INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA UM …monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10031175.pdfOrientador: Jorge Luiz do Nascimento e Marcos Dantas Alves dos Santos Projeto de Graduação

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA UM LABORATÓRIO DE LUMINOTÉCNICA:

PROJETOS E CONSTRUÇÕES

Diogo Fagundes Alves de Carvalho

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos necessários à

obtenção do título de Engenheiro Eletricista.

Orientadores: Jorge Luiz do Nascimento

Marcos Dantas Alves dos Santos

Rio de Janeiro

Março de 2020

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA UM LABORATÓRIO DE LUMINOTÉCNICA:

PROJETOS E CONSTRUÇÕES


PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

ENGENHARIA DE ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.

Examinada por:

_______________________________________________

Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng

_______________________________________________

Prof. Marcos Dantas Alves dos Santos, M. Sc

_______________________________________________

Prof. Jean Hilaire Adebai Tomola, D. Sc.

_______________________________________________

Prof. Gustavo da Silva Viana, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

MARÇO DE 2020

Carvalho, Diogo Fagundes Alves

Instrumentos de Medição para um Laboratório de

Luminotécnica: Projetos e Construções/ Diogo

Fagundes Alves de Carvalho – Rio de Janeiro :

UFRJ/ Escola Politécnica, 2020.

XIX, 124p.:il; 29,7 cm.

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento e Marcos

Dantas Alves dos Santos

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola

Politécnica/ Curso de Engenharia Elétrica, 2020.

Referências Bibliográficas: p. 121-124.

1. Grandezas de Iluminação 2. Experimentos de

Medição Luminotécnica 3. Projetos I. Luiz

Nascimento, Jorge II. Universidade Federal do Rio

de Janeiro, UFRJ, Curso de Engenharia Elétrica.

III. Projeto e Construção de Equipamentos de

Análise Luminotécnica

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/

UFRJ como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Engenheiro

Eletricista.

Instrumentos de Medição para um Laboratório de Luminotécnica:

Projetos e Construções


Março/2020

Orientador: Jorge Luiz do Nascimento e Marcos Dantas Alves dos Santos

Curso: Engenharia Elétrica

O presente trabalho descreve a construção de quatro dispositivos para

medição de grandezas luminotécnicas e apresenta seus projetos, formas

construtivas e resultados de ensaios de validação de funcionamento. São

apresentados os conceitos teóricos de cada uma das principais grandezas

estudadas em Luminotécnica e relacionadas aos dispositivos projetados,

bem como toda a fundamentação técnica dos dispositivos, que são

réplicas de equipamentos utilizados profissionalmente.

Os dispositivos são construídos com materiais reutilizados de outras

aplicações técnicas e permitem realizar medições das grandezas teóricas

da Luminotécnica com a finalidade de demonstrar didaticamente algumas

técnicas de medição adotadas no estudo da Iluminação e complementar

os conteúdos do ensino teórico na disciplina “Técnicas de Iluminação” da

UFRJ.

Os equipamentos foram montados e ensaiados para mostrar suas

funcionalidades e viabilidades para utilização pedagógica e se destinarão

ao acervo de um futuro Laboratório de Luminotécnica, essencial para a

complementação do ensino teórico e realização de outros estudos.

Palavras-chave: medições luminotécnicas, banco ótico, espectrômetro,

goniofotômetro, esfera de ulbricht.

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial

fulfillment of the requirements for the degree of Engineer.

Measurement Instruments for a Photometry Laboratory:

Projects and Construction


Março/2020

Advisor: Jorge Luiz do Nascimento and Marcos Dantas Alves dos Santos

Course: Electric Engineering

This work describes the construction of four devices for measuring

photometric quantities and introduces their designs, construction forms

and results of validation tests. It will be introduced, also, the theoretical

concepts of each of the main quantities studied in Photometry and related

to the projected devices developed, as well as the entire technical basis of

the devices, which are replicas of professionally used equipment.

The devices are constructed with materials reused from other

technical applications and allow measurements of the theoretical

quantities of Photometry to be carried out in order to demonstrate

didactically some measurement techniques adopted in the study of

Lighting and to complement the contents of the theoretical teaching in the

discipline “Lighting Techniques” of UFRJ (Rio de Janeiro Federal

University).

The equipment was assembled and tested to show its functionalities

and viability for pedagogical use and will be destined to a future

Photometry Laboratory, essential for complementing theoretical teaching

and carrying out other studies.

Keywords: illumination, optical table, spectrometer, goniophotometer,

integrating sphere, equipment project.

Sumário

1 Introdução ............................................................................................................... 1

1.1 Objetivo .............................................................................................................. 2

1.2 Motivação .......................................................................................................... 3

1.3 Metodologia ...................................................................................................... 3

1.4 Organização do Trabalho ................................................................................. 3

2 Grandezas de Iluminação ..................................................................................... 5

2.1 Ângulo Sólido .................................................................................................... 5

2.2 Fluxo Luminoso ................................................................................................ 6

2.3 Intensidade Luminosa ...................................................................................... 7

2.4 Eficiência Luminosa.......................................................................................... 8

2.5 Exitância Luminosa ........................................................................................ 10

2.6 Luminância ..................................................................................................... 10

2.7 Iluminância ..................................................................................................... 11

2.8 Transmitância, Absorbância e Refletância ..................................................... 12

2.8.1 Transmitância ........................................................................................ 13

2.8.2 Absorbância ........................................................................................... 13

2.8.3 Refletância ............................................................................................. 14

2.9 Cor.................................................................................................................. 14

2.9.1 Cor Psicofísica ....................................................................................... 15

2.9.2 Cor Percebida ........................................................................................ 15

2.9.3 Cor do Objeto ........................................................................................ 16

2.10 Temperatura de Cor ..................................................................................... 17

2.11 Índice de Reprodução de Cor ....................................................................... 20

2.11.1 Diagrama de Cromaticidade ................................................................ 22

2.11.2 Cálculo do IRC ..................................................................................... 26

3 Experimentos de Medição Luminotécnica ........................................................ 28

3.1 Iluminância ..................................................................................................... 28

3.1.1 Primórdios dos Fotômetros .................................................................... 28

3.1.2 Células Fotovoltaicas ............................................................................. 29

3.2 Intensidade Luminosa .................................................................................... 31

3.2.1 Banco Ótico ........................................................................................... 31

3.2.2 Goniofotômetro ...................................................................................... 33

3.3 Fluxo Luminoso .............................................................................................. 36

3.3.1 Esfera Integradora de Ulbricht ............................................................... 36

3.3.2 Método do Fluxo Zonal .......................................................................... 38

3.4 Temperatura de Cor e IRC ............................................................................. 41

4 Projetos ................................................................................................................ 44

4.1 Esfera de Ulbricht ............................................................................................ 46

4.1.1 Dimensionamento .................................................................................. 47

4.1.2 Desenhos do Projeto ............................................................................. 51

4.1.3 Lista de Material..................................................................................... 52

4.1.4 Detalhes da Montagem .......................................................................... 53

4.1.4.1 Parte Esférica ................................................................................ 52

4.1.4.2 Suporte do Luxímetro .................................................................... 54

4.1.4.3 Haste com Suporte da Lâmpada ................................................... 54

4.1.4.4 Suporte da Esfera .......................................................................... 55

4.2 Espectrômetro ................................................................................................. 55





4.2.4.1 Paredes e Tampas ......................................................................... 62

4.2.4.2 Câmera .......................................................................................... 63

4.2.4.3 DVD ............................................................................................... 65

4.2.4.4 Fenda de Entrada de Luz .............................................................. 66

4.2.4.5 Theremino ...................................................................................... 67

4.2.4.6 Calculadora de IRC e Temperatura de Cor ................................... 71

4.3 Banco Ótico ................................................................................................... 72





4.3.4.1 Régua ............................................................................................ 76


4.3.4.3 Anteparo ........................................................................................ 77

4.3.4.4 Suporte para as Lâmpadas ............................................................ 78

4.4 Goniofotômetro ............................................................................................... 79





4.4.4.1 Régua ............................................................................................ 84


4.4.4.3 Estrutura (Base Móvel e Base Fixa) ............................................. 85

4.4.4.4 Limbos ........................................................................................... 86

4.4.4.5 Eixos .............................................................................................. 90

5 Utilização .............................................................................................................. 94

