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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLÓGICO
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CONSTRUÇÃO CIVIL
APOSTILA DA DISCIPLINA: CONFORTO AMBIENTAL - ILUMINAÇÃO
Fernando Oscar Ruttkay Pereira, PhD Marcos Barros de Souza, MEng.
Florianópolis, SC 2000
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SUMÁRIO ILUMINAÇÃO ............................................................................................................. 001 A BASE FÍSICA - LUZ ........................................................................................... 001 1. FOTOMETRIA ....................................................................................................... 006
1.1. GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS ............................................................ 007 1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso ............................................... 007 1.1.2. Eficiência Luminosa ...................................................................... 008 1.1.3. Intensidade Luminosa .................................................................. 009 1.1.4. Iluminância ...................................................................................... 011 1.1.5. Luminância ........................................................................................ 012
1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAÇÃO ....................................... 016 1.2.1. Lei do inverso do quadrado .......................................................... 016 1.2.2. Lei do cosseno ................................................................................ 016 1.2.3. Lei da aditividade ......................................................................... 017
1.3. PROPRIEDADES ÓTICAS DOS MATERIAIS ................................... 017 1.3.1. Reflexão .......................................................................................... 019 1.3.2. Absorção ......................................................................................... 019 1.3.3. Transmissão ................................................................................... 019 1.3.4. Refração ......................................................................................... 020
2. COR ............................................................................................................................. 022 2.1. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES ............................................................. 023 2.2. TEMPERATURA DA COR CORRELATA ............................................... 028 2.3. APARÊNCIA DE COR ............................................................................... 028 2.4. REPRODUÇÃO DAS CORES ................................................................... 029 2.5. USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO ...................... 031 2.6. USO DAS CORES NAS SINALIZAÇÕES .......................................... 032
3. ILUMINAÇÃO ESPACIAL .............................................................................. 034 3.1. ILUMINAÇÃO ESCALAR ........................................................................ 034 3.2. VETOR ILUMINAÇÃO ............................................................................ 035
4. VISÃO E PROJETO DE ILUMINAÇÃO .................................................. 036
3
4.1. VISÃO E PERCEPÇÃO .............................................................................. 037 4.2. ADAPTAÇÃO VISUAL ............................................................................ 038 4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS ......................................... 038
4.3.1. Iluminância média (nível de iluminação médio) ...................... 039 4.3.2. Contraste ....................................................................................... 040 4.3.3. Acuidade visual ............................................................................. 041 4.3.4. Desempenho visual ....................................................................... 042 4.3.5. Eficiência visual ............................................................................ 043
4.4. OFUSCAMENTO ...................................................................................... 043 5. FONTES DE LUZ ARTIFICIAL ................................................................... 045
5.1. LÂMPADAS INCANDESCENTES ......................................................... 049 5.1.1. Lâmpadas incandescentes comuns ............................................. 051 5.1.2. Lâmpadas incandescentes refletoras (espelhadas) .............. 051
5.1.3. Lâmpadas incandescentes halógenas .......................................... 052 5.2. LÂMPADAS DE DESCARGA GASOSA ................................................ 057
5.2.1. Lâmpadas fluorescentes ............................................................. 060 5.2.2. Lâmpadas a Vapor de Mercúrio ................................................ 067 5.2.3. Lâmpadas a Vapor de Sódio ....................................................... 070 5.2.4. Lâmpadas a Vapor Metálico ....................................................... 071
5.3. LÂMPADAS DE MICROONDAS ........................................................... 073 5.4. TEMPERATURA DE COR E TONALIDADE DA LUZ ........................ 075
5.4.1. Temperatura de cor correlata .................................................. 075 5.4.2. Índice de reprodução de cor .................................................... 076
6. LUMINÁRIAS ....................................................................................................... 080
6.1. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A DISTRIBUIÇÃO DO FLUXO LUMINOSO ............................................................................................... 080
6.2. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A PROTEÇÃO CONTRA CONTATOS DIRETOS OU INDIRETOS ................................................................... 083
6.3. CLASSIFICAÇÃO QUANTO A PROTEÇÃO CONTRA POEIRA E UMIDADE .................................................................................................. 084
6.4. CURVA FOTOMÉTRICA ......................................................................... 085 7. PROJETO LUMINOTÉCNICO ..................................................................... 088
7.1. VARIÁVEIS LUMINOTÉCNICAS ........................................................ 089 7.1.1. Nível de iluminação médio da tarefa ........................................ 089 7.1.2. Distribuição espacial da luz (uniformidade) ........................... 091 7.1.3. Controle do ofuscamento ............................................................ 092
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7.1.4. Distribuição das luminâncias ...................................................... 095 8. CÁLCULO DA ILUMINAÇÃO INTERNA ................................................ 097
8.1. MÉTODO PONTO A PONTO .................................................................. 097 8.1.1. Fontes puntiformes ...................................................................... 097 8.1.2. Fonte luminosa linear ................................................................... 099 8.1.3. Fonte luminosa superficial .......................................................... 100
8.2. MÉTODO DA ILUMINÂNCIA MÉDIA (MÉTODO DOS LUMENS) ..................................................................... 101
8.3. MÉTODO DO FLUXO TRANSFERIDO (DIFERENÇAS FINITAS) ..................................................................... 104
9. ROTEIRO DE CÁLCULO PARA O MÉTODO DA ILUMINÂNCIA
MÉDIA ...................................................................................................................... 105 9.1. ESCOLHA DO NÍVEL DE ILUMINAMENTO (EPHT) ......................... 105 9.2. DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DO AMBIENTE (K) ........................ 105 9.3. ESCOLHA DAS LÂMPADAS E LUMINÁRIAS .................................. 105 9.4. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE UTILIZAÇÃO (CU) .... 106 9.5. DETERMINAÇÃO DO FATOR DE DEPRECIAÇÃO (FD) ................. 108 9.6. DETERMINAÇÃO DO FLUXO TOTAL (φTotal) ................................... 108 9.7. CÁLCULO DO NÚMERO DE LUMINÁRIAS ...................................... 108 9.8. DISTRIBUIÇÃO DAS LUMINÁRIAS ................................................ 108
10. SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ESPECIAL DE EMERGÊNCIA . 110
10.1. INTRODUÇÃO ......................................................................................... 110 10.2. CLASSIFICAÇÃO ................................................................................... 110
10.2.1. Função específica ....................................................................... 110 10.2.2. Fonte alimentadora .................................................................... 111 10.2.3. Condição de permanência ......................................................... 112
10.3. PROJETO DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO ................................... 112 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................ 114
ANEXOS
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EMBED PI3.Image
ISAAC NEWTON (1642 – 1727)
ILUMINAÇÃO PREÂMBULO "Por que estudar a luz?"
Na sociedade moderna as pessoas passam a maior parte do tempo em ambientes iluminados parcialmente por aberturas, mas predominantemente iluminados artificialmente. Nas estradas, à noite, estamos totalmente dependentes dos faróis dos veículos e das luminárias das ruas para nossa segurança. Desta forma, a maior parte do ambiente que vemos, seja de trabalho ou não, é iluminado artificialmente.
Iluminação inadequada pode causar desconforto e fadiga visual, dor de cabeça, ofuscamento, redução da eficiência visual ou mesmo acidentes. Iluminação artificial é também um dos sistemas que mais consome energia no ambiente construído. Boa iluminação aumenta a produtividade, gera um ambiente mais prazeiroso e pode também salvar vidas. Portanto, garantir uma iluminação adequada é uma das principais responsabilidades não só dos projetistas, mas também de administradores e autoridades locais. A BASE FÍSICA - LUZ
Várias teorias tem sido utilizadas para descrever o fenômeno da luz. Estas teorias são: A Teoria Corpuscular, a Teoria da Onda, a Teoria Eletromagnética, a Teoria do Quantum e finalmente uma Teoria de Unificação.
Teoria do Corpuscular Esta foi a teoria defendida por Isaac Newton (1642-
1727), que no século XVII imaginou que a luz poderia ser constituída de partículas. Como esta teoria passou a explicar a maior parte dos fenômenos e fatos conhecidos na época, Newton não quis ir adiante em suas pesquisas, e esta idéia tornou-se popular entre seus seguidores. Esta teoria está baseada nos seguintes princípios:
Corpos luminosos emitem energia radiante em partículas; Que estas partículas são lançadas
intermitentemente em linha reta; Que as partículas atingem a retina e estimulam
uma resposta que produz uma sensação visual.
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CRISTIAAN HUYGENS (1629 – 1695)
(Fonte: BURNIE [1994])
JAMES CLERK MAXWELL (1831 – 1879)
(Fonte: BURNIE [1994])
Teoria das Ondas Embora a teoria corpuscular fosse amplamente aceita,
o físico holandês Cristiaan Huygens (1629-1695) não se deixou convencer por ela e em 1690 lançou uma série de argumentos que o levavam a crer que a luz deslocava-se em ondas. O que o levou a defender a teoria das ondas ao invés da teoria das partículas, foi a imensa velocidade com que a luz se deslocava. Os princípios básicos da teoria das ondas são os seguintes:
A luz era resultante da vibração molecular de materiais luminosos; Estas vibrações eram transmitidas através de uma
substância invisível e sem peso que existia no ar e no espaço, denominada “éter luminífero”; As vibrações transmitidas atuam na retina,
simulando uma resposta que produz uma sensação visual.
Anos depois, o físico Charles Wheatstone (1802-1875) criou o modelo ondulatório que
mostrava como as ondas luminosas se comportavam. O modelo de Wheatstone mostrava que o éter luminoso fazia o transporte vibrando em ângulo reto com as ondas luminosas, ao contrário do que acreditava Huygens, para ele o éter vibrava na mesma direção da luz, se espremendo e esticando enquanto transportava as ondas. Atualmente, sabe-se que o éter luminoso não existe.
