GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS · AULA 20 13/42 Tipos de Lâmpadas Vapor de Mercúrio O vapor de mercúrio é submetido à alta pressão no interior de um tubo, que

GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS AULA 20

Coordenador: Heitor da Costa Silva, Arq. Ph.D. - [email protected] de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal do Rio Grande do Sul Laboratório de Conforto Ambiental - LabConRua Sarmento Leite 320/215 Centro Porto Alegre RS CEP 90050-170 Fone: (51) 3316-3105 - E-Mail: [email protected]

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Luz – Princípios GeraisO que é luz?

Luz é a radiação eletromagnética capaz de produzir sensação visual.Fonte de luz – radiação eletromagnética – diferentes comprimentos de onda

sensibilidade do olho – espectro visível (380 a 780 nm)

Ref.: C:\Documents and Settings\Heitor\Meus documentos\heitor\HABITABILIDADE\2006 1\Aula20_Grandezas Fotométricas

GRANDEZAS FOTOMÉTRICAS E MÉTODO DE LUMÉNS


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Luz – Princípios GeraisSensibilidade Visualdepende:● do comprimento de onda● da luminosidade

Menor comprimento de onda(violeta e azul) Maior intensidade de sensação luminosa com pouca luz

Maior comprimento de onda(laranja e vermelho)Menor intensidade de sensação luminosa com pouca luz

A curva de sensibilidade indica como varia a sensibilidade do olho humano aos diferentes comprimentos de onda.

curva internacional de luminosidade espectral relativa ou curva de sensibilidade do olho a radiações monocromáticas

visão escotópica (noturna):baixos níveis de luminância (0,001 cd / m2)

visão fotópica (diurna):altos níveis de luminância (> 3 cd / m2)



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Luz – Princípios GeraisLuz e coresA aparência de um objeto é resultado da luz que incide sobre ele.

LUZ BRANCA 3 cores primárias VERMELHO – VERDE – AZUL

LUZ BRANCA

MAÇÃ VERMELHA

REFLEXÃOporção vermelha do

espectro

ABSORÇÃOoutros comprimentos de

onda Composição das cores



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Tipos de LâmpadasLâmpadas IncandescentesSão as mais comuns; apresentam

vida útil curta, mas têm custo inicial baixo.

Funcionamento:produção de luz a partir da

elevação da temperatura de um filamento de tungstênio, que se

torna incandescente quando submetido à corrente elétrica.

Tipos:comum, refletora, halógena.

Vantagens: - tamanho reduzido;- funcionamento imediato;- não necessita equipamentos auxiliares (exceto halógenas);- IRC de 100%.

Desvantagens: -baixa eficiência luminosa (muita dissipação de calor);- possibilidade de ofuscamento.



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Tipos de Lâmpadas

Incandescente Comum

apresenta-se em bulbo claro ou leitoso;

a alta temperatura do filamento causa evaporação do tungstênio, que se deposita no bulbo, resultando na depreciação do fluxo luminoso;

vida útil curta (~ 1.000 horas);

custo inicial baixo, mas custo global alto (inicial + operação + manutenção).

Incandescente comum – bulbo claro

Incandescente comum – bulbo leitoso



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Tipos de LâmpadasIncandescente Refletora

Possui refletor interno parabólico ou elíptico para direcionamento

da luz;

esse direcionamento da luz que seria emitida para os lados e para cima, pode melhorar a eficiência

do sistema. Incandescente refletora



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Tipos de LâmpadasHalógenaCom bulbo de quartzo, que suporta grandes temperaturas, a lâmpada halógena também possui filamento, mas trabalha em conjunto com um gás halogênio (iodo, cloro ou bromo).

A função do gás é combinar-se com o tungstênio desprendido e redepositá-lo no filamento.

Esse ciclo regenerativo que ocorre no interior do bulbo serve para evitar o escurecimento e prolongar a vida útil da lâmpada.

A lâmpada halógena apresenta:

● depreciação menor do fluxo luminoso;

● maior eficiência;

● vida útil de aproximadamente 2.000 horas;

● dimensões reduzidas.