5.1 Medição do Fluxo Luminoso ........................................................................... 94

5.1.1 Passo a Passo ....................................................................................... 95

5.1.2 Dados Coletados ................................................................................... 95

5.1.3 Análise dos dados.................................................................................. 96

5.1.4 Concluisões ........................................................................................... 97

5.2 Medição do IRC .............................................................................................. 98

5.2.1 Passo a Passo ....................................................................................... 98

5.2.2 Dados Coletados ................................................................................... 99

5.2.2.1 Lâmpada Fluorescente ........................................................... 100

5.2.2.2 Lâmpada Halógena ................................................................ 101

5.2.2.3 Lâmpada LED Bulbo .............................................................. 101

5.2.2.4 Lâmpada LED Direcional ....................................................... 102

5.2.3 Análise dos dados................................................................................ 102

5.2.4 Conclusões .......................................................................................... 103

5.3 Medição da Intensidade Luminosa ............................................................... 103

5.3.1 Passo a Passo ..................................................................................... 104

5.3.2 Dados Coletados ................................................................................. 104


5.3.4 Conclusões .......................................................................................... 106

5.4 Desenho das Curvas de Distribuição Fotométrica ...................................... 107

5.4.1 Passo a Passo ..................................................................................... 107

5.4.2 Dados Coletados ................................................................................. 109


4.4.5.1 Curvas Horizontais ................................................................. 114

4.4.5.2 Curvas Verticais ..................................................................... 116

5.4.4 Conclusões .......................................................................................... 117

6 Conclusão ........................................................................................................... 118

Bibliografia ............................................................................................................. 119

Índice de Figuras

Figura II.1 – Ângulo plano. .......................................................................................... 5

Figura II.2 – Ângulo sólido. .......................................................................................... 6

Figura II.3 – Fabricante que usa lúmens para determinar iluminação gerada pela lâm

pada. ........................................................................................................................... 7

Figura II.4 – Vetor de intensidade luminosa ................................................................ 8

Figura II.5 – Gráfico de Eficiência Luminosa ............................................................... 9

Figura II.6 – Gráfico de Alocação de Potência no Processo de Funcionamento de

Lâmpadas: (a) halógenas (b)Fluorescentes (c)Vapor de Mercúrio ....................... 10

Figura II.7: A área aparente é a projeção da área vista pelo observador. ................. 11

Figura II.8 – Relação entre a Transmissão, Reflexão e Absorção de uma Lente...... 13

Figura II.9 – Vestido azul e preto ou branco e dourado? ........................................... 15

Figura II.10 – Reflexão e Cor. ................................................................................... 16

Figura II.11 – Ilusão de ótica. .................................................................................... 17

Figura II.12 – Iluminação em Diferentes Temperaturas de Cor. ............................... 18

Figura II.13 – Gráfico de Temperatura de Acordo com a Lâmpada. ......................... 19

Figura II.14 – Gráfico Visão Fotópica e Escotópica. .................................................. 20

Figura II.15 – Fotos Feitas com Fontes de Luz com Diferentes IRCs. ...................... 21

Figura II.16 – Comparação dos Gráficos dos Espectros de duas Fontes Luminosas.

.................................................................................................................................. 21

Figura II.17: Tristímulos de Referência. .................................................................... 23

Figura II.18: Diagrama de Cromaticidade CIE 1931. ................................................. 25

Figura III.1: Princípio do fotômetro comparativo. ....................................................... 29

Figura III.2: Fotômetros de Weber(a) e de Lummer-Brodhun(b) ............................... 29

Figura III.3: Arranjo experimental feito por Hertz. ...................................................... 30

Figura III.4: Bancos Óticos. ....................................................................................... 31

Figura III.5: Goniofotômetro. ...................................................................................... 33

Figura III.6: (a)Curvas Fotométricas na Vertical e Horizontal (b) Curva Fotométrica

Vertical. ..................................................................................................................... 34

Figura III.7: Tipos de montagem de Goniofotômetros ............................................... 35

Figura III.8: Esfera Integradora de Ulbricht. .............................................................. 36

Figura III.9: Esfera Imaginária para o Cálculo pelo processo indireto. ...................... 38

Figura III.10: Sistema de Referência ......................................................................... 39

Figura III.11: Espectrômetro simples (a) com uma lâmpada Incandescente (b) e uma

Fluorescente (c) sendo submetidos a um Prisma. .................................................... 42

Figura III.12: Espectrômetro. ..................................................................................... 43

Figura IV.1: Luxímetro BK Precision 615. ................................................................. 44

Figura IV.2: Fonte de luz (a) Bulbo de Led (b) Fluorescente (c) Led Direcional (d) Bulbo

Halógena. .................................................................................................................. 45

Figura IV.3: Esfera da Konica Minolta Sensing Americas (a) e o projeto da esfera a ser

montado(b). ............................................................................................................... 46

Figura IV.4: Regra dos triângulos para o cálculo das dimensões do anteparo. ........ 50

Figura IV.5: Materiais componentes do projeto da Esfera de Ulbricht vistos em uma

secção lateral. ........................................................................................................... 51

Figura IV.6: Medidas do projeto da Esfera de Ulbricht vistos em uma secção lateral (a)

e frontal entre a lâmpada e a janela de acoplamento do luxímetro (b). ..................... 51

Figura IV.7: Luminária Semiesférica de 50 cm de diâmetro. ..................................... 53

Figura IV.8: (a)Visão completa da Esfera de Ulbricht (b)Secção Vertical (c)Visão da

esfera sem a tampa superior ..................................................................................... 53

Figura IV.9: Guia da haste principal no suporte da esfera ....................................... 54

Figura IV.10: Suporte da Esfera de Ulbricht .............................................................. 55

Figura IV.11: Espectrômetro Raman Cora 100 [32] (a) projeto caseiro de

espectrômetro (b). ..................................................................................................... 56

Figura IV.12: Arco-íris refletido no DVD .................................................................... 56

Figura IV.13: Caixa do espectrômetro sem uma das paredes laterais. .................... 57

Figura IV.14: Ilustração do processo proposto. ......................................................... 58

Figura IV.15: Webcam ............................................................................................... 59

Figura IV.16: As partes da caixa do espectrômetro. .................................................. 60

Figura IV.17: Secção lateral da caixa ........................................................................ 61

Figura IV.18: Secção frontal entre a tampa e o diafragma (lado esquerdo) e vista frontal

(lado direito) .............................................................................................................. 61

Figura IV.19: Visão da caixa com os parafusos ........................................................ 63

Figura IV.20: Filtro infravermelho atrás da lente da webcam. .................................. 63

Figura IV.21: Câmera em um ângulo de 30° em relação a Fenda de Entrada de Luz.