Thomas Young (1773-1829) juntamente com Augustin Fresnel (1788-1827) conseguiu
reunir importantes evidências para validar a teoria ondulatória. Young foi o primeiro a concluir que as cores diferentes são produzidas por diferentes comprimentos de onda.
Teoria Eletromagnética Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian
Oersted (1777-1851) verificou que a posição da agulha de uma bússola era modificada quando esta estava ao lado de um fio condutor percorrido por corrente elétrica. Na mesma época o físico e matemático francês André Marie Ampère (1775-1836) demostrou que dois fios condutores percorridos por corrente elétrica sofriam uma força de atração ou repulsão, dependendo do sentido da corrente elétrica. Neste momento ficou claro que eletricidade e magnetismo se relacionavam de algum modo. Em 1865, o físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) explicou matematicamente esse relacionamento, elaborando a teoria do eletromagnetismo. Maxwell percebeu que ao fazer uma corrente elétrica oscilar em dois sentidos, para frente e para trás, esta produz ondas eletromagnéticas variáveis que se irradiam a uma grande velocidade. Em seus cálculos ele
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MAX PLANCK (1858 – 1947)
demonstrou que estas ondas eletromagnéticas se deslocavam a velocidade da luz, o que o levou a concluir que a própria luz era uma forma de onda eletromagnética. A teoria defendida por Maxwell baseia-se nos seguintes princípios:
Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante; A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnéticas; As ondas eletromagnéticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz
uma sensação visual.
Teoria Quântica
No final da década de 1850, o físico alemão Gustav Kirchoff (1824-1887) descobriu que todos os átomos podem emitir ou absorver determinados comprimentos de onda. Esta descoberta demonstrou a existência de fortes ligações entre os átomos e a luz. Até o final do século XIX os físicos acreditavam que a luz e outras formas de radiação eletromagnética eram fluxos contínuos de energia. No entanto, no início do século XX essa concepção começou a apresentar vários problemas teóricos. Max Planck (1858-1947) desafiou a todos sugerindo que a energia na radiação não era contínua, mas dividida em minúsculos pacotes, ou quanta. Sua teoria quântica mostrou que em certas circunstâncias a luz podia ser concebida como partículas, como acreditavam os seguidores da teoria corpuscular de Isaac Newton.
O átomo é formado por um núcleo pequeno e denso,
circundado por elétrons, as mesmas partículas que produzem a corrente elétrica. Os elétrons possuem tanto mais energia quanto mais afastados estiverem do núcleo. Se um elétron desloca-se de uma órbita externa para outra mais interna, ele perde energia, que é liberada como um quantum de luz, ou fóton. A maioria dos átomos possui muitos elétrons e muitos níveis de energia. Os comprimentos de onda da luz que cada elétron pode produzir dependem da quantidade de energia liberada quando ele cai de uma órbita para a outra. Juntos, esses diversos comprimentos de onda dão ao átomo seu espectro de emissão característico, cujo exame permite aos cientistas identificar o tipo de átomo que o produziu.
A teoria defendida por Planck possui as seguintes premissas: A energia é emitida e absorvida em quantum, ou fóton; A magnitude de cada quantum é determinada pelo produto de “h” e “f”, onde “h” é a
constante de Planck (6,626x10-34 J.s), e “f” é a freqüência de vibração do fóton em Hertz.
Teoria de Unificação Esta teoria foi proposta pelo físico francês De Broglie (1892-1987) e o físico alemão
Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte:
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Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja duração é determinada pela EQUAÇÃO 1.1:
(1.1)
Onde: “λ” é o comprimento de onda; “h” é a constante de Planck; “m” é a massa e; “v” a velocidade da partícula.
É impossível determinar simultaneamente todas as propriedades que são distintas de
uma onda ou de um corpúsculo. Esta teoria foi proposta pelo físico francês De Broglie (1892-1987) e o físico alemão
Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte: Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja
duração é determinada pela EQUAÇÃO 1.1:
(1.1)
Onde: “λ” é o comprimento de onda; “h” é a constante de Planck; “m” é a massa e; “v” a velocidade da partícula.
É impossível determinar simultaneamente todas as propriedades que são distintas de uma onda ou de um corpúsculo.
As teorias, quântica e das ondas eletromagnéticas, fornecem a explicação de todas as
características da energia radiante que interessam a engenharia de iluminação. Luz, ou radiação visível, é energia em forma de ondas eletromagnéticas capazes de
excitar o sistema humano olho-cérebro, produzindo diretamente uma sensação visual. Ao contrário do som ou vibração, que são vibrações mecânicas, ondas eletromagnéticas não
v mh⋅
=λ
LOUIS DE BROGLIE (1892 – 1987)
WERNER HEISENBERG (1901 – 1976)
v mh⋅
=λ
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necessitam do meio para sua transmissão. Elas passam através de sólidos, líquidos ou gases, mas se propagam mais eficientemente no vácuo, onde não há nada para absorver a energia radiante.
O espectro eletromagnético, mostrado na FIGURA 1.1, cobre uma grande variedade de
energia radiante, classificadas de acordo com a magnitude de suas freqüências ou comprimento de onda. Numa extremidade do espectro, de grande comprimento de onda (milhares de metros; baixa freqüência) encontram-se as ondas de rádio, enquanto na outra ponta, estão os raios gama e raio X com comprimentos de onda na ordem de 10-12 m (alta freqüência). Apenas uma pequena parte desta energia radiante é percebida pelo olho humano; sendo denominada "luz". Esta radiação visível situa-se no espectro entre 380nm a 780 nm. O sistema olho-cérebro não só percebe a radiação dentro desta faixa, mas também é capaz de descriminar diferentes comprimentos de onda para produzir a sensação de cor.
FIGURA 1.1 – Espectro eletromagnético (comprimentos de onda em nanometros). Radiação ultravioleta
As ondas de ultravioleta possuem mais energia do que a luz e as ondas de infravermelho.
A radiação ultravioleta, em função de seus efeitos, pode ser dividida em três parcelas, ultravioleta A, B e C. A radiação ultravioleta UV-A (315 a 400 nm), embora seja a menos prejudicial a saúde humana, ela é capaz de penetrar profundamente nas camadas da pele, destruindo gradativamente sua elasticidade causando assim o envelhecimento precoce. Superfícies fluorescentes quando bombardeadas por este tipo de radiação são capazes de emitir luz, por isso a radiação UV-A é também conhecida como luz negra. O UV-A também é utilizado em seções de bronzeamento e em tratamentos fototerápicos.
A radiação UV-B (280 a 315 nm) é a parte mais destrutiva da radiação ultravioleta, pois possui energia suficiente para danificar tecidos biológicos (queimaduras). Este tipo de radiação é conhecido por causar câncer de pele. A camada de ozônio da atmosfera é capaz de bloquear a maioria da radiação UV-B extraterrestre, por isso uma pequena diminuição desta camada poderá aumentar dramaticamente o perigo de câncer de pele na população humana.
Raios Gama Ultravioleta
Raios X
10-5 10-3 10-1 101 103 105 107 109 1011
400 500 600 700 nm
Violeta
Azul
Verde
Amarelo
Laranja
Vermelho
Microondas Ondas de
Rádio Infravermelho
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A radiação UV-C (100 a 280 nm) é praticamente absorvida em sua totalidade pelo ar.
Quando os fótons de UV-C colidem com os átomos de oxigênio, existe uma troca de energia que proporciona a formação do ozônio. Este tipo de radiação raramente é observado na natureza, visto que rapidamente é absorvido pela atmosfera. Lâmpadas germicidas UV-C são freqüentemente utilizadas para purificar o ar e a água, pela sua capacidade de matar bactérias, fungos e microorganismos. Luz
A parcela da radiação eletromagnética compreendida entre os comprimentos de onda de
380 a 780 nm é conhecida como luz, sendo a faixa do espectro que o olho humano consegue perceber. Dependendo do comprimento de onda será a cor da luz percebida pelo olho humano. Nos comprimentos de onda de 380 a 440 nm tem-se a cor violeta, de 440 a 500 nm a cor azul, de 500 a570 nm a cor verde, de 570 a 590 nm a cor amarela, de 590 a 630 nm a cor laranja e finalmente de 630 a 780 nm a cor vermelha. Radiação infravermelho
A radiação eletromagnética nos comprimentos de onda do infravermelho possui menos quantidade de energia por fóton do que a radiação ultravioleta e a luz. Este tipo de radiação é percebido na forma de calor. Os equipamentos de visão noturna ampliam a radiação infravermelha e tornam visíveis as pessoas e os equipamentos que estão escondidos na escuridão. Além de tornar visível a escuridão, a radiação infravermelha também tem aplicações na industria, agricultura e medicina. Para a geração de infravermelho utilizam-se lâmpadas de onda curta (780 a 1.400 nm), onda média (1.400 a 3.000 nm) e onda longa (3.000 nm a 1 mm). 1. FOTOMETRIA
O termo fotometria, originado diretamente do grego (φωs - luz; µετου - medida) é definido simplesmente como:
"o ramo da ciência que trata da medição da luz".
A fotometria lida com o balanço de energia nos processos de emissão, propagação e
absorção de radiação. A quantidade de radiação pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu efeito sobre o receptor: o olho humano, a película fotográfica, a pele humana, etc. Dependendo do receptor, o resultado será avaliado nas unidades físicas habituais ou em unidades especiais, como unidades de luz (ou fotométricas), unidades fotográficas ou unidades eritêmicas.
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JOHANN HEINRICH LAMBERT
(1728 – 1777)
A teoria fotométrica, formulada por Pierre Bouguer (1698-1758) e elaborada matematicamente por J.H. Lambert (1728-1777), esteve completamente esquecida até meados de 1900 quando, com o surgimento da lâmpada elétrica, a humanidade pode aspirar a uma melhor iluminação artificial. Inicialmente, o projetista só necessitava de métodos de cálculo da iluminação produzida por fontes puntuais. Entretanto, com o crescente interesse na iluminação natural (grandes fontes de luz superficiais), projeto de luminárias, propriedades das superfícies quanto à absorção, transmissão e reflexão da luz e uma série de outros problemas, a fotometria tomou seu primeiro impulso na direção de uma generalização.