A maioria dos modelos funciona em 12V, necessitando transformadores.



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Tipos de Lâmpadas

É apresentada nos modelos:● Cápsula● Palito● Dicróica● PAR● AR

Esses três últimos modelos são equipados com refletores dicróicos que refletem grande parte da radiação visível e transmitem aproximadamente 65% da radiação térmica para trás.

Halógena

Halógena Cápsula Halógena Palito

Dicróica PAR

AR



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Tipos de LâmpadasLâmpadas de DescargaNessas lâmpadas o fluxo luminoso é gerado pela passagem de corrente através de um gás, ou de uma mistura de gases ou vapores, sem a existência de filamento.

Funcionamento:a excitação de um gás contido entre dois eletrodos gera radiação ultravioleta que, ao atingir as paredes internas de um bulbo revestido de substância fluorescente, emite luz.

Vantagens:boa eficiência luminosa, vida média alta.

Desvantagens:requerem equipamentos auxiliares (reatores e starters).

Tipos:● fluorescente tubular● fluorescente compacta● vapor de mercúrio● vapor de sódio● multi-vapor metálico.



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Tipos de LâmpadasFluorescentes

Geralmente tubulares, são lâmpadas de descarga de baixa pressão que possuem um eletrodo em cada ponta.

Utilizam dispositivos de partida:Reator – que fornece alta voltagem inicial para começar a descarga e rapidamente limitar a corrente;Starter – que proporciona a tensão necessária para a descarga inicial através de pulsações da corrente.

São apresentadas em três tipos:● fluorescentes tubulares● fluorescentes compactas integradas● fluorescentes compactas não integradas



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Tipos de Lâmpadas

● Fluorescentes tubulares:- apresentam diâmetros de 16 a 33,5 mm- IRC ≥ 70- boa eficiência luminosa (4 a 6X maior que as incandescentes)- vida média alta (6.000 a 9.000 horas)- baixa luminância (menor possibilidade de ofuscamento).

● Fluorescentes compactas integradas:- apresentam bulbo compacto de diversos formatos- dispositivos de partida integrados- alta eficiência luminosa- IRC>80- vida média alta (5.000 a 6.000 horas).

Fluorescentes Tubulares Fluorescentes Compactas Integradas



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Tipos de Lâmpadas

● Fluorescentes compactas não integradas:- conexão com 2 ou 4 pinos- recomendadas para áreas comerciais onde a iluminação fica ligada por períodos muito longos- alta eficiência luminosa- IRC>80- vida média alta (5.000 a 6.000 horas). Fluorescentes Compactas Não Integradas



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Tipos de LâmpadasVapor de Mercúrio

O vapor de mercúrio é submetido à alta pressão no interior de um tubo, que está contido no bulbo, ajudando a manter constante a temperatura da lâmpada.

Exigem equipamento auxiliar para funcionamento (exceto as mistas).

Características:- eficiência luminosa de 55 lm/W- IRC de 40 a 48%- cor branca-azulada- vida média alta (6.000 a 9.000 horas)- potências elevadas

Desvantagens:- custo inicial elevado- baixo IRC- tempo longo de acendimento



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Tipos de LâmpadasVapor de Mercúrio● Mista:consiste na mesma lâmpada de bulbo fluorescente, mas com o tubo de descarga ligado em série a um filamento de tungstênio, que age como reator, dispensando o emprego deste e permitindo que a lâmpada seja ligada diretamente à rede (opera em 220V).

- IRC de 60 a 63%- cor amarela- eficiência de até 22 lm/W.

Lâmpada de Vapor de Mercúrio

Lâmpada Mista



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Tipos de LâmpadasVapor de SódioPode ser de baixa ou de alta pressão.- necessita equipamento auxiliar (reator e ignitor)- longa vida média (6.000 a 9.000 horas)- longo tempo de acendimento.