.................................................................................................................................. 64

Figura IV.22: Suporte da webcam na caixa. .............................................................. 65

Figura IV.23: Preparação do DVD. ............................................................................ 66

Figura IV.24: Utilizando papel cartão para diminuir o tamanho da fenda de entrada de

luz. ............................................................................................................................. 67

Figura IV.25: Tela principal do programa Theremino Spectofotomerter v2.5. ........... 68

Figura IV.26: Tela das opções de vídeo. ................................................................... 69

Figura IV.27:Imagem do espectro de uma lâmpada fluorescente ............................. 70

Figura IV.28: Aba “Tools”. ......................................................................................... 71

Figura IV.29: (a)Banco Ótico ZVEPOWER [33] (b) Projeto do Banco Ótico a ser

montado. .................................................................................................................. 73

Figura IV.30: Medidas do Anteparo ........................................................................... 74

Figura IV.31: Medidas do Suporte do Luxímetro ....................................................... 74

Figura IV.32: Medidas do Suporte da Lâmpada. ...................................................... 75

Figura IV.33: Base de sustentação dos componentes do banco ótico. ..................... 75

Figura IV.34: Perfil de Alumínio. ............................................................................... 76

Figura IV.35: Suporte do Luxímetro com a base de sustentação .............................. 77

Figura IV.36: Anteparo do banco ótico com a base de sustentação ......................... 78

Figura IV.37: Suporte da lâmpada com a base de sustentação. ............................... 79

Figura IV.38: (a) Projeto do Goniofotômetro a ser montado (b)Goniofotômetro

InventFine.................................................................................................................. 80

Figura IV.39: Estrutura com limbos. .......................................................................... 82

Figura IV.40: Goniofotômetro no posicionamento de 90 graus. ................................ 82

Figura IV.41: Vista Frontal cotada. ............................................................................ 83

Figura IV.42: Corte lateral cotado. ............................................................................. 83

Figura IV.43: Perfil de Alumínio. ................................................................................ 84

Figura IV.44: Suporte do Luxímetro com a base de sustentação .............................. 85

Figura IV.45: Cantoneiras e chapas de alumínio. ...................................................... 86

Figura IV.46: Engrenagem de Kart com 72 dentes ................................................... 87

Figura IV.47: Limbo do eixo horizontal e da lâmpada. .............................................. 88

Figura IV.48: Porcas guia para os parafusos que travam os limbos ......................... 89

Figura IV.49: Contrapesos......................................................................................... 90

Figura IV.50: Parafuso, soquete e lâmpada .............................................................. 91

Figura IV.51: Partes do Eixo da lâmpada .................................................................. 91

Figura IV.52: Eixos horizontais (a) do lado do limbo e (b) do lado oposto ao limbo. . 92

Figura IV.53: (a) ½ cabeça cilíndrica (b) arruela ½ (c) contra porca 304 ½ 7,4 mm. . 93

Figura V.1: Experimento com a esfera de Ulbricht .................................................... 96

Figura V.2: Esfera de Ulbricht Aberta ........................................................................ 96

Figura V.3: Posicionamento da lâmpada padrão.. ..................................................... 99

Figura V.4: Espectrômetro construído e experimento. ........................................... 100

Figura V.5: Experimento com banco ótico.. ............................................................. 105

Figura V.6: Limbo do eixo da lâmpada girando. ..................................................... 108

Figura V.7: Limbo do eixo horizontal com a lâmpada a 0 graus. ............................. 109

Figura V.8: Posicionamento do Luxímetro e experimento com goniofotômetro. ..... 111

Figura V.9: Modelo para desenhar a curva de distribuição fotométrica. .................. 113

Figura V.10: Curvas fotométricas Horizontais obtidas das lâmpadas testadas. ..... 114

Figura V.11: Lâmpada halógena. ............................................................................ 115

Figura V.12: Curvas fotométricas verticais obtidos das lâmpadas testadas ............ 116

Índice de Tabelas

Tabela II.1: Tristímulos por comprimento de onda e sensação de cor. .................... 24

Tabela II.2: Exemplo da distribuição da potência e refletância espectral relativa...... 26

Tabela III.1: Dados coletados em um experimento com o Goniofotômetro ............... 35

Tabela III.2: Constantes zonais em intervalos de 10° ............................................... 40

Tabela III.3: Constantes zonais em intervalos de 5 ................................................... 40

Tabela III.4:Tabela com todos os valores necessários para a obtenção do fluxo

luminoso de forma indireta ........................................................................................ 41

Tabela IV.1: Lista de Materiais para a Esfera de Ulbricht. ........................................ 52

Tabela IV.2: Lista de materiais para o espectrômetro. .............................................. 62

Tabela IV.3: Lista de materiais para o banco ótico ................................................... 76

Tabela IV.4: Lista de materiais para a estrutura com limbos do goniofotômetro. ..... 84

Tabela V.1: Dados Coletados no Experimento com a Esfera de Ulbricht ................. 96

Tabela V.2: Fluxo Luminoso e Erro. .......................................................................... 97

Tabela V.3: Distribuição Espectral da Lâmpada Fluorescente ................................ 100

Tabela V.4: Distribuição Espectral da Lâmpada Halógena ..................................... 101

Tabela V.5: Distribuição Espectral da Lâmpada LED Bulbo ................................... 101

Tabela V.6: Distribuição Espectral da Lâmpada LED Direcional ............................. 102

Tabela V.7: IRC e Erro. ........................................................................................... 102

Tabela V.8: Dados coletados com o banco ótico .................................................... 105

Tabela V.9: Intensidade luminosa e erro. ................................................................ 106

Tabela V.10: Tabela para curva fotométrica horizontal .......................................... 108

Tabela V.11: Tabela para curva fotométrica vertical. ............................................ 109

Tabela V.12: Tabela de dados coletados das lâmpadas de teste. ......................... 110

Tabela V.13: Tabela para curvas fotométricas das lâmpadas de teste. ................ 113

Lista de Siglas e Abreviaturas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas – Corresponde à associação

responsável pela elaboração de normas no Brasil.

C.I.E. Comissão Internacional de Iluminação - Autoridade internacional em luz,

iluminação, cor e espaços de cores.

cd Candela – Unidade de medida da Intensidade Luminosa.

CD Disco Compacto – Disco ótico digital de armazenamento de dados.

CIE 1931 Sistema Colorimétrico de Referência de 1931 – Padrão internacional de

espaço colorimétrico.

CIE-UCS 1960 Sistema Colorimétrico de Referência de 1960 – Opção de espaço

colorimétrico ao CIE 1931.

cm Centímetro - Unidade de medida de distância.

DVD Disco Digital Versátil – Disco ótico digital de armazenamento de dados.

K Kelvin – Unidade de medida para temperatura e temperatura de cor

correlata.

LED Diodo Emissor de Luz – Tipo de fonte luminosa.

Lm Lúmen – Unidade de medida do fluxo luminoso.

lx Lux – Unidade de medida da Iluminância.

𝑚 Metro – Unidade de medida de distância.

mm Milímetro - Unidade de medida de distância.

NBR Norma Brasileira – Norma elaborada pelo órgão elaborador de normas

brasileiro (ABNT).

nit Nit – Unidade de grandeza usada para luminância.

nm Nanômetro - Unidade de medida de distância.

p Piexels - Menor elemento em um dispositivo de exibição ao qual é

possível atribuir-se uma cor.

rad Radianos - Unidade padrão de medida angular.

SPD Distribuição de potência espectral – Medida que descreve a potência por

unidade de área por comprimento de onda de uma fonte de luz.

sr Esterradiano - Unidade de medida equivalente a um ângulo sólido.

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro – Universidade federal localizada

no estado do Rio de Janeiro.

W Watt – Unidade de medida de potência elétrica.