No primeiro quarto deste século, os projetistas só estavam preocupados em obter a iluminação necessária nos planos de trabalho (iluminação planar). A experiência prática tem mostrado que este critério pode ser bastante inadequado, dependendo da atividade visual considerada. Novos conceitos têm aparecido para explicar e gerar um embasamento teórico para a expressão "qualidade da iluminação", que tem sido entendida como todas aquelas propriedades que o projetista não consegue caracterizar com números (quantificar). 1.1. GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS
As grandezas físicas descritas a seguir podem ser classificadas de acordo com dois critérios independentes:
Composição espectral da radiação: as grandezas físicas relacionadas com a totalidade do espectro são chamadas de totais e esta qualificação deve ser considerada como implícita. As grandezas relacionadas com um intervalo espectral específico dλ, centradas num comprimento de onda λ, são denominadas monocromáticas e usualmente designadas com o símbolo λ.
Distribuição espacial da radiação: diz-se hemisférica ou global a quantidade
relativa a todo o espaço no qual uma superfície emite ou recebe radiação. As grandezas são ditas direcionais quando relacionadas a uma direção de propagação da radiação específica.
1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso
Fluxo radiante é a potência [W] da radiação eletromagnética emitida ou recebida por um corpo. O fluxo radiante pode conter frações visíveis e não visíveis. Por exemplo, quando uma lâmpada é ligada não é apenas a radiação visível que é vista, a radiação térmica (infravermelho) também é sentida. O componente de qualquer fluxo radiante que gera uma resposta visual é
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chamado de fluxo luminoso - φ. A unidade no SI para fluxo luminoso é lumen [lm]. A FIGURA 1.2 mostra o fluxo luminoso típico de fontes luminosas conhecidas.
FIGURA 1.2 – Fluxo luminoso. 1.1.2. Eficiência Luminosa
Uma fonte de luz ideal seria aquela que converteria toda sua potência de entrada [W] em luz [lm]. Infelizmente, qualquer fonte de luz converte parte da potência em radiação infravermelho ou ultravioleta. A habilidade da fonte de converter potência em luz é chamada de eficiência luminosa, η:
(1.2)
FIGURA 1.3 – Conversão da potência [W] em Fluxo luminoso [lm]. A unidade de eficiência luminosa no sistema internacional de unidades é lúmen/watt
[lm/W]. A eficiência luminosa permite comparar entre duas fontes luminosas, qual delas
proporcionará um maior rendimento. Infelizmente por questões culturais muitos ainda usam a potência da fonte como termo comparativo, o que é totalmente errado. A FIGURA 1.4 mostra como muitos fabricantes apresentam as suas lâmpadas de alta eficiência. A comparação feita é em função da potência das fontes ao invés da eficiência luminosa.
consumida Potêncialuminoso Fluxo
=η
lm/W
W lm
lm 12=φ
lm 000.1=φlm 000.48=φ
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FIGURA 1.4 – Comparação entre lâmpadas. A potência elétrica da fonte luminosa possibilita estimar o consumo e a eficiência
luminosa estabelece o rendimento do sistema de iluminação. A eficiência luminosa depende do comprimento de onda da radiação. O valor máximo
teórico é de 683 lm/W o que corresponderia a uma fonte hipotética de radiação monocromática de comprimento de onda igual a 555 nm (cor verde-amarelo), comprimento este no qual a visão humana apresenta o pico de sensibilidade. A FIGURA 1.5 mostra a variação da eficiência luminosa em função do comprimento de onda. Em geral, as fontes luminosas apresentam sua energia distribuída ao longo do espectro, apresentando valores de eficiência luminosa bem abaixo dos 683 lm/W.
FIGURA 1.5– Variação da eficiência luminosa em função do comprimento de onda.
1.1.3. Intensidade Luminosa
=
9 x 100 W = 23 W
0
100
200
300
400
500
600
700
380 430 480 530 580 630 680 730 780
Comprimento de onda [nm]
Efic
iênc
ia
[lm/W
] Eficiência luminosa máxima
1 W = 683 lm
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Antes de saber o que é de intensidade luminosa é importante entender o que vem a ser
ângulo plano e ângulo sólido. Ângulo plano Define-se ângulo plano “α” como sendo o quociente entre o comprimento de arco “l” e
o raio “R” da circunferência.
(1.3) Como o comprimento de uma circunferência é de “2πR”, o ângulo plano central é de
6,28 rad. Assim sendo, 1 radiano é o ângulo plano central que subentende um arco de círculo de comprimento igual ao do respectivo raio.
Ângulo sólido Visto que a luz se propaga no espaço, tem-se a necessidade de trabalhar com ângulos
sólidos. Define-se ângulo sólido “ω” como sendo o quociente entre a área superficial “A” de uma esfera pelo quadrado de seu raio “R”.
(1.4)
FIGURA 1.7– Ângulo sólido (Fonte: RYER [1998]). A área superficial de uma esfera é de “4πR2”, logo o ângulo sólido dela será de
12,56 sr. O esterradiano [sr] é para o espaço tridimensional o mesmo que o radiano [rad] é para o
Rl
=α
αl R
FIGURA 1.6– Ângulo plano.
2RA
=ω
ω
R A
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espaço bidimensional. Um esterradiano é definido como o ângulo sólido, que tem seu vértice no centro da esfera, cuja área superficial é igual ao quadrado de seu raio (A = R2).
Intensidade luminosa Se você olhar diretamente para um farol e depois repetir a operação mais de lado, é
aparente que não é só a quantidade total de luz emitida pela fonte que é importante. A direção de propagação da luz também é vital. Luz se propagando numa dada direção, dentro de um ângulo sólido unitário, é chamada intensidade luminosa, I, e sua unidade no SI é lúmen/esterradiano ou candela [cd].
FIGURA 1.8– Intensidade Luminosa. Para fontes puntais, onde suas dimensões são muito pequenas se comparadas com a sua
distância do objeto iluminado (distância > 5 x maior dimensão da fonte), por definição, a EQUAÇÃO 1.5 é válida:
(1.5)
Uma tabela ou curva polar (curva fotométrica) da distribuição da intensidade ao redor de uma fonte pode ser confeccionada a partir de medições de intensidade luminosa. O diagrama fornece uma boa representação gráfica da distribuição espacial, enquanto a tabela é mais útil para o desenvolvimento de cálculos (FIGURA 1.9).
ωφ
=I
FIGURA 1.9– Distribuição da intensidade luminosa.
Fonte de Luz
ω
φ
Ângulo I [cd] 0o 159 5o 153
15o 146 25o 135 35o 117 45o 95 55o 71 65o 46 75o 23 85o 6
40
80
120
0o 30o330o
90o
60o
120o150o180o 210o 240o
270o
300o
Direção da intensidade luminosa
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1.1.4. Iluminância
Quando a luz emitida por uma fonte atinge uma superfície, esta superfície será iluminada. Assim, iluminância (E), é a medida da quantidade de luz incidente numa superfície por unidade de área. Sua unidade no sistema internacional é lumen/m2 ou lux [lx].
(1.6)
FIGURA 1.10– Iluminância. Na FIGURA 1.10, a fonte de luz possui uma intensidade luminosa “I” de 1 candela [cd],
ou 1 lm/sr. O fluxo luminoso se propaga sob um ângulo de 1 esterradiano [sr]. Este fluxo luminoso produzirá em uma superfície de 1 m2 que está afastada da fonte de 1 m, a iluminância de 1 lux [lx].
Observe que quanto mais distante da fonte luminosa, o fluxo luminoso se expande cada
vez mais, tornando-se menos denso. Portanto, para uma superfície a 0,5 m da fonte a área é igual a 1/4 da área a 1 m. Se a 1 m a iluminância é de 1 lux, a 0,5 m, com um fluxo luminoso bem mais denso, a iluminância é de 4 lux.
Além da distância entre a fonte e a superfície, outro fator que influência no valor da
iluminância é o ângulo entre o feixe luminoso e o vetor normal a superfície. Quando o fluxo luminoso é paralelo ao vetor normal a superfície, tem-se a iluminância máxima. Em situações em que o fluxo luminoso é perpendicular ao vetor normal a superfície a iluminância será nula (FIGURA 1.10). Para posições intermediárias, a iluminância varia de 0 ao valor máximo.
FIGURA 1.11– Variações da iluminância em função do ângulo de incidência.
1 m
1 m2
1 sr
1 cd
1 lux = 1 lm/m2
AE φ=
Nr
Nr
Emáx
E = 0
Nr
E
θφ
17
A iluminância numa superfície também pode ser relacionada com a intensidade da fonte
luminosa e a sua posição em relação ao fluxo luminoso pela EQUAÇÃO 1.7.
(1.7)
Onde: “I” é a intensidade luminosa da fonte; “d” é a distância entre a fonte e a superfície e; “θ” é o ângulo formado entre a direção da luz e a normal da superfície (FIGURA 1.11).
1.1.5. Luminância
Luminância pode ser considerada como uma medida física do brilho de uma superfície iluminada ou fonte de luz, sendo através dela que os seres humanos enxergam. A luminância é uma excitação visual e a sensação de brilho é a resposta visual desse estímulo.
Assim, luminância “L”, é definida como a intensidade luminosa por unidade de área
aparente de uma superfície numa dada direção e sua unidade no SI é candela/m2 [cd/m2]. A área aparente, A’, é a área que a superfície parece ter do ponto de vista do observador (FIGURA 1.12):
FIGURA 1.12– Luminância de uma superfície.
A EQUAÇÃO 1.8 apresenta a definição de luminância.
(1.8)
A área aparente A’ = A . cos β, onde “A” é a área real da superfície, “β” é o ângulo entre o vetor normal a superfície e a direção de observação e I(β) é a intensidade luminosa na direção considerada.