● Baixa pressão:o tubo de descarga interno contém sódio e uma mistura de gases inertes (neônio e argônio) com os eletrodos nas extremidades.Emite radiação monocromática amarela e possui elevada eficiência luminosa (160 a 180 lm/W).

● Alta pressão:o tubo de descarga interno contém um excesso de sódio.Emite radiação de tonalidade alaranjada, tem eficiência luminosa de 130 lm/W e IRC<25.

Lâmpadas de Vapor de Sódio



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Tipos de Lâmpadas

Multi-Vapor Metálico

Possuem tubo de descarga cerâmico ou de quartzo (dependendo do modelo) preenchido com mercúrio de alta pressão e uma mistura de vapores, com a adição de sódio e tálio para correção da cor e da descarga do tubo.

Características:- necessitam equipamento auxiliar (reator e ignitor)- IRC de 75 a 96%- baixo consumo- alta eficiência- diversidade de formatos e potências.

Modelos de Lâmpadas de Multi-Vapor Metálico



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Grandezas e Conceitos

Fluxo Luminoso (Φ)unid.: lúmen (lm)

É a quantidade total de luz emitida por uma fonte.

Fluxo Luminoso

Intensidade Luminosa (I)unid.: candela (cd)

É o Fluxo Luminoso emitido por uma fonte numa determinada direção.

Intensidade Luminosa



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Curva de Distibuição Luminosa (CDL)unid.: candela (cd)

É a representação da Intensidade Luminosa em todos os ângulos em que ela é direcionada num plano.

Curva de Distribuição de Intensidades Luminosas para uma lâmpada

fluorescente isolada (A) ou associada a um refletor (B)



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Iluminância (E)unid.: lux (lx)

É a quantidade de luz que atinge uma unidade de área de uma superfície por segundo.Indica o fluxo luminoso que incide sobre uma superfície situada a uma certa distância da fonte de luz, e também a relação entre a intensidade luminosa e o quadrado da distância.

E = ΦA

E = Id2

Na prática, é a quantidade de luz num ambiente.

Iluminância

1 lux = 1 lúmen / m2

É medida com o auxílio de um luxímetro.



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Luminância (L)

É a Intensidade Luminosa que atinge o observador, refletida por uma superfície ou por uma fonte de luz, numa determinada direção.

Ou seja, é a Intensidade Luminosa que emana de uma superfície, pela sua superfície aparente.

unid.: candela por metro quadrado (cd/m2)

Luminância



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Luminância (L)unid.: candela por metro quadrado (cd/m2)

L = IA . cos α

L = ρ . E π

I – Intensidade Luminosa (cd)A – Área projetada (m2)α – Ângulo considerado (graus)ρ – Refletância ou coeficiente de reflexãoE – Iluminância sobre a superfície (lx)

Representação da Superfície Aparente e do Ângulo considerado para o cálculo da

Luminância



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Características das Lâmpadas e Acessórios

Eficiência Energética (ηω)unid.: lúmen por watt (lm / W)

É calculada pela divisão entre o Fluxo Luminoso emitido (lm) e a Potência consumida pela lâmpada (W).



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Temperatura de Cor (T)unid.: Kelvin (K)

Expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte.

Quanto mais alta a temperatura de cor, mais clara é a tonalidade de cor da luz.

Não tem vinculação com a eficiência energética da lâmpada, não sendo válida a impressão de que quanto mais clara a

lâmpada, mais potente.Temperatura de Cor



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‘


Índice de Reprodução Cromática (IRC)Quantifica a fidelidade com que as cores são reproduzidas sob uma determinada fonte de luz.

IRC = 70 / 85 / 100

O IRC não tem relação com a Temperatura de Cor.



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Fator de Fluxo Luminoso (BF)unid.: porcentagem (%)

Como a maioria das lâmpadas de descarga opera em conjunto com reatores, o fluxo luminoso emitido por elas depende do desempenho dos reatores.

O Fator de Fluxo Luminoso determina qual será o fluxo luminoso emitido pela lâmpada.

BF = Fluxo Luminoso ObtidoFluxo Luminoso Nominal

Quanto maior o Fator de Fluxo Luminoso, maior será a energia consumida pelo reator.