Lista de Símbolos

𝛼 Ângulo Plano

𝜔 Ângulo Sólido

ø Fluxo luminoso

π Constante de Pi

I Intensidade Luminosa

% Porcentagem

𝜂 Eficiência Luminosa

P Potência

𝐻 Exitância Luminosa

𝐴 Área

L Luminância

nt Nit

E Iluminância

τ Transmitância

α Absorbância

ρ Refletância

ø𝑡 Fluxo Luminoso Transmitido

øa Fluxo Luminoso Absorvido

ør Fluxo Luminoso Refletido

TCC Temperatura de Cor Correlata

IRC Índice de Reprodução de Cor

x̅ Tristímulos Monocromáticos Que Representa o Vermelho

ӯ Tristímulos Monocromáticos Que Representa o Verde

z̅ Tristímulos Monocromáticos Que Representa o Azul

M Distribuição Espectral Relativa da Luz Direta da Fonte

𝑑 Distância

° Graus

R ou r Raio

k Constante da Esfera de Ulbricht

θ ângulo

K Constante Zonal

𝐴𝑎 Área de Emissão da Lâmpada Bulbo de Led

𝐴𝑏 Área de Emissão da Lâmpada Lâmpada Fluorescente

ℎ Altura

𝐴𝑐 Área de Emissão da Lâmpada Lâmpada Direcional

𝐴𝑑 Área de Emissão da Lâmpada Lâmpada Halógena

Ae Área da Esfera

𝑎 Comprimento do Anteparo

𝐸𝑒𝑑 Espaço Entre Dentes

1

Capítulo 1

Introdução

Desde sua invenção, a lâmpada tem se tornado cada vez mais indispensável

para a vida e cotidiano do ser humano. O que era iluminado apenas pela luz do sol,

hoje ganha novas perspectivas e novos detalhes. A história do homem com a

iluminação remete a idade pré-histórica, quando o homem passou a controlar o fogo

e a usá-lo, dentre outras funções, para enxergar melhor a noite e em lugares escuros.

A partir daí várias formas de iluminar foram desenvolvidas. Velas, lampiões e

candelabros foram algumas das ferramentas de iluminação antes da descoberta que

mudaria o mundo, em 1879. Ao inventar a lâmpada elétrica, Thomas Edison já sabia

da importância de sua invenção para o mundo. A luz artificial é a responsável por

mudanças significativas na produtividade do ser humano. Períodos de trabalho podem

ser estendidos e turnos podem ser complementares um ao outro, mantendo a

produção praticamente incessável. Isso afeta diretamente a economia assim como o

ritmo de vida do homem, que passa a ter um dia mais longo.

Hoje, a iluminação artificial se faz presente em praticamente todos os lugares:

casas, escritórios, fábricas, ruas, parques. E, além de ser fundamental para o aumento

da produtividade, é essencial na prevenção de acidentes e no conforto visual, sendo

um elemento presente na arquitetura. Um projeto luminotécnico tem a função de

nivelar a iluminação de acordo com o propósito do ambiente iluminado. Deve

considerar boas condições de visibilidade, reprodução de cores, economia de energia,

facilidade de manutenção, custo, conforto entre outras coisas. Conceitos importantes

como uniformidade da iluminação, quantidade de luz e ofuscamento devem ser

considerados já que projetos luminotécnicos visam o conforto, bem-estar e segurança

de todos os que estarão no ambiente.

Com o desenvolvimento tecnológico, a diversidade de equipamentos de

iluminação aumentou significativamente, o que agrega aos projetos, mas também

3

exige que padrões sejam criados. A padronização e o desenvolvimento de técnicas

de medições têm por objetivo garantir ao máximo a eficácia da iluminação

independente dos equipamentos utilizados. A fotometria surgiu com o objetivo de

medir a radiação visível de forma que os resultados sejam os mais próximos possíveis

da sensação visual produzida em uma pessoa. Inicialmente, tendo como referência o

olho humano, os métodos fotométricos evoluíram muito em precisão e hoje são

compostos de instrumentos dotados de um fotoelemento que, exposto à radiação,

produz um sinal elétrico com uma relação matemática linear com a grandeza que está

sendo medida. Estes instrumentos auxiliam em projetos de iluminação e permitem que

o projetista tenha uma precisão muito grande de como será o resultado final.

Para o estudo da luminotécnica, laboratórios com os equipamentos de medição

são uma ótima forma de auxiliar o ensino através de aulas prática. A aula prática é um

recurso pedagógico importante, já que facilita o processo de ensino e de

aprendizagem. Através da experimentação, o estudante alia o teórico com o prático e

enxerga sob outra perspectiva, sendo capaz de ir a fundo no desenvolvimento de

pesquisas e da problematização em sala de aula, despertando ainda mais a

curiosidade e o interesse do aluno.

1.1 Objetivo

O objetivo deste trabalho é construir quatro (4) dispositivos de Luminotécnica

para uso na disciplina de Técnicas de Iluminação do Curso de Engenharia Elétrica, de

forma complementar ao ensino teórico

Os dispositivos: esfera de Ulbricht, espectrômetro, banco ótico e

goniofotômetro serão estudados e projetados à semelhança de outros

tecnologicamente mais avançados e já utilizados em laboratórios de ensaios

profissionais e de pesquisa.

1.2 Motivação

O interesse deste projeto partiu da verificação de que a disciplina de Técnicas

de Iluminação do curso de engenharia elétrica da UFRJ necessita de aulas práticas

4

para complementação do ensino de seus conteúdos. A disciplina que vem sendo

oferecida em períodos intercalados, teve no passado distante (há mais de 40 anos)

um projeto de laboratório, cujos equipamentos vindos por doação do exterior foram

alocados para outra unidade, mas o laboratório não foi implementado. Certamente,

um prejuízo histórico para o ensino e para a pesquisa. Agora, este trabalho tem

também o objetivo de produzir um novo embrião para fomentar nos jovens docentes

interesse em estudos de Luminotécnica, além de envolvimento para que o laboratório

possa se tornar uma realidade. Além do uso para 4 aulas teóricas e práticas, este

trabalho servirá como um guia para o desenvolvimento de estudos e para pequenos

projetos.

1.3 Metodologia

O trabalho será desenvolvido a partir de pesquisa bibliográfica para

fundamentação teórica das grandezas e conceitos que envolvem a matéria

Luminotécnica, bem como de pesquisa bibliográfica sobre conteúdos relativos às

formas de medição e de aspectos construtivos de equipamentos de medição das

principais grandezas. Os dispositivos serão projetados de forma simplificada, sendo

testadas a exatidão das medições e a funcionalidade prática para avaliar o uso dos

mesmos como base de desenvolvimento de equipamentos com características

técnicas e científicas mais eficientes para estudos avançados.

1.4 Organização do Trabalho

Este trabalho se organizará de forma que o Capítulo 2 abordará as principais

grandezas de iluminação, explicando seus conceitos, fórmulas matemáticas e

variáveis.

No Capítulo 3 serão descritos os experimentos de medição luminotécnica.

Através destes instrumentos as grandezas apresentadas no Capítulo 2 podem ser

medidas.

No Capítulo 4 serão desenvolvidos projetos de instrumentos similares aos

vistos no Capítulo 3. Todos os componentes, parâmetros e formas cotadas serão

5

apresentados, de forma que possam ser construídos para compor o laboratório de

luminotécnica da UFRJ.

No Capítulo 5 serão apresentados os projetos construídos assim como a coleta

de dados análises e resultados dos testes. No Capítulo 6 serão apresentadas as

considerações finais e o Capítulo 7 contém a bibliografia usada como referência para

este trabalho.

6

Capítulo 2

Grandezas de Iluminação

Para o entendimento e melhor padronização de projetos de luminotécnica é

fundamental o entendimento das grandezas de iluminação. As definições, símbolos e

unidades legais que são os recomendados pela “NBR 5461 – Vocabulário de

Iluminação – Terminologia” da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e

do decreto 63 233, de 12 de setembro de 1968 são apresentadas nas próximas

seções.

2.1 Ângulo Sólido

Antes do conceito de ângulo sólido, deve-se compreender o conceito de ângulo

plano. O ângulo plano α é resultado do quociente entre o comprimento do arco l e o

raio R da circunferência (Equação II.1), onde o seu valor é expresso em Radianos

[rad], vide Figura II.1.

𝛼 =

𝑙

𝑅

(II.1)

Figura II.1 – Ângulo plano.