θcos2 ⋅=dIE
Nr
βA
)cos()(
')(
βββ
⋅==
AI
AI
L
18
FIGURA 1.13– Luminância.
A luminância independe da distância entre o observador e a superfície fonte de luz. Como pode ser visto na FIGURA 1.13, a medida em que o observador se aproxima, a área vista por ele diminui, mantendo constante a luminância da superfície.
Alternativamente, a luminância de uma superfície difusa pode ser calculada pela
EQUAÇÃO 1.9, onde ρ é o fator de reflexão da superfície.
(1.9)
O olho humano detecta luminâncias da ordem de um milionésimo de cd/m2 até um limite superior de um milhão de cd/m2, a partir do qual a retina é danificada. Ofuscamento, impedimento da visão, ocorre a partir de 25.000 cd/m2. Assim se explica como os olhos podem ser facilmente danificados pela visão direta da luz solar que apresenta uma luminância 1.000 vezes maior que o limite máximo.
πρ⋅
=EL
19
TABELA 1.1 - Valores de luminância de algumas fontes
Fonte Luminância [cd/m2]
Sol 1600 x 106
Céu claro 0,4 x 104
Lâmpada de tungstênio de bulbo claro (100 W) 6,5 x 106
Lâmpada de tungstênio de bulbo leitoso (100 W) 8 x 104
Lâmpada a vapor de mercúrio alta pressão (400 W) 120 x 104
Lâmpada fluorescente (80 W) 0,9 x 104
Lâmpada a vapor de sódio baixa pressão (140 W) 8 x 104
Papel branco (fator de reflexão 80%) E = 400 lux 100
Papel cinza (fator de reflexão 40%) E = 400 lux 50
Papel preto (fator de reflexão 4%) E = 400 lux 5
20
TA
BE
LA
1.2
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lum
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em
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Ilum
inân
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É
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oso
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stá
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osa
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Lu
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cuj
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las p
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2 .
Com
o m
edir
Pφ=
η
ωφ=I
AE
φ=
η I E Lφlm Wlm 2mcd
'AI
L=
21
1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAÇÃO
A intensidade luminosa "I" e a iluminância produzida "E" são correlacionadas por duas leis de propagação da luz: 1.2.1. Lei do inverso do quadrado
A iluminação numa superfície é inversamente proporcional ao quadrado da distância
entre a fonte de luz e a superfície.
(1.10)
Esta lei advém do fato que a luz é emitida a partir da fonte para o espaço; assim, quanto mais longe estiver a superfície menor é o fluxo de luz que ele irá interceptar. Por outro lado, se a distância é dobrada, a área iluminada é quadruplicada, produzindo uma redução proporcional na densidade superficial de luz incidente (FIGURA 1.14).
FIGURA 1.14 - Lei do inverso do quadrado da distância (Fonte: MOORE [1991]). 1.2.2. Lei do cosseno
A iluminação numa superfície varia com o cosseno do ângulo entre a normal à superfície e o raio de luz. Ela é máxima quando o raio é normal à superfície, ou seja, quando o ângulo de incidência θ = 0°. Em qualquer outro caso o raio de luz cobrirá uma área maior, com uma conseqüente redução no nível de iluminação (FIGURA 1.15).
(1.11)
2dIE =
)cos(2 θ⋅=dIE
Fonte de luz
r1
Superfície esférica 1
Superfície esférica 2
(4 vezes área 1)
r2 = 2.r1
22
FIGURA 1.15 - Lei do cosseno (Fonte: MOORE [1991]). 1.2.3. Lei da aditividade
Esta lei diz que a iluminação total numa superfície, produzida por várias fontes de luz, será a simples soma das iluminações produzidas por cada uma das fontes:
(1.12) 1.3. PROPRIEDADES ÓTICAS DOS MATERIAIS
Materiais expostos à luz se comportam de várias maneiras. Quando a luz incide numa
superfície, uma fração ρ do total incidente é refletida, isto é, retoma ao hemisfério de procedência sem penetrar na matéria; uma outra porção, α, é absorvido dentro do material, configurando-se num ganho de energia, enquanto a ultima fração τ pode ser transmitido (no caso de superfícies transparentes ou translúcidas) para o outro lado (ver FIGURA 1.16).
FIGURA 1.16 - Fluxo luminoso incidente em uma superfície.
Reflexão
Absorção
Transmissão
Material semitransparente
nEEEEE ++++= .......321
Ângulo de incidência (cosseno = 0,5)
Iluminância na superfície inclinada
50 lux
Distantes da fonte de luz as linhas de fluxo
luminoso são paralelas
23
Caso φi, φr, φa e φt, sejam, respectivamente, o fluxo luminoso total incidente, refletido, absorvido e transmitido, pode-se denominar:
Refletância
(1.13) Absortância
(1.14) Transmitância
(1.15)
resultando em:
(1.16) A TABELA 1.3 apresenta os coeficientes de reflexão, absorção e transmissão de alguns
materiais. TABELA 1.3 - Refletância, absortância e transmitância de alguns materiais.
Material Refletância Absortância Transmitância
Alumínio 0,55 -0,90 0,45 - 0,10
Aço polido 0,55 - 0,65 0,45 - 0,35
Níquel 0,55 0,45
Papel branco 0,70 - 0,85 0,30 - 0,10 0,10 - 0,20
Vidro transparente 0,06 - 0,08 0,04 - 0,02 0,80 - 0,90
Gesso 0,80 - 0,90 0,20 - 0,10
Branco de cal 0,80 0,20
Argamassa de cal 0,40 -0,70 0,60 - 0,30
Concreto 0,40 - 0,50 0,60 - 0,50
Tijolo 0,18 - 0,32 0,82 - 0,68
Madeira 0,15 - 0,50 0,85 - 0,50
Espelho 0,70 - 0,85 0,30 - 0,15
iφφρ r=
iφφα a=
iφφτ t=
1=++ ταρ
24
Os elementos acima representam a percentagem total de luz refletida, transmitida e absorvida, no entanto, não fornecem nenhuma informação a respeito da forma de propagação da luz imposta pela superfície após a incidência.
1.3.1. Reflexão
A FIGURA 1.17 mostra como a direção da luz refletida é afetada pela textura da
superfície, variando de difusa (luz refletida igualmente em todas as direções) a especular (luz refletida somente numa direção, isto é reflexão de espelho). Superfícies rugosas refletem de modo predominantemente difuso, independente do ângulo de incidência, fazendo que, desta forma, a luminância da superfície seja resultado apenas da iluminação no plano da mesma e de sua refletância (FIGURA 1.17a). Superfícies polidas e brilhantes produzem reflexão especular (de espelho), com o raio de luz refletido localizando-se no plano de incidência e com ângulo de reflexão igual ao de incidência (FIGURA 1.17b). A reflexão especular é dita "como de espelho" porque ela mantém a aparência, direcionalidade e tamanho da fonte original. Superfícies que refletem especularmente podem ser bastante úteis, mas igualmente prejudiciais caso as reflexões não sejam adequadamente controladas. Entretanto, em geral, as superfícies encontradas na prática não são nem perfeitamente difusas nem especulares, refletindo luz em várias direções em diferentes proporções (FIGURA 1.17c).
O uso adequado de reflexões compostas (semi-difusa ou semi-especular) pode ser
bastante útil para o controle da direção da luz direta e/ou para suavizar as imagens.
FIGURA 1.17 - Reflexão de superfície especular, difusa e composta.
1.3.2. Absorção Parte do fluxo luminoso incidente em uma superfície não é refletido nem transmitido,
passando a ser absorvido por ela. A parcela absorvida pela superfície depende das características da mesma, sendo que sua cor será definida em função das parcelas do fluxo luminoso incidente que é absorvido e refletido.
1.3.3. Transmissão A transmissão de luz através de superfícies não opacas ocorre de um modo similar ao do
mecanismo de reflexão. A luz pode ser transmitida tanto de maneira difusa como colimada ou
(a) (b) (c)
25
mesmo de uma forma combinada, produzindo resultados distintos no ambiente lumínico (ver FIGURA 1.18).
FIGURA 1.18 - Transmissão de superfície especular, difusa e composta.
A transmitância de uma superfície é afetada pelo ângulo de incidência e pelas características difusoras da mesma. Novos tipos de vidro têm sido estudados e propostos no sentido de aumentar a transmissão da luz natural e a reflexão da radiação térmica.
1.3.4. Refração O fenômeno de refração da luz ocorre quando a luz atravessa materiais com índices de
refração distintos; a direção do facho de luz e alterada durante sua trajetória através do material. Esta modificação na direção é causada por uma modificação na velocidade da luz. A velocidade diminui se o novo meio é mais denso do que o primeiro, e aumenta, quando este meio é menos denso. A modificação na velocidade é seguida por um desvio da luz que é conhecido como refração (ver FIGURA 1.19).
FIGURA 1.19 - Refração da luz entre dois meios diferentes.
α1
α1
α2
η1
η2
η1
(a) (b) (c)
26
TABELA 1.4 - Índices de refração.
Meio Índice de refração (η)
Ar 1,00
Água 1,33
Vidro comum 1,50 - 1,54
Cristal 1,56 - 1,78
A lei da refração é descrita pela EQUAÇÃO 1.17, onde η1 e η2 são os índices refrativos
do primeiro e segundo meio respectivamente, α1 o ângulo de incidência do fluxo luminoso e α2 o ângulo de refração da luz.
(1.17)
A TABELA 1.4 fornece alguns índices de refração. Como pode ser visto o índice de
refração do ar é 1 (ηar =1), o que torna a EQUAÇÃO 1.17 mais simples, resultando na EQUAÇÃO 1.18.
(1.18)
Como o ângulo de refração muda
com o comprimento de onda, através da dispersão em prismas é possível promover a separação da luz branca em suas cores integrantes.