Exemplo:

Uma lâmpada fluorescente de 32W, com Fluxo Luminoso de 2.700 lm

● utilizando um reator com BF=1,1:Fluxo Luminoso Obtido = 2.970 lm

● utilizando um reator com BF = 0,9:Fluxo Luminoso obtido = 2.430 lm



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Fatores de Desempenho

Eficiência da Luminária (ηL) Eficiência do Recinto (ηR)ou Rendimento da Luminária

Como as lâmpadas são geralmente instaladas em luminárias, o fluxo luminoso final é menor que o irradiado pela lâmpada.

Isso se dá devido à absorção, reflexão e transmissão da luz pelos materiais da luminária.

ηL = Fluxo Luminoso da lumináriaFluxo Luminoso da lâmpada

Valor normalmente indicado pelos fabricantes das luminárias

Dependendo das qualidades físicas do recinto, o Fluxo Luminoso

irradiado por uma luminária poderá se propagar com maior ou menor

facilidade, devido às características de reflexão e absorção dos

materiais e da trajetória até o plano de trabalho.

Valor tabelado fornecido pelos fabricantes de luminárias, e

relacionado aos Coeficientes de Reflexão do teto, paredes e piso, e

ao Índice do Local.



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Índice do Local (K)Fatores de Desempenho

ou Índice do Recinto

É a relação entre as dimensões do local, e é dado por:

Iluminação Direta:K = a . b

h . (a + b)

Iluminação Indireta:K = 3 . a . b

2 . h’ . (a + b)

a – comprimento do recintob – largura do recintoh – pé-direito útilh’ – altura do teto ao plano de trabalho

Pé-direito útilé o valor do pé-direito total do recinto

(H), menos a altura do plano de trabalho (hpl tr), menos a altura do

pendente da luminária (hpend).

Isto é, a distância real entre a luminária e o plano de trabalho.



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Fatores de DesempenhoFator de Utilização (Fu)Avalia o Fluxo Luminoso Final que incidirá sobre o plano de trabalho.Indica, portanto, a Eficiência Luminosa do conjunto lâmpada, luminária e recinto.

Fu = ηL . ηR

ηL – Eficiência da LumináriaηR – Eficiência do Recinto

Alguns catálogos fornecem tabelas de Fator de Utilização para suas luminárias.

Estas tabelas, apesar de serem semelhantes às de Eficiência do Recinto, apresentam

valores que não precisam ser multiplicados pela Eficiência da Luminária.

Cada tabela é específica para uma luminária e já considera a perda na emissão do Fluxo

Luminoso.

Tabela de Fator de Utilização de uma luminária

Teto / Parede / Piso



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Fatores de Desempenho

Fator de Depreciação (Fd)Ao longo da vida útil da lâmpada ocorre uma diminuição do fluxo luminoso emitido, devido à depreciação normal do fluxo da lâmpada e devido ao acúmulo de poeira sobre a lâmpada e o refletor.

O Fator de Depreciação deve ser considerado no cálculo para que não haja uma diminuição do nível de Iluminância Média ao longo da vida útil da lâmpada.



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Projeto de Iluminação

– Um projeto de iluminação pode ser resumido em:

● Escolha da lâmpada e da luminária mais adequada

● Cálculo da quantidade de iluminação

● Disposição das luminárias no recinto

● Cálculo de viabilidade econômica



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Aspectos a serem considerados no Projeto de Iluminação

● a função do ambiente e o nível de iluminação necessário para realização das tarefas

Quanto maior a exigência visual da tarefa a ser realizada,maior deve ser o nível de Iluminância Média (NBR – 5413).

● a forma e as dimensões físicas do ambiente

● a disposição do mobiliário e da estrutura

● os materiais e cores empregados nos acabamentos e mobiliário

● o índice de reprodução de cores

● as características e o posicionamento de lâmpadas e luminárias

● a limpeza e manutenção do ambiente



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● a ausência de ofuscamento

O ofuscamento gera uma redução na capacidade de visualização dos objetos e desconforto visual.