7

De forma análoga, o Ângulo Sólido (𝜔) se define por uma esfera de raio r e uma

área A qualquer em sua superfície. Portanto o ângulo sólido, expresso em

esterradianos, será o quociente entre uma área A situada na superfície de uma esfera

e o quadrado do raio r da própria esfera, vide Equação II.2. Um esterradiano [sr] é o

ângulo sólido que, tendo vértice no centro de uma esfera, subentende na superfície

desta uma área igual ao quadrado do raio da esfera [2], como pode ser visto na Figura

II.2.

𝜔 =𝐴

𝑟2 (II.2)

Figura II.2 – Ângulo sólido [18].

2.2 Fluxo Luminoso

Fluxo luminoso (ø) é uma grandeza fotométrica presente no Sistema

Internacional. Ela está diretamente ligada à sensibilidade do olho humano e

representa a quantidade total de luz visível emitida por uma fonte (somando a emissão

8

de todos os ângulos possíveis), ou seja, a quantidade total de candelas emitidas por

uma fonte. Sua unidade é o Lúmen (Lm).

Como exemplo, uma fonte que emite luz em um angulo sólido de 4π (esfera)

na intensidade de 1 candela (equivalente a uma vela), emite 12,57 Lúmens [4]:

1 cd x 4π = 12,57 Lúmens

Segundo a ABNT [3], é a “grandeza característica de um fluxo energético,

exprimindo sua aptidão de produzir uma sensação luminosa no ser humano através

do estímulo da retina ocular, avaliada segundo os valores da eficácia luminosa relativa

admitidos pela Comissão Internacional de Iluminação (C.I.E)”.

Hoje, o fluxo luminoso é a medida mais comum para se referir a quantidade de

luz que uma fonte emite (vide Figura II.3).

Figura II.3 – Fabricante que usa lúmens para determinar iluminação gerada pela lâmpada [5].

2.3 Intensidade Luminosa

A Intensidade Luminosa (I) nada mais é que um vetor luminoso (Figura II.4)

emitido pela fonte puntiforme [2], ou seja, é a intensidade que uma fonte emite luz em

uma determinada direção. Sua fórmula é dada pela Equação II.3.

𝐼 =𝑑ø

𝑑𝜔 , (II.3)

onde:

9

Ø é fluxo luminoso;

𝜔 é o ângulo sólido.

Pode ser denominada também como o “limite da relação entre o fluxo luminoso

em um ângulo sólido em torno de uma direção dada e o valor desse ângulo sólido,

quando esse ângulo sólido tende para zero” [1]. Sua unidade é o Candela (Cd).

Figura II.4 – Vetor de intensidade luminosa [1].

Os cálculos da intensidade luminosa exigem que a fonte luminosa seja

puntiforme e, na prática, as fontes possuem dimensões finitas. Por causa desse

desvio é fundamental que a distância de medição tenha pelo menos cinco vezes a

maior dimensão da fonte. Assim sendo, o erro na medição será na ordem de 1 %.

Caso contrário, os erros serão maiores e poderão interferir consideravelmente nos

resultados.

2.4 Eficiência Luminosa

A Eficiência Luminosa (𝜂) é a razão entre o fluxo luminoso emitido por uma

fonte de luz e a potência consumida por ela, vide Equação II.4. Sua unidade é o

Lúmens / Watt (Lm / W).

𝜂 =ø

𝑃 , (II.4)

onde:

Ø é o fluxo luminoso;

P é a potência consumida pela luz.

10

No Brasil a iluminação artificial representa aproximadamente 20 % de energia

elétrica consumida no país [8]. Portanto o estudo, pesquisa e desenvolvimento de

lâmpadas mais eficientes impacta diretamente nos gastos do país. O gráfico da Figura

II.5 ilustra as diferentes eficiências energéticas de acordo com os tipos de lâmpadas.

Para que seja possível aumentar a eficiência energética deve-se combater um dos

maiores causadores de desperdício, o calor gerado pelas lâmpadas.

Figura II.5 – Gráfico de Eficiência Luminosa [6 adaptado].

Além do calor, perdas com o circuito e iluminação infravermelho ou ultravioleta

são fatores que podem reduzir a eficiência energética. Na Figura II.6, pode-se avaliar

os gastos com perdas, circuito, radiações invisíveis e calor em três lâmpadas

diferentes e o quanto efetivamente é convertido em luz visível aos olhos humanos.

11

(a) (b) (c)

Figura II.6 – Gráfico de Alocação de Potência no Processo de Funcionamento de Lâmpadas: (a)

halógenas (b)Fluorescentes (c)Vapor de Mercúrio [6].

2.5 Exitância luminosa

A Exitância Luminosa é a densidade de fluxo luminoso emitida por uma fonte

ou por reflexão [2]. Sua unidade é o Lúmens.metro quadrado (Lm.𝑚2) e sua equação

está representada na Equação II.5.

𝐻 = ø × 𝐴 , (II.5)

onde:

Ø é o fluxo luminoso;

A é a área em 𝑚2.

2.6 Luminância

Por definição, a Luminância (L) é a razão entre a intensidade luminosa 𝑑𝐼,

incidente num elemento de superfície que contém o ponto dado, e a área 𝑑𝐴 aparente

vista pelo observador, quando esta área tende a zero. Sua unidade é o Candela por

Metro Quadrado [cd/m2 ]. A Figura II.7 facilita a visualização de que a área aparente

é a área projetada, aquela que é vista pelo observador. Esta área é dada

matematicamente por 𝐴𝑐𝑜𝑠𝛼, sendo a luminância dada pela Equação II.6.

12

𝐿 =𝑑𝐼

𝑑𝐴 .𝑐𝑜𝑠𝛼 , (II.6)

onde:

A é a área da superfície;

𝛼 é a direção da observação;

I é a intensidade luminosa;

L é a luminância.

A Equação II.6 ajuda a evidenciar que quando a incidência da intensidade

luminosa é normal à superfície esta área aparente é a própria área da superfície, caso

contrário é proporcional ao cosseno do ângulo 𝛼 [2].

Figura II.7: A área aparente é a projeção da área vista pelo observador [2].

Na indústria de monitores, a luminância é usada para quantificar o brilho dos

monitores. Profissionais da indústria estão familiarizados com o termo nit (nt). Nit é

uma grandeza que não faz parte do SI, usada para luminância, e 1 nit é equivalente a

1 cd/m2 [25].

2.7 Iluminância

Iluminância (E) é o limite da razão entre o fluxo luminoso incidente num

elemento de superfície que contém o ponto dado, e a área deste elemento, quando

esta área tende para zero. Em termos mais simples, é o fluxo luminoso incidente numa

superfície por unidade de área, sua unidade é o Lux (lx) e sua fórmula está

representada na Equação II.7 [2].

𝐸 =𝑑ø

𝑑𝐴 (II.7)

13

Esta medida se refere a quantidade de luz que chega a uma área que tende

para zero, estando diretamente relacionada com a visibilidade dos detalhes do que

está sendo iluminado. Este é o maior motivo pelo qual os projetos de iluminação

devem seguir tabelas de Iluminância estipuladas pela ABNT [7].

As tabelas desenvolvidas pela ABNT possuem faixas de iluminância (em lux) e

os tipos de atividades que podem ser praticadas em segurança naquela faixa de

iluminância. Por exemplo, segundo a ABNT áreas púbicas com arredores escuros

podem ser iluminadas seguindo uma faixa apenas 20 - 50 lux. Essa iluminação

garante a segurança de quem pratica tarefas visuais simples. Já para tarefas visuais

muito especiais, como uma cirurgia, recomenda-se a iluminação equivalente a faixa

de 10 000 – 20 000 lux, garantindo que o médico enxergará todos os detalhes da área

a ser operada.