)sen()sen(
1
2
2
1
αα
ηη
=
)sen()sen( 221 αηα ⋅=
27
2. COR
Cor é uma importante consideração no projeto de iluminação; é possível que uma instalação de iluminação seja tecnicamente correta quanto a garantir luz suficiente e, ainda assim, causar insatisfação pelo efeito incorreto das cores.
A maioria das superfícies mostra propriedades de reflexão seletivas. Elas absorvem certos comprimentos de onda da luz incidente e, consequentemente, a composição espectral da luz refletida é diferente. Esta luz refletida determina a aparência da cor da superfície. Estudos e experiências têm demonstrado que a cor tem influência sobre a saúde, o bom humor e o rendimento das tarefas, possibilitando a obtenção de:
reações psicológicas positivas; interesse visual; aumento de produtividade; melhoria no padrão de qualidade; menor fadiga visual; redução do índice de acidentes.
Fisicamente, cor é uma parte do espectro de ondas eletromagnéticas que, ao estimular o
olho humano, permite a distinção de diferenças na qualidade da sensação visual. Portanto, como qualquer fenômeno físico, cor é mensurável em relação a uma unidade. Um corpo que, sob uma luz branca (vermelho+azul+verde) apresentar uma coloração avermelhada, é porque está refletindo as ondas de comprimento acima de 650 nm e absorvendo as demais.
FIGURA 1.20 - Incidência de luz branca em uma superfície avermelhada.
Sob um ponto de vista subjetivo, a cor é a resposta a um estímulo luminoso captado pelo olho e interpretado no cérebro. Assim, a cor é uma sensação que depende de diversos fatores, tais como: posição que ocupa dentro de um conjunto de cores, iluminação que recebe, composição com outras cores, etc.
Quando duas ou mais cores são superpostas, gera-se uma cor diferente das que lhe deram origem. Existem dois processos através dos quais é possível misturar cores:
superposição de luzes coloridas (cor luz); mescla de pigmentos (cor pigmento).
28
No processo de superposição de luzes coloridas, ocorre o somatório dos comprimentos
de ondas, razão pela qual denomina-se de mistura aditiva. É possível, desta forma, obter-se todas as cores do espectro partindo-se das chamadas cores fundamentais: vermelho, azul e verde. A mistura aditiva sempre produz uma cor mais clara. Este processo de superposição de luzes é o que se utiliza nos tubos de imagem de televisores coloridos, sendo que o branco resulta da soma das três cores fundamentais e o preto corresponde a ausência de luz.
FIGURA 1.21 - Mistura aditiva (cor luz).
No caso de mescla de pigmentos, ocorre um processo de absorção de parte da luz incidente produzindo uma diminuição dos comprimentos de onda refletidos. Este processo é chamado de subtrativo e as cores básicas são: vermelho, azul e amarelo. Mistura subtrativa sempre produz uma cor mais escura que as originais. O preto é obtido pela soma das três cores básicas de pigmento, que juntas absorvem todos os comprimentos de onda.
FIGURA 1.22 - Mistura subtrativa (cor pigmento) 2.1. CLASSIFICAÇÃO DAS CORES
Ao se descrever uma superfície vermelha a uma outra pessoa, ela tem uma idéia geral sobre a mesma, o problema surge quando se ordena a essa pessoa que reproduza esta superfície
29
FIGURA 1.23 - Círculo de cores de Munsell (Fonte: FITT [1997]).
vermelha com exatidão. Surge então a necessidade de especificar a cor com precisão (Qual seu colorido?; Qual seu brilho?). Um dos primeiros sistemas criados e também um dos mais conhecidos de classificação de cores, foi desenvolvido em 1915 pelo americano Albert H. Munsell baseado em três atributos distintos:
Matiz (ou Tom): é a qualidade que distingue uma cor da outra, é o conceito de cor usando os termos comuns das cores, vermelho, amarelo, azul, etc, com cores de transição e outras subdivisões. A matiz depende do comprimento de onda dominante.
Valor (brilho): é a medida subjetiva de refletância, aparência clara ou escura de acordo
com uma escala de 0 (preto) a l0 (branco). Na prática são encontrados valores de 1 a 9 definindo uma escala cromática de valores, que pode ser convertida em refletância, diretamente relevante para o projeto de iluminação:
(1.19) Saturação (ou croma): é dada pela intensidade ou pureza da cor. Munsell estabeleceu
uma escala ascendente de até 14 graus para correlacionar as diferenças entre a cor pura e o cinza neutro.
Neste sistema, cada cor possui uma notação feita em três partes: Matiz-Valor/Saturação. Deste modo um certo tom (matiz) de verde com um valor médio na escala de brilho (valor) e com 8 graus distante do cinza neutro será representado da seguinte forma: 5G-5/8.
100)1( −⋅
=VVρ
30
FIGURA 1.24 - Diagrama de cromaticidade (Fonte: FITT [1997]).
Um outro sistema de especificação de cores, não tão simples como o sistema proposto
por Munsell, foi proposto em 1931 pela CIE (Commission International de L'Eclairage). O sistema proposto pela CIE é baseado no seguinte procedimento:
coloca-se um observador em frente a uma tela branca; em uma metade da tela é projetada uma fonte de luz arbitrária (fonte teste); na outra metade da tela é projetada uma combinação das três cores primárias de luz
(vermelho (λ=700 nm), verde (λ=546,1 nm) e azul (λ=435,8 nm)); observador tem que ajustar a intensidade das três cores primárias até que ambos os
lados da tela apresentem a mesma cor e o mesmo brilho. Cabe salientar que, embora os dois lados da tela tenham a mesma cor, eles podem não
possuir a mesma composição espectral e que as quantidades de luz vermelha, verde e azul que especificam a cor observada são valores únicos para a mesma.
Esta classificação é feita em função de três componentes denominados valores
tristímulos, que são representados pelas letras X, Y e Z. As variações dos valores tristímulos que ocorrem em função do comprimento de onda da radiação, permitem a elaboração de três curvas que delimitam áreas iguais com o eixo das abscissas. A FIGURA 1.24 mostra a representação gráfica dos tristímulos.
31
FIGURA 1.25 - Valores dos tristímulos.
Com a representação dos valores tristímulos em um sistema de eixos cartesianos, é possível construir um diagrama com todas as cores do espectro visível. Porém, esta representação não é tão simples por se tratar de um sistema tridimensional. Com o objetivo de transformar o sistema tridimensional em um bidimensional, os valores tristímulos X, Y e Z foram dividido pela soma dos mesmos, resultando nas seguintes equações:
(1.20)
(1.21)
(1.22)
A soma dos três valores conhecidos como coordenadas de cromaticidade (x, y e z) é igual a 1.
ZYXXx++
=
ZYXYy++
=
ZYXZz++
=
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
380 430 480 530 580 630 680 730 780
Comprimento de onda [nm]
Tri
stím
ulos
32
(1.23)
Utilizando-se dois coeficientes tricromáticos (x e y) é possível traçar um diagrama
bidimensional que represente todas as cores do espectro. Este gráfico representado no espaço bidimensional recebe o nome de Diagrama de Cromaticidade (FIGURA 1.26). Todas as cores possíveis da combinação das cores primárias de luz (vermelho, verde e azul) estão dentro da área limitada pela curva e pela reta conhecida como linha das púrpuras, tendo em sua região central o branco de referência (x=0,33, y=0,33) com temperatura de cor correlata de 9600 K.
FIGURA 1.26 - Diagrama de Cromaticidade (Fonte: FITT [1997]).
1=++ zyx
33
Figura 1.27: Valores do Sistema Munsell e refletâncias
34
2.2. TEMPERATURA DA COR CORRELATA
Um corpo aquecido emite radiação eletromagnética, cujo comprimento de onda depende da temperatura do emissor. Com temperaturas até 600 K os comprimentos de onda são maiores que os da faixa visível. Com o aumento da temperatura, o espectro se move para a porção visível. Em torno de 6.000 K (radiação solar) a emissão está centrada na banda visível. A cor da radiação pode ser definida de acordo com a temperatura do emissor, isto é, temperatura que um corpo negro deve ter para emitir um espectro similar ao da fonte de luz - temperatura da cor correlata em K. A TABELA 1.4 mostra a temperatura que o corpo negro deve atingir para emitir luz colorida.
TABELA 1.4 - Temperatura da cor correlata da luz colorida.
Cor da luz TCC [K]
Vermelho 800 - 900
Amarelo 3.000
Branco 5.000
Azul 8.000 - 10.000
Azul brilhante 60.000 - 100.000
Cabe salientar que a referência feita a cores quentes ou frias (quanto a sua aparência) tem o significado inverso ao da temperatura da cor. O vermelho "quente" tem na verdade a menor temperatura da cor, enquanto o azul "frio" é emitido pelos corpos a mais alta temperatura. 2.3. APARÊNCIA DE COR
As fontes de luz podem ser divididas, com uma certa aproximação de acordo com sua aparência de cor e temperatura de cor correlata (ver TABELA 1.5).
TABELA 1.5 - Aparência de cor.
Aparência de cor TCC [K]
Fria (Branca-azulada) > 5.000
Intermediária (Branca) 3.300 - 5.000
Quente (branca-avermelhada) < 3.000
Diversas experiências têm mostrado que para uma iluminação de boa qualidade, a aparência de cor das fontes de luz deve estar de acordo com o nível de iluminação. A TABELA 1.6 mostra a aparência de cor em função do nível de iluminação para ambientes iluminados com lâmpadas fluorescentes. Analisando a TABELA 1.6 nota-se que quanto maior for o nível de
35
iluminação, maior deve ser a temperatura de cor, proporcionando ao ambiente uma aparência de cor mais fria.
TABELA 1.6 - Variação da aparência de cor em função do nível de iluminação.