Pode ser de dois tipos:


- Ofuscamento Direto:ocorre pela visualização direta da fonte de luz (lâmpada ou luminária).Pode ser neutralizado pela utilização de aletas ou difusores nas luminárias

-Ofuscamento Indireto:ocorre quando a reflexão da luz sobre o plano de trabalho atinge o campo visual.Pode ser causado pelo excesso de luz no ambiente ou pelo mau posicionamento das luminárias.



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● a uniformidade da iluminação

Diferenças muito grandes entre as luminâncias dos diferentes planos podem causar fadiga visual.

Para que esse desconforto seja evitado, é recomendado que:

-as luminâncias de piso, parede e teto estejam na proporção de 1:2:3;

- e que o plano de trabalho apresente, no mínimo, 1/3 da iluminação da tarefa.



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Cálculo de Iluminação Geral – Método de Lúmens

● Dados pré-cálculo- Local- Atividades- Objetivos Iluminação- Dimensões Físicas do Recinto- Materiais de Construção e Equipamentos (teto, parede, piso, mobiliário)

Método de Lúmens:

É o cálculo da iluminação global a partir da determinação do iluminamento médio do plano de trabalho.

Calcula o fluxo luminoso necessário.



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● Cálculo do Fluxo Luminoso Necessário

1º - Determinação daIluminância Média (E) requerida no plano de trabalho

É função do tipo de atividade visual a ser exercida no ambiente.

(NBR 5413)



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2º - Cálculo do Índice do Local (K)ou Índice do Recinto

Depende das dimensões do recinto.

a – comprimento do ambiente (m)b – largura do ambiente (m)h – pé-direito útil (m)

distância da fonte de luz ao plano de trabalho

K = a .bh . (a + b)



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3º - Determinação do Fator de Utilização (Fu)É definido a partir de tabela que relaciona o índice do local e os fatores de reflexão (ρ) do teto, paredes e piso.

● Cruzar o valor do índice do local (K) com os índices de refletância do ambiente.● O primeiro algarismo do cabeçalho indica a reflexão do teto● O segundo algarismo, a reflexão das paredes● O terceiro algarismo, a reflexão do piso

Os números 10, 20, 30, 50, 70 e 80 indicam a porcentagem de reflexão das superfícies escuras, médias, claras e brancas.Considerando um local com teto claro e paredes e piso escuros, obtém-se refletâncias de números 511 ou, 50 10 10.



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Coeficiente de Reflexão de alguns materiais e cores(Tabela de Refletâncias)



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4º - Fator de Depreciação (Fd)

Com esses dados é possível determinar o Fluxo Luminoso (Φ)necessário no ambiente:

E – Iluminância média requerida no plano de trabalho (lx)A – Área do recinto (m2)Fu – Fator de UtilizaçãoFd – Fator de Depreciação de serviço da luminária

Φ = E . AFu . Fd



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● Cálculo do Número de LumináriasCom o valor do fluxo luminoso necessário pode-se, então, calcular o número de luminárias e o número de lâmpadas

N – número de luminárias

Φ – Fluxo Luminoso total (lm)

Φlum – Fluxo Luminoso da luminária

Φlâmp – Fluxo Luminoso da lâmpadan – número de lâmpadas

N = ΦΦlum

Φlum = Φlâmp . n



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Também é possível fazer apenas um cálculo para determinar o número de luminárias, a partir da fórmula:

N – número de lumináriasa – Comprimento do local (m)b – Largura do local (m)

Φlum – Fluxo Luminoso da luminária (lm)Fu – Fator de Utilização (%)Fd – Fator de Depreciação (%)

N = a . b . EΦlum . Fu . Fd



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● Distribuição das LumináriasO espaçamento entre luminárias depende de sua altura em relação ao plano de trabalho (altura útil) e da sua distribuição de luz.Esse valor situa-se entre 1X e 1,5X a altura útil, em ambas as direções. O espaçamento até as paredes corresponde à metade desse valor.