Recomenda-se o uso de tabelas como a da ABNT em projetos de iluminação

já que da mesma forma que uma iluminação excessiva pode ser incômoda e

atrapalhar a execução de determinadas tarefas, uma iluminação escassa priva a

visualização de detalhes que podem ser importantes. Através das tabelas da ABNT

se tem uma padronização para a iluminação, o que garante a segurança das tarefas

executadas nesses ambientes.

2.8 Transmitância, Absorbância e Refletância

Ao se iluminar superfícies transparentes ou translúcidas, uma parte do fluxo

luminoso que atinge a superfície é refletida, outra parte é transmitida e uma terceira

parte é absorvida e transforma-se em calor, o somatório dessas 3 grandezas resulta

em 100 % do fluxo luminoso incidente, vide Equação II.8. O conceito de Transmitância

(τ), Absorbância (α) e Refletância (ρ), surgem da necessidade de se avaliar o quanto

de fluxo luminoso é transmitido, absorvido ou refletido ao incidir nessas superfícies.

𝜌 + 𝛼 + 𝜏 = 100 % (II.8)

Estes conceitos são fundamentais para a ótica, já que determinam a eficiência

das lentes. Uma lente clara eficiente terá a transmitância maior possível. A Figura II.8

14

foi adaptada de um catalogo da fabricante de lentes, Arri [9], e representa muito bem

a transmissão e o reflexo da luz ao passar por uma lente.

Figura II.8 – Relação entre a Transmissão, Reflexão e Absorção de uma Lente [9].

2.8.1 Transmitância

É a relação entre o fluxo luminoso transmitido por uma superfície e o fluxo

luminoso que incide sobre a mesma [1]. Mostrando a efetividade do meio em transmitir

o fluxo radiante. É representada pela Equação II.9.

𝜏 =ø𝑡

ø , (II.9)

onde:

ø𝑡 é o fluxo luminoso transmitido;

Ø é o fluxo luminoso incidente.

A transmitância em uma lente com revestimento antirreflexo é maior do que em

uma lente idêntica sem esse revestimento [9].

2.8.2 Absorbância

Consiste na relação entre o fluxo luminoso absorvido por uma superfície e o

fluxo luminoso que incide sobre a mesma [1], representado pela Equação II.10.

𝛼 =ø𝑎

ø , (II.10)

15

onde:

ø𝑎 é o fluxo luminoso absorvido;


“Quanto mais escura for uma lente, maior a sua absorbância.” [9]. O mesmo

pode ser aplicado para qualquer superfície, seja ela translúcida ou opaca. Superfícies

escuras tendem a absorver mais a luz. Isso pode ser claramente concluído uma vez

que superfícies escuras não refletem e nem transmitem tanta luz quanto superfícies

claras. O preto ideal consiste na total absorção do fluxo luminoso ( 𝛼 = 100 % ), sem

reflectância e sem transmitância.

2.8.3 Reflectância

Relação entre o fluxo luminoso refletido por uma superfície e o fluxo luminoso

incidente sobre ela, determinado pela Equação II.11 [1]:

𝜌 =ø𝑟

ø , (II.11)

onde:

ø𝑟 é o fluxo luminoso refletido;


A reflectância é a responsável pela sensação de “cor do objeto” [2].

2.9 Cor

As cores são percepções visuais que dependem de três fatores. A fonte

luminosa, a superfície do objeto e o espectador. A composição desses fatores faz com

que a cor seja um conceito subjetivo diretamente ligado ao campo das sensações, o

que a torna difícil de ser classificada e quantificada. Para entender melhor o conceito

de cor, pode-se separar esses três fatores de forma a elaborar três definições: “cor do

objeto”, “cor psicofísica” e “cor percebida”.

16

2.9.1 Cor Psicofísica

A “cor psicofísica” é resultado da capacidade de um observador em distinguir

espectros luminosos. Uma pessoa daltônica, por exemplo, percebe as cores de uma

forma diferente das pessoas que não possuem essa característica. Outro exemplo é

o caso do vestido que dividiu o mundo em 2015. Azul e preto ou branco e dourado?

A foto da Figura II.9 intrigou muita gente já que enquanto muitas pessoas

enxergavam o vestido com as cores preto e azul, muitas o enxergavam branco e

dourado. Esta divergência ocorre devido ao cérebro dos observadores interpretar de

forma diferente a cor do vestido. A “cor psicofísica” é resultado apenas da

interpretação do indivíduo aos estímulos luminosos captados pelo seu olho.

Figura II.9 – Vestido azul e preto ou branco e dourado?[14].

2.9.2 Cor Percebida

Já a “cor percebida” está relacionada com diversos fatores complexos como a

iluminação que incide no objeto, as características do objeto, o meio ambiente e o eixo

da visão. Fatores como a Temperatura de Cor Correlata (Seção 2.10) e o Índice de

Reprodução de Cor (Seção 2.11) da iluminação também são pontos extremamente

relevantes para a percepção da cor de um objeto. Se uma iluminação vermelha incide

sobre um objeto verde, o observador pode ter uma percepção diferente da cor real do

objeto, neste caso poderá enxergar um objeto amarelado, em vez de verde. Questões

como a intensidade da iluminação do ambiente também influenciam na percepção da

17

cor. Se um objeto está mal iluminado, a tendência é que a sua “cor percebida” seja

mais escura do que o seu tom real.

2.9.3 Cor do Objeto

A “Cor do objeto” se dá pela frequência de onda que o objeto reflete. Levando

em consideração que a luz branca (luz do sol) é composta pelo espectro de todas as

cores, dependendo da superfície, apenas alguns espectros são refletidos.

Como pode ser visto na Figura II.10, se todo o espectro for refletido, a superfície

será branca. Se apenas o comprimento de onda correspondente à cor violeta for

refletido, enquanto as outras frequências forem absorvidas, a cor do objeto será

violeta. Se nenhuma frequência for refletida, todas forem absorvidas, a superfície será

preta [16]. O objeto terá a cor correspondente a composição de frequências ou

espectro refletido.

Figura II.10 – Reflexão e Cor [16].

Na Figura II.11 (a), há um tabuleiro composto por quadrados brancos e pretos.

Dois pontos foram marcados no tabuleiro, um na parte branca do xadrez, ponto B, e

outro na parte preta, ponto A. Ao avaliar a figura do lado esquerdo (a) pode-se ver

claramente a diferença entre o ponto A e o B, porém, no lado direito da figura (b) uma

faixa monocromática evidencia que o ponto A e B são, na verdade, compostos pela

mesma cor. A “cor percebida” do ponto A e B é a mesma por causa da iluminação. O

cérebro humano utiliza-se de mecanismos para interpretar a “cor do objeto”, isso faz

com que a percepção do ponto B seja um quadrado branco na sombra, portanto a “cor

do objeto” é branca, enquanto a “cor percebida” é cinza. Já o ponto A será interpretado

como um quadrado preto na luz, sendo a “cor do objeto” preta e a “cor percebida”

também cinza. Note que apesar da “cor percebida” dos pontos A e B serem cinza

18

iguais, a “cor do objeto”, que é determinada pela reflexão do objeto na luz branca, é

diferente. Preto no A e branco no B.

(a) (b)

Figura II.11 – Ilusão de ótica [15].

2.10 Temperatura de Cor Correlata (TCC)

Segundo A lei de Plank, na temperatura ambiente (300 K) a cor do ferro é

escura. Se o ferro for aquecido, sua tonalidade ficará mais avermelhada a 800 K

(quando começa a escala da TCC). Conforme continue sendo aquecido, o ferro passa

a obter uma tonalidade mais amarelada, em 3 000 K, e branca azulada em 5 000 K.

Sua cor será cada vez mais azulada até atingir seu ponto de fusão [2].

A Temperatura de Cor Correlata (TCC) é uma escala de tonalidade de cor

definida para as fontes de luz em uso na iluminação, que varia entre tons amarelados

e tons azulados da mesma forma que o radiador integral de acordo com a Lei de

Planck. Ou seja, a cor da luz emitida por uma fonte de luz artificial é medida pela TCC,

que é a temperatura em Kelvin (K), em que um corpo negro de Plank estaria quando

emitisse luz nesta mesma cor da luz da fonte.