Aparência de cor da luz
Quente Intermediária Fria
< 500 agradável neutra fria
500 - 1.000
1.000 - 2.000 estimulante agradável neutra
2.000 - 3.000
> 3.000 inatural estimulante agradável 2.4. REPRODUÇÃO DAS CORES
Embora a luz branca contenha as sete cores do espectro, nem todas as fontes de luz branca, tais como lâmpadas, luz natural ou solar, contém iguais quantidades de cada cor. Por exemplo, luz do sol ao meio-dia apresenta um espalhamento das cores bastante uniforme (FIGURA 1.27a), enquanto uma lâmpada incandescente contem uma grande quantidade de vermelho (FIGURA 1.27b). Lâmpadas fluorescentes são normalmente deficientes no vermelho, mas apresentam picos de amarelo/verde e algumas partes de azul (FIGURA 1.27c). Lâmpadas de vapor de mercúrio são deficientes no azul (FIGURA 1.27d).
FIGURA 1.27 - Curva de distribuição espectral de algumas fontes de luz.
Iluminância [lux]
(a) (b)
(c) (d)
36
A cor da superfície a ser percebida é, obviamente, influenciada pelo conteúdo de cores da fonte luminosa - este efeito é chamado de reprodução da cor. Veja na TABELA 1.7 como uma luz colorida pode realçar ou distorcer a cor dos objetos. É, portanto, importante que as fontes de luz proporcionem uma reprodução das cores correta de acordo com os objetivos específicos do projeto. Por exemplo, museus, galerias de arte, indústrias têxteis, vitrines, açougues, etc.
TABELA 1.7 - Influência da cor da luz na cor dos objetos.
Cor da luz
Amarelo Vermelho Azul Verde
Amarelo Amarelo brilhante
Laranja avermelhado
Marrom claro
Amarelo limão
Vermelho Laranja brilhante
Vermelho brilhante
Vermelho azulado
Vermelho amarelado
Azul Púrpura claro
Púrpura escuro
Azul brilhante
Azul verdoso
Verde Verde amarelado
Verde oliva Azul verdoso
Verde brilhante
A reprodução de cor pode ser classificada, sendo o índice de reprodução de cor Ra da
CIE (Commission Internacionale L'Eclairage) o mais comum. Este índice é derivado de um jogo de 8 cores teste, que são iluminadas por uma fonte de luz de referência (Ra = 100) e a fonte de luz a ser testada. Compara-se visualmente para definir quão próximo a luz de teste reproduz as cores vistas sob a fonte de referência. A TABELA 1.8 apresenta as faixas de variação.
TABELA 1.8 - Classificação das fontes de luz conforme o índice de reprodução de cores.
Grupo de
reprodução de cor
Índice de
reprodução de cor Aplicação típica
1A Ra ≥ 90 Situações especiais de controle de cor apurado
1B 80 ≤ Ra < 90
Quando é necessário um bom julgamento de cor, sua reprodução e aparência (indústrias têxteis, gráficas, lojas, museus, hospitais, residências, hotéis, etc.)
2 60 ≤ Ra < 80 Reprodução de cor moderada (escritórios, indústrias em geral, escolas, lojas, etc.)
3 40 ≤ Ra < 60 Quando a reprodução de cor não é importante, mas não se quer distorções em excesso.
4 20 ≤ Ra < 40 Reprodução de cor é desprezível (iluminação pública)
Cor do objeto
37
TABELA 1.9 - Índices de reflexão média das cores (refletância).
Cor Refletância [%]
Branco teórico 100 Branco de cal 80 Amarelo 70 Amarelo limão 65 Verde limão 60 Amarelo ouro 60 Rosa 60 Laranja 50 Azul claro 50 Azul celeste 30 Cinza neutro 30 Verde oliva 25 Vermelho 20 Azul turquesa 15 Púrpura 10 Violeta 05 Preto 03 Preto teórico 00
2.5. USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO
Um ambiente de trabalho que apresente uma utilização adequada das cores proporcionará aos seus usuários uma atmosfera agradável, segura e com menos propensão de danos a sua saúde. Este ambiente agradável diminuirá os riscos de fadiga visual evitando assim falhas na execução das tarefas, logo, resultará em um aumento de produtividade.
Ao escolher a cor dos ambientes de trabalho, deve-se dar preferência a tons suaves, pois
embora as cores vivas sejam mais interessantes, elas se tornaram cansativas para aqueles que terão que passar uma jornada de trabalho de 8 horas ou mais neste ambiente. Isto não quer dizer que o uso de cores vivas deve ser descartado, muito pelo contrário, existem certos ambientes que elas proporcionarão um efeito psicológico muito mais eficaz, tais como: halls de entrada, salas de espera, salas de lazer, etc.
O fator climático é um dos determinantes na hora do planejamento cromáticos dos
ambientes de trabalho. Em locais de clima quente, deve-se dar preferência aos tons azuis e verde claro, que estão associados a frescura das águas, da relva e das folhagens, evitando-se sempre o uso do amarelo, que lembra o fogo e o sol. Embora a utilização das cores frias traga uma sensação de frescor e tranqüilidade, elas poderão tornar o ambiente monótono e ao mesmo tempo depressivo. Quando o clima é mais frio deve-se optar por cores que dêem a sensação de calor, como o amarelo, laranja e o vermelho.
Além dos aspectos
psicológicos e decorativos que as cores possuem, o que realmente interessa para iluminação do ambiente de trabalho são as suas propriedades de reflexão da luz. A utilização de cores com altos índices de reflexão poderá melhorar significativamente o rendimento do sistema de iluminação, podendo-se aumentar o nível de
38
iluminamento geral do ambiente sem que seja necessário aumentar o fluxo luminoso das fontes de luz. Na TABELA 1.9 são apresentados os índices de reflexão média de algumas cores.
O planejamento cromático de um determinado local de trabalho depende de vários fatores, tais como: atividade a ser desenvolvida no local, as dimensões do espaço, o tipo de iluminação a ser utilizado, o perfil do usuário (sexo, idade e cultura), etc. Neste planejamento o teto, as paredes e o piso deverão receber um tratamento diferenciado.
Cores de tetos e forros: Na escolha da cor do teto deve-se optar por cores mais claras. Quanto mais estas se aproximem do branco, melhor serão as condições de iluminação do ambiente. A luz difusa refletida pelo teto proporcionará uma melhor uniformidade dos níveis de iluminação do ambiente, reduzindo os problemas de sombras excessivas e de ofuscamentos produzidos por reflexões dirigidas. Cores de paredes: O fundo de qualquer ambiente é limitado por suas paredes, e sobre este fundo se destaca tudo que nele existe. É para este fundo que a visão é direcionada quando se afasta de sua atividade, portanto, deve-se evitar diferenças acentuadas entre a cor do plano de trabalho e o fundo, pois isto exigirá do olho um grande esforço de adaptação a nova cor, resultando em uma fadiga visual. A cor das paredes e do plano de trabalho deverá sempre que possível possuir o mesmo tom. Pisos: Recomenda-se que o piso tenha uma cor mais escura que as que foram utilizadas para as paredes e o teto.
Na TABELA 1.10 apresentam-se os valores recomendados de refletância para teto,
paredes de piso.
TABELA 1.10 - Refletâncias recomendadas para teto, paredes e piso.
Superfície Refletância [%]
Teto 90 - 70
Paredes 70 - 50
Piso 40 - 20 2.6. USO DAS CORES NAS SINALIZAÇÕES
A grande vantagem do uso das cores para sinalização é que ela possibilita uma reação instantânea no observador. Um cartaz faz com que um observador pare, leia, analise e só então depois de todas estas etapas, tome a atitude recomendada pelo mesmo. Para que com as cores a reação fosse imediata, foi necessária uma uniformidade na aplicação destes sinais, de tal forma que o seu significado seja sempre o mesmo.
A norma brasileira NB-76/59 determina as cores dos locais de trabalho com a finalidade de evitar acidentes. A aplicação de cada uma das cores é mostrada na TABELA 1.11.
39
TABELA 1.11 - Aplicação das cores com a finalidade de evitar acidentes.
Cor Aplicação
Vermelho Indicar equipamentos de combate a incêndio (extintores, hidrantes)
Alaranjado Identificar partes móveis e perigosas de máquinas e equipamentos (polias, engrenagens)
Amarelo Em escadas, vigas, partes salientes de estruturas, bordas perigosas como um sinal de advertência "cuidado"
Verde Identificar equipamentos de primeiros socorros, macas, e quadros para exposição de cartazes sobre segurança
Azul Indicar equipamentos fora de serviço e fontes de energia
Púrpura Indicar os perigos provenientes de radiações eletromagnéticas e de partículas nucleares
Branco Demarcar áreas de corredor e locais de armazenagem, localização de equipamentos de socorros, combate ao incêndio, coletores de resíduos e bebedouros
Preto Indicar os coletores de resíduos. A TABELA 1.12 apresenta algumas cores fixadas pela norma brasileira NB-54/57 para
tubulações, outros códigos poderão ser obtido consultando-se a norma.
TABELA 1.12 - Aplicação das cores em tubulações.
Cor Aplicação
Vermelho Combate ao incêndio
Verde Água
Azul Ar comprimido
Amarelo Gases não liqüefeitos
Laranja Ácido
Lilás Álcalis
Preto Inflamáveis e combustíveis de alta viscosidade
Alumínio Gases liqüefeitos, inflamáveis e combustíveis de baixa viscosidade
Branco Vapor
Marrom Qualquer outro tipo de fluído
Cinza claro Vácuo
Cinza escuro Eletrodutos
40
Iluminação frontal
Iluminação lateral
FIGURA 1.28 - Iluminação espacial.
FIGURA 1.29 - Iluminação escalar.
3. ILUMINAÇÃO ESPACIAL
As condições de iluminação são usualmente descritas, medidas ou especificadas em termos de iluminância num dado plano, mais freqüentemente num plano de trabalho horizontal (tomada a uma altura entre 0,75 a 0,90 m) e, em algumas vezes, vertical ou inclinado; em outras palavras, iluminação planar.
