

Onde:� ε – Eficiência energética da instalação;

� S – Área total resultante do produto do valor da interdistância entre pontos de luz e largura total da via e passeios, no caso do perímetro urbano, de fachada a fachada;

� E – Nível médio de serviço calculado;

� P – Potência total das luminárias mais auxiliares intervenientes na área calculada.

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Iluminação Exterior

2( ) ( )

( )

S m E lux

P wattε

×=

Eficiência Energética

� O estudo da eficiência energética deve respeitar os elementos constantes nas tabelas apresentada, segundo o documento referencia disponibilizado pela ADENE.

Link: http://www.adene.pt/pt-pt/Publicacoes/Documents/ RNAE_DocReferencia_EficienciaEnergetica_Iluminacao.pdf -

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Iluminação Exterior

Tiago Santos

Sistemas de Iluminação