O conceito de Temperatura de Cor Correlata surgiu porque, nas lâmpadas

incandescentes, um fio metálico é submetido a uma corrente alta elevando sua

temperatura até incandescer. Hoje, o conceito de TCC foi estendido, por correlação,

para lâmpadas de LED e fluorescentes, podendo alcançar 25 000 K, com tons

extremamente azulados [2].

19

As cores dos objetos estão diretamente relacionadas com a iluminação que

incide sobre elas. Na Figura II.12, tem-se uma ilustração retirada do Manual de

Iluminação feito pela OSRAM que mostra muito bem como esta influência pode

interferir na composição da coloração de um cenário, modificando-o.

Figura II.12 – Iluminação em Diferentes Temperaturas de Cor [10].

Como pode ser visto na Figura II.13, para cada tipo de lâmpada existe uma

temperatura de cor a ele associada.

Figura II.13 – Gráfico de Temperatura de Acordo com a Lâmpada [10 adaptado].

Na pratica há uma certa divergência entre a temperatura de cor e a sensação

passada por ela. Diferente do conceito aplicado na definição de TCC, cores com TCCs

mais altas são denominadas “frias”, já que passam a sensação de uma cor de

ambiente de inverno, mais azulada. Já as cores com TCCs mais baixas são

20

consideradas “quentes”, já que se assemelham ao fogo e cores do ambiente no verão

ou do pôr do Sol.

Do ponto de vista psicológico, uma iluminação com cores quentes tende a

remeter a ambientes sociáveis e pessoais, ideal para restaurantes e residências. Já

cores mais frias tendem a lugares mais limpos e formais como cozinhas e escritórios

[2]. No cinema, cores frias são usadas para remeter a sentimentos de solidão, tristeza

e introspecção dos personagens. Já cores quentes remetem a sentimentos de

violência, loucura e alegria [17]. Ao longo do dia a sensação de temperatura de cor

varia entre o quente, de dia, e o frio, à noite. Este comportamento está diretamente

relacionado a com a visão Fotópica e Escotópica. A visão Escotópica acontece

quando a luminosidade está baixa, já a visão Fotópica se relaciona a níveis normais

de luminosidade. Ao se reduzir a iluminação em um ambiente, as reflexões das cores

de maiores comprimento de onda (mais avermelhadas) começam a esmaecer

primeiro. Este é o motivo pelo qual os tons azulados (Visão Escotópica) predominam

a noite, quando a luminosidade é menor.

Na Figura II.14 observa-se os gráficos de sensibilidade espectral do olho na

visão escotópica e na visão fotópica.

Figura II.14 – Gráfico Visão Fotópica e Escotópica [1 adaptado].

21

2.11 Índice de Reprodução de Cor

O índice de reprodução de cor (IRC) é um índice que quantifica o efeito das

fontes de luz na iluminação de objetos, de acordo com a sensação humana de cor.

Lâmpadas com IRCs maiores reproduzem as cores da forma mais próxima à luz do

Sol. Para isso, são usadas referências historicamente comuns aos olhos humanos: a

luz do dia, quando a temperatura de cor correlata da fonte luminosa é maior do que 5

000 K e o radiador integral, que remonta à iluminação através do fogo, para fontes

com temperatura abaixo de 5 000 K. Costuma-se usar como referência, no lugar do

radiador integral, a lâmpada incandescente de Tungstênio, já que esta possui um

comportamento similar ao do fogo com uma temperatura de cor correlata de

aproximadamente 3 000 K [27].

Uma forma de se medir o IRC é através da comparação das cores percebidas

de seis amostras de cores, quando submetidas à fonte de luz a ser testada e a uma

fonte de luz de referência. Neste índice, o valor mais alto (100 %), representa a maior

fidelidade das cores em relação à referência. Quanto menor o valor, menos fiéis às

cores refletidas, como se ilustra na Figura II.15 (a), (b) e (c).

(a) (b) (c)

Figura II.15 – Fotos Feitas com Fontes de Luz com Diferentes IRCs [11].

Como pode-se constatar na Figura II.15, uma iluminação feita com uma fonte

de luz com IRC alto tende a possuir cores mais saturadas e mais agradáveis ao olho

humano, além de terem um espectro mais contínuo.

22

A Figura II.16 (b) mostra a distribuição espectral de uma lâmpada com IRC alto,

já a lâmpada do gráfico da Figura II.16(c) possui um IRC baixo. O gráfico da Figura

II.16(a) mostra a distribuição espectral da luz do dia.

(a) (b) (c)

Figura II.16 – Comparação dos Gráficos dos Espectros de duas Fontes Luminosas.

2.11.1 Diagrama de Cromaticidade

A forma mais exata de se obter o IRC requer o uso das coordenadas de

cromaticidade, para tal foi desenvolvido um método de cálculo que depende do

espectro de comprimento de ondas da luz produzida pela fonte e não de imprecisas

avaliações realizadas pela sensibilidade da visão humana.

Em 1931 a Comissão Internacional de Iluminação (CIE) definiu o Sistema

Colorimétrico de Referência CIE 1931 (X, Y, Z). Este sistema foi baseado na teoria de

que o olho humano padrão, através de células presentes na retina, reage

quimicamente a três estímulos de referência (relacionados às radiações vermelho,

verde e azul). As células responsáveis por captar os estímulos luminosos das cores

são chamadas cones. Existem aproximadamente 6 milhões de cones em cada olho

humano, eles estão concentrados na região na qual a visão é formada com maior

nitidez [28]. A teoria, criada por Young-Helmholtz considera três tipos de cones, o

primeiro tipo, ”L”, é sensível à ondas luminosas longas (vermelho). O segundo tipo,

”M”, é relacionada às ondas de comprimento médio (verde) e o terceiro, ”S”, às ondas

curtas (azul)[28]. Cada um dos cones, ao serem estimulados, promovem uma reação

química, que origina um estímulo nervoso o qual é transmitido ao cérebro. O cérebro,

então, interpreta as cores dos objetos em todo o seu espectro apenas usando estes

três estímulos através da adição das três cores. De acordo com a CIE, estes três

estímulos de referência originam tristímulos monocromáticos de igual potência

23

irradiante e são representados por: x̅ (vermelho), ӯ (verde) e z̅ (azul). Na Figura II.17

estão ilustrados os tristímulos que compõe cada frequência de onda (eixo das

abcissas), de acordo como o que a CIE considera o “olho padrão”, que seria uma

média entre as sensações causadas pelas cores no olho humano. O gráfico da Figura

II.17 é obtido através da medição da luz refletida de um objeto por três sensores

calibrados para ter a mesma sensibilidade do olho humano, assim, fazendo com que

seja possível medir os valores dos tristímulos x̅ , ӯ e z̅ [35]. Nota-se que a área entre

as curvas e o eixo das abcissas é a mesma.

Figura II.17: Tristímulos de Referência [1].

A partir do gráfico da Figura II.17 pode-se obter a Tabela II.1, que relaciona os

tristímulos às frequências de onda e as sensações de cores.

24

Tabela II.1: Tristímulos por comprimento de onda e sensação de cor. [1]

Dividindo-se cada tristímulos pela soma de todos (x̅ + ӯ + z̅), obtém-se os

valores normalizados e se torna possível montar um diagrama em duas dimensões,

sob as novas coordenadas, conforme mostra a sequência de equações (Equações

II.12, II.13, II.14 e II.15) e a Figura II.18.