Entretanto, isto não descreve totalmente as condições de iluminação. Uma certa iluminação pode ser produzida por um estreito raio de luz, vindo de uma determinada direção, ou por um ambiente aonde a luz vem de todas as direções. Um sensor de luz plano registra a luz proveniente de um hemisfério e não distingue entre um raio de luz e um ambiente difuso. Existem certos ambientes, tais como praças de esporte, palcos, museus, estradas, saguão de entrada, etc., onde o objeto central da tarefa visual é essencialmente tridimensional; nestes casos a iluminação planar oferece pouca informação sobre as reais condições de iluminação (ver FIGURA 1.28).
Um outro conceito utilizado para caracterizar um sistema de iluminação, que não seja somente a iluminância no plano de trabalho é proposto adotando-se dois novos conceitos: iluminância escalar e vetor iluminação.
3.1. ILUMINAÇÃO ESCALAR
A iluminância escalar em um ponto é a
iluminância média recebida por uma pequena esfera
colocada neste ponto, proveniente de todas as
direções, isto é, o fluxo total incidente na esfera,
dividido pela sua superfície. É designado por ES e
medido em lux; sendo a medida da quantidade total
de luz, não considerando sua direção.
41
E1
E2
FIGURA 1.30 - Vetor iluminação.
Utilizando-se a EQUAÇÃO 1.6, e admitindo-se que a pequena esfera possui um raio "r", a iluminância escalar pode ser representada pela EQUAÇÃO 1.24:
(1.24) 3.2. VETOR ILUMINAÇÃO
É uma grandeza composta, apresentando magnitude e direção. A magnitude do vetor iluminação em um ponto é a diferença máxima de iluminâncias entre dois pontos diametralmente opostos na superfície de uma pequena esfera colocada neste ponto. Sua direção é dada pelo diâmetro que liga os dois pontos que apresentam a máxima diferença. É designado por ∆Emáx e é medido em lux.
Na FIGURA 1.30 os valores E1 e E2 são os que fornecerão o módulo do vetor iluminação (∆Emáx = E1 - E2). Estes valores poderão ser determinados pela EQUAÇÃO 1.25.
(1.25)
A razão vetor iluminação/iluminação escalar é a medida da direcionalidade da luz e também serve como um bom indicador das qualidades de modelamento do ambiente. Este valor varia de 0 a 4. Em um ambiente que possua uma iluminação perfeitamente difusa, os valores E1 e E2 são igual, resultando um vetor iluminação nulo e um índice de modelamento também nulo. Ambientes com índice de modelamento baixo há uma ausência de sombras, os detalhes não são realçados e a percepção de profundidade da cena fica prejudicada. O oposto, ou seja, uma iluminação unidirecional proporciona o índice de modelamento igual a 4, o valor máximo. Locais com índice de modelamento alto podem criar sombras demasiado fortes, esconder os detalhes e causar desconforto visual por ofuscamento. Os valores recomendados para ambientes de trabalho situam-se entre 1,2 - 1,5.
24 rES ⋅
=πφ
2rE
⋅=πφ
42
4. VISÃO E PROJETO DE ILUMINAÇÃO
Visão é a habilidade do olho perceber aquela porção do espectro de radiação que é definido como luz. A luz entra no olho através da pupila, uma abertura na íris que varia seu diâmetro para controlar a quantidade de luz admitida. A córnea e o cristalino (lente) focam a luz por retração para criar uma imagem invertida na retina - superfície sensível a luz localizada no fundo do olho - que transmite a informação para o cérebro. A retina é composta por dois tipos de receptores sensíveis à luz: cones e bastonetes. Existem três tipos de cones, cada um cobrindo uma margem espectral distinta; isto que torna possível a visão a cores. A fóvea é uma pequena porção da retina que consiste no centro de nossa visão; a região da fóvea contém uma grande quantidade de cones (aproximadamente 6 x 106), que são sensíveis a cor e ao detalhe, mas pouco sensíveis a luz e movimento. A porção maior ao redor é responsável pela visão periférica (área parafoveal). Esta região contém uma enorme quantidade de bastonetes (em torno de 125 x 106), que são extremamente sensíveis a luz (possibilitando a visão no escuro) a ao movimento, mas não possuem sensitividade a cor e ao detalhe (ver FIGURA 1.31).
FIGURA 1.31 – O olho humano x Câmera fotográfica (Fonte: MOORE [1991]). Num primeiro instante, a experiência visual se apresenta como um processo de
orientação e formação de impressões espaciais. A seguir, pelo recebimento de várias informações, ocorre um processo de comparações e ordenamento de prioridades mentais. A visão também inclui o processo de comunicação com a identificação de informações visuais. Por fim, a visão interpreta movimento e mudanças no entorno adjacente, contribuindo para a orientação espacial e segurança no ambiente.
A evolução da humanidade tem sido feita predominantemente à luz do dia e do sol, o que não surpreende pelo fato de que o máximo de sensitividade do olho humano ocorre na faixa do espectro solar. Com pouca luz (luminância média de 0,001 cd/m2), os bastonetes são usados e a sensitividade máxima corresponde a λ = 0,507 nm, o que é designada de visão escotópica. Com mais luz (luminâncias na ordem de 3 cd/m2), os cones começam a operar e a sensitividade máxima é deslocada para λ = 555 nm, designada agora de visão fotópica ou curva V(λ). Esta
Pálpebra Córnea Íris Pupila
Área parafoveal
Área Foveal
Abertura
Lentes
Diafragma
Filme
43
defasagem, ou seja, o deslocamento na sensitividade máxima do olho humano é denominado Efeito Purkinje (ver FIGURA 1.32).
FIGURA 1.32 – Sensitividade espectral do olho humano.
A curva V(λ) é de fundamental importância nas medições de luz uma vez que é internacionalmente usada como base em qualquer medição de luz, independentemente do nível de iluminação. 4.1. VISÃO E PERCEPÇÃO
A analogia olho-câmera fotográfica, que pode ser usada para explicar o processo de controle de admissão de luz, foco e criação da imagem visual, se desfaz quando os impulsos nervosos chegam ao cérebro. Enquanto a câmera enxerga a cena e a registra, o cérebro percebe a cena e a interpreta. Esta interpretação da cena pelo cérebro lança mão da memória, experiência, aprendizado, conhecimento e inteligência. A FIGURA 1.33, por exemplo, mostra como o cérebro gera sentido a partir de um conjunto de figuras pretas aparentemente sem nenhum significado (tendência à complementação).
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
380 430 480 530 580 630 680 730 780
Comprimento de onda [nm]
Sens
itivi
dade
Vis
ual
Visão diurna (Fotópica)
Visão noturna (Escotópica)
FIGURA 1.33 – Exemplo de percepção por tendência de complementação.
44
4.2. ADAPTAÇÃO VISUAL
O olho humano tem uma grande capacidade de adaptação a condições variáveis de iluminação. O processo pelo qual os olhos se ajustam a estas condições é chamado de adaptação visual. Adaptação é a característica dominante na visão humana; de outra forma não se poderia ver em ambientes tão distintos como os produzidos pelo dia, noite, luz solar, nuvens, interiores e exteriores. É por causa desta capacidade de ajustamento do olho humano que a luminância, ou brilho, é relativa e não absoluta; a luz do dia que parecia ser satisfatória ao entrarmos no cinema parece excessivamente brilhante quando deixamos o cinema. Faróis de veículos que incomodam à noite quase não são percebidos durante o dia.
O processo de adaptação possui três componentes: uma resposta neural rápida quando ocorre uma mudança na iluminação; uma resposta média do olho com a dilatação ou contração da pupila para regular a
quantidade de luz admitida no interior do olho; uma resposta retinal lenta com a produção ou remoção de substâncias fotos-
químicas para aumentar ou diminuir a sensitividade à luz.
A resposta do olho pela pupila é mais um efeito secundário; uma proporção de luminâncias em torno de 8 para 1 pode ser adaptada desta forma. O processo de adaptação principal é a lenta resposta retinal/substâncias fotos-químicas que é capaz de lidar com diferenças de até 1.000 para 1. Como esta resposta é lenta são necessários alguns minutos para a adaptação completa. Geralmente, a adaptação do claro para o escuro é mais lenta (aproximadamente 30 minutos) que a do escuro para o claro (2 a 3 minutos), pois é mais fácil remover as substâncias fotos-químicas dos cones do que produzi-las nos bastonetes.
Ao focalizar um novo cenário, o olho se adapta a luminância média deste. Portanto, existe uma faixa de variação de luminância para ambos os lados na qual o olho pode funcionar. Existem duas considerações de projeto importantes que são uma conseqüência da habilidade de adaptação do olho:
margem de adaptação: ao adaptar-se a luminância média da cena, a margem de visibilidade para ambos os lados é grande, mas não infinita. Diferenças muito grandes podem gerar perda de visibilidade e ocorrência de ofuscamento;
velocidade de adaptação: como já foi mencionado, a velocidade de adaptação é
bastante lenta comparada com os movimentos humanos normais. Caso haja um aumento muito rápido nos níveis de luz pode ocorrer ofuscamento. Se for um decréscimo muito rápido pode haver perda de visibilidade (ex., entrada e saída de túneis).
45
4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS Os ambientes construídos (internos e externos) são iluminados para permitir o
desenvolvimento de tarefas visuais (leitura, visão, manufatura, consertos, etc.). É, portanto, muito importante que se saiba o que influencia a habilidade das pessoas de desempenhar estas tarefas. Existem quatro aspectos fundamentais a serem considerados: luz, contraste, tamanho e tempo.
FIGURA 1.34 – Fatores que influem na discriminação visual. 4.3.1. Iluminância média (nível de iluminação médio)
De maneira geral, quanto maior for o nível de iluminação, mais contraída estará a pupila, melhorando a nitidez da imagem "vista" pelo olho. Dezenas de experiências e estudos têm apontado a preferência por iluminâncias que variam entre 1.000 a 2.000 lux para atividades normais de escritório (FIGURA 1.35). É óbvio que, na prática e por questões econômicas, são aceitáveis valores abaixo desta faixa. Entretanto, existem outros critérios que devem ser satisfeitos e o que se verifica, na prática, é que se pode admitir valores de iluminâncias menores, sem prejuízo do desempenho da tarefa visual.
Contrate é a diferença de brilho entre a figura e o
fundo. Se o contraste não existir a figura ficará
camuflada
FIGURA 1.35 – Acuidade visual x Nível de iluminamento (Fonte: IIDA [1997]).
46
Analisando o gráfico da FIGURA 1.35 nota-se que até 1.000 lux o rendimento visual cresce enquanto a fadiga visual decresce. A partir deste ponto até 2.000 lux há um aumento discreto do rendimento visual com um acréscimo da fadiga visual. Ultrapassado os 2.000 lux o rendimento visual tende a permanecer constante com um aumento da fadiga. Por isso, recomenda-se que somente em situações especiais utiliza-se níveis de iluminamento maiores que 2.000 lux.
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através da NBR 5413 (abril de 1992) fixa iluminâncias mínimas a serem atingidas em função do tipo de tarefa visual. 4.3.2. Contraste
Contraste é definido como a diferença entre a luminância (brilho) de um objeto e a luminância do entorno imediato deste objeto. No senso subjetivo, o contraste é a determinação da diferença em aparência de duas partes do campo visual. Objetivamente, contraste, especificamente contraste de luminância, pode ser expresso por pelas EQUAÇÕES 1.26, 1.27 e 1.28:
(1.26)
(1.27)
(1.28)
A Equação 1.26 resultará em contrastes que variam entre 0 e 1 para um objeto que é mais escuro que o seu entorno, e de 0 a ∞ (infinito) para aquele objeto que é mais luminoso que o fundo. Esta equação é mais freqüentemente utilizada em casos que o fundo é mais luminoso que o objetivo.
Os valores de contrastes fornecidos pela EQUAÇÃO 1.27 variam entre 0 e 1,
independente de quem apresenta a maior luminosidade, o fundo ou a figura. Esta equação é especialmente aplicada em situações onde não se consegue identificar claramente o fundo da figura.
A EQUAÇÃO 1.28 apresenta uma outra maneira de determinar o contraste figuras e seus
respectivos fundos. Esta formulação define o que é conhecido como modulação. A luminância de uma superfície varia com o ângulo de incidência da luz e o ângulo de
observação. Quando estes ângulos forem semelhantes o contraste será mínimo e o reflexo da luz
fundo
fundofigura
LLL
C−
=
maior
menormaior
LLLC −
=
mínimomáxima
mínimamáxima
LLLLC
+−
=
47
Níveis de iluminação [lux]
incidente pode se tomar um problema, reduzindo a visibilidade de elementos contidos no objeto central de visão. Contraste depende não só do nível de iluminação, mas também das características de reflexão dos elementos envolvidos. Como o contraste é uma medida relativa, a percepção é também relativa. Um objeto pode parecer mais ou menos brilhante dependendo do brilho do seu entorno.
Em pleno dia pode-se perceber diferenças de luminâncias de até 1%, mas sob condições precárias de iluminação até diferenças de 10% podem passar despercebidas. A sensitividade ao contraste melhora com o aumento da luminância, que por sua vez é função da iluminação, até um certo limite (possibilidade de ocorrer ofuscamento). Uma aplicação importante da sensitividade ao contraste é a iluminação de sinalização de emergência tipo SAÍDA; deve haver um alto contraste entre o sinal e o ambiente cheio de fumaça para permitir que o mesmo seja visível. 4.3.3. Acuidade visual
Nitidez de visão ou acuidade visual é a medida da habilidade do olho em discernir detalhes. Pode ser definida em termos do ângulo visual contido nos extremos do menor detalhe perceptível ou contido entre dois objetos que os olhos ainda podem distinguir separadamente. Este ângulo é expresso em minutos e a acuidade visual é expressa pelo recíproco deste ângulo (acuidade = 1/α) (ver FIGURA 1.36):
FIGURA 1.36 – Definição de acuidade visual (Fonte: PILOTTO NETO [1980]). A FIGURA 1.37 apresenta
a acuidade visual em função da iluminação. Acuidade melhora com a iluminação, mas como com a sensitividade ao contraste, a lei da diminuição dos retornos pode ser aqui comprovada; com altos níveis de iluminação a acuidade visual tende à constância.
α
E
d
FIGURA 1.37 –Acuidade visual em função do nível de iluminação.
48
5a a
Tipicamente, um adulto pode perceber detalhes com um ângulo visual de 1' (min), resultando numa acuidade visual de 1. A acuidade visual de uma criança pode chegar até 2,5, enquanto que com a idade a acuidade pode decrescer até menos que 1. Assim, a distância máxima para visão com precisão, limite de percepção, pode ser obtida pela EQUAÇÃO 1.29:
(1.29)
Portanto, o menor detalhe que o olho normal pode distinguir com precisão deve ter uma dimensão de pelo menos 1/3.438 da distância de observação:
(1.30)
Acuidade visual, e por conseqüência, as distâncias do observador ao objeto e as dimensões deste objeto, são também afetadas pelo nível de contraste, contraste de cor, tempo de visão e qualidade ótica do olho. O projetista deve estar consciente do grau de detalhe provável a ser requerido num determinado ambiente. Acuidade é normalmente medida através do anel de Landolt (FIGURA 1.38). Consiste em círculos com uma interrupção na sua circunferência. O teste envolve a visão de uma imagem com mais ou menos 100 anéis, onde se deve dizer onde a falha ocorre (isto é, 12, 3, 6 ou 9 horas).
4.3.4. Desempenho visual
Os dois aspectos vistos anteriormente são expressões da eficiência visual sob condições estáticas. Dado tempo suficiente, a maioria das pessoas serão capazes de perceber um objeto mesmo se o contraste e a acuidade visual forem fracos. Entretanto, eficiência precisa ser medida em relação a tarefas visuais transientes, em relação a mudanças; desta forma, o tempo também é considerado. Desempenho visual é quantificado tanto pelo tempo necessário para se perceber um objeto, como pelo número de objetos percebidos por unidade de tempo. Este aspecto apresenta conseqüências importantes quanto à segurança com respeito à circulação, escadas, vias de tráfego, etc. A FIGURA 1.39 mostra que o tempo necessário para a realização de uma determinada tarefa visual diminui com o aumento do nível de iluminação. Existirá um momento em que, aumentar do nível de iluminação, não diminuirá o tempo de realização da tarefa. Para cada tarefa tem-se o nível de iluminação ideal.
)'1tan(dD ≤
438.3Dd ≥
FIGURA 1.38 –Anel de Landolt para teste de acuidade visual.
49
FIGURA 1.39 –Desempenho visual em função do nível de iluminação. 4.3.5. Eficiência visual
Este termo fornece uma descrição geral de como os três parâmetros discutidos acima se combinam para dar uma medida da habilidade do olho em desempenhar tarefas visuais. Ele ajuda a responder:
Qual é a menor diferença de luminância percebida? Qual é o menor objeto ou menor detalhe a ser distinguido? Quanto tempo é necessário para o desempenho da tarefa visual?
Assim, a sensitividade ao contraste, a acuidade visual e o desempenho visual são três
aspectos mensuráveis da relação estímulo/resposta; nenhum deles isoladamente descreve completamente esta relação, mas juntos eles fornecem uma boa estimativa da eficiência do processo visual. Sem surpresas, a eficiência visual também tenderá a aumentar com o nível de iluminação. Aqui também a lei da diminuição dos retornos se aplica, alertando para o risco de se exceder nos níveis de iluminação (FIGURA 1.35). 4.4. OFUSCAMENTO
Quando o processo de adaptação não transcorre normalmente devido a uma variação muito grande da iluminação e/ou a uma velocidade muito grande, experimenta-se uma
Tempo necessário para ver
Níveis de iluminação [lux]
50
perturbação, um desconforto ou até mesmo uma perda na visibilidade que é chamada de ofuscamento. O ofuscamento pode ocorrer devido a dois efeitos distintos:
Contraste: caso a proporção entre as luminâncias de objetos do campo visual seja maior do que 10:1; Saturação: o olho é saturado com luz em excesso; esta saturação ocorre
normalmente quando a luminância média da cena excede 25.000 cd/m2.
Ofuscamentos podem ser classificados como: desconfortáveis ou perturbadores e inabilitadores. (ver FIGURA 1.36). Os primeiros não impedem necessariamente o desenvolvimento da tarefa visual; são atribuídos à tendência do olho de fixar em objetos ou pontos brilhantes dentro do campo visual (fontes de luz ou reflexos intensos em superfícies muito polidas). O grau de desconforto produzido por luminárias é função de quatro parâmetros: luminância da fonte, tamanho da fonte, ângulo entre a fonte e a linha de visão do observador e a capacidade de adaptação do observador.
Ofuscamento inabilitador impede o desenvolvimento da tarefa visual, o que pode ser muito perigoso em certas circunstâncias. Este tipo de ofuscamento pode ocorrer por três maneiras:
espalhamento de luz pelo cristalino produzindo uma luminância na retina encobrindo a imagem da cena; tempo insuficiente do olho para adaptar-se a uma diferença de luminâncias; imagens fantasma, produzidas por flash de câmeras fotográficas, visão do sol,
faróis, etc. O processo da adaptação retinal lento sofre um distúrbio devido à luz excessiva; o cérebro se confunde e continua a ver imagens da fonte de luz, alternando o positivo e negativo numa seqüência decrescente. A visão normal é restaurada em um intervalo de tempo de 5 a l0 minutos.
FIGURA 1.40 –Tipos de ofuscamento (Fonte: GRIEVE [1990]).
51
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