25

𝑥 =𝑥̅̅

𝑥̅̅+ӯ+𝑧̅̅ (II.12)

𝑦 =ӯ

𝑥̅̅+ӯ+𝑧̅̅ (II.13)

𝑧 =𝑧̅̅

𝑥̅̅+ӯ+𝑧̅̅ (II.14)

𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 1 (II.15)

Como o resultado da soma de x, y e z é sempre a unidade, é possível

representar as coordenadas tricromáticas em um diagrama apenas nas coordenadas

x e y. Visto que z será sempre a diferença complementar a 1.

Figura II.18: Diagrama de Cromaticidade CIE 1931.

Para se obter as coordenadas de cor de acordo com o diagrama da CIE 1931

de uma fonte ou superfície refletora deve-se tomar em tabela a distribuição espectral

relativa da luz direta da fonte M(λ) e a refletância da superfície ρ(λ) em função do

comprimento de onda. Após isso, deve-se multiplicar o valor de M(λ) para cada faixa

de comprimento de onda com o valor do seu respectivo tristímulo, conforme colunas

7, 8 e 9 da Tabela II.2. Isso resultará na potência relativa a cada tristímulos: M(λ)x̅,

M(λ)ӯ e M(λ)z̅ para a cor exibida aos olhos pela fonte.

Para a obtenção das coordenadas espectrais da superfície, ou da cor dela

visualizada pelos olhos, deve-se multiplicar a potência relativa do espectro da fonte a

cada comprimento de onda, para cada faixa de tristímulo, pela reflectância da

26

superfície ρ(λ) e pelo valor do tristímulo. O valor resultante será representado por:

M(λ)ρ(λ)x̅, M(λ)ρ(λ)ӯ e M(λ)ρ(λ)z̅, como nas colunas 10, 11 e 12 da Tabela II.2.

Tabela II.2: Exemplo da distribuição da potência e refletância espectral relativa.

Através da representação de fontes no diagrama de cromaticidade, outros

valores como saturação e pureza podem ser calculados, porém estes não estão no

foco do presente trabalho.

2.11.2 Cálculo do IRC

O cálculo do IRC pode ser realizado pelo método apresentado na publicação

CIE-UCS 1960 (UCS, traduzido é “espaço de cor uniforme”), através do “diagrama de

coordenadas uniforme uv” no lugar do diagrama do CIE 1931. Este método é

apresentado também na referência [2], Iluminação Econômica, de Gilberto José

27

Correa da Costa, que não será reproduzido aqui por não ser exatamente o foco deste

trabalho.

1

Capítulo 3

Experimentos de Medição Luminotécnica

Para medição das grandezas apresentadas no Capítulo 2 em projetos de

luminotécnica, foram desenvolvidos instrumentos fotométricos. Os itens

subsequentes relacionam estas grandezas e os instrumentos usados para medição

3.1 Iluminância

Os fotômetros são equipamentos que tem como objetivo medir os níveis de

iluminação. São os instrumentos básicos para a fotometria pois foram essenciais para

o estabelecimento e comprovação das leis fotométricas [2].

3.1.1 Primórdios dos Fotômetros

Inicialmente, as medições fotométricas eram praticadas sob a forma da

fotometria visual comparativa, ou seja, o observador comparava visualmente duas

placas iluminadas independentemente uma da outra, mas de forma concomitante [2].

Na Figura III.1 há um exemplo de experimento fotométrico que se dá através da

comparação. Nela uma lâmpada é colocada de cada lado de um anteparo e cabe ao

observador determinar se a “fonte a medir” é igual ou diferente da fonte “padrão”. Este

era um método pioneiro, complicado e impreciso, já que dependia muito da

sensibilidade do olho do observador.

29

Figura III.1: Princípio do fotômetro comparativo.

Muitos métodos comparativos surgiram, entre eles o fotômetro de Lummer-

Brodhun (Figura III.2 (a)), de Bunsen, de Weber (Figura III.2 (b)), entre outros. Porém

o surgimento dos fotômetros fotoelétricos tornou esta ciência muito mais precisa.

(a) (b)

Figura III.2: Fotômetros de Weber [12] (a) e de Lummer-Brodhun [1] (b).

3.1.2 Células Fotovoltaicas

A descoberta do efeito fotoelétrico por Hertz marcou a fotometria, já que

transformava medidas relativas e que dependiam de comparação em medidas

lineares. A partir do experimento feito por ele (Figura III.3), era possível ver que o feixe

de luz arranca elétrons da placa metálica. Estes elétrons formam uma corrente, que

pode ser detectada por um amperímetro [12].

30

Figura III.3: Arranjo experimental feito por Hertz [13].

As células fotoelétricas podem transformar as variações de fluxo luminoso em

variações de grandezas elétricas. Seu funcionamento pode ser baseado em três

princípios básicos: foto emissão, efeito fotovoltaico e fotocondução [1]. Luxímetros e

fotômetros elétricos são feitos a partir de células fotoelétricas.

Foto emissão é similar ao experimento de Hertz e consiste na remoção a frio

de elétrons da superfície de um sólido através de uma incidência luminosa. A

sensibilidade deste método depende do comprimento de onda da radiação incidente,

o que restringe o seu uso para lâmpadas incandescentes na temperatura de cor de

2 870 K [1].

Fotocondução acontece em alguns dispositivos semicondutores. Ela parte do

princípio em que quando um feixe de luz incide no material condutor, sua

condutividade é alterada, por isso o material que realiza a fotocondução é chamado

foto resistor. Isso acontece por que a energia luminosa quebra as ligações covalentes

dentro do material semicondutor deixando mais elétrons livre. Estes eletros livres se

recombinam formando pares elétron-buraco e geram uma movimentação

ocasionando uma corrente elétrica [1].

Efeito fotovoltaico pode ser visto quando um dentre dois eletrodos imersos em

um eletrólito é iluminado. Então, uma diferença de potencial surge entre os mesmos.

As células fotovoltaicas são muito usadas na fotometria, principalmente quando não

existem exigências de muita precisão e estabilidade, como é o caso dos equipamentos

portáteis [1].

31

3.2 Intensidade Luminosa

A Intensidade Luminosa pode ser obtida através de um Banco Ótico ou de um

Goniofotômetro. Para ambos os experimentos deve-se levar em conta que o

instrumento de medida esteja a uma distância considerável da fonte luminosa (mais

que 5 vezes a maior dimensão da fonte [1], já que consideram esta, como pontual.

A diferença do Goniofotômetros para o Banco Ótico é que, enquanto o Banco

Ótico tem o objetivo de medir a fonte luminosa em diferentes distâncias 𝑑, o

Goniofotômetro tem o objetivo de estudar a composição de curvas fotométricas

sempre mantendo a mesma distância 𝑑.

3.2.1 Banco ótico

O Banco Ótico (Figura III.4) é formado por tubos ou barras horizontais,

graduados, sobre os quais podem se deslocar os equipamentos sob teste e

instrumentos de medida [1]. Normalmente em um lado do banco ótico é colocada uma

lâmpada que deverá ser testada e do outro lado um fotômetro, normalmente um

luxímetro. Entre os dois podem ser colocados anteparos ou lentes para serem

testadas. Os bancos óticos possuem até 5 m de comprimento e são montados em

uma câmara escura, para se ter o mínimo de influência possível de luzes externas.

Figura III.4: Bancos Óticos [1].

O banco ótico é uma ferramenta muito usada para a determinação da

intensidade luminosa. Para essa experiência deve-se garantir a tensão nominal e

estável da lâmpada, sempre monitorando-a. Ajustar os anteparos de forma que a luz

32

da lâmpada incida sobre o luxímetro apenas a 90°. E esperar a Iluminância da

lâmpada se estabilizar antes de coletar os dados no luxímetro [1].

Normalmente os bancos óticos são montados em cima de réguas, para facilitar

a medição da distância durante a coleta de dados.

Para obtenção da intensidade luminosa deve-se usar as Equações II.2, II.3 e

II.7, aqui representada pelas Equações III.1, III.2 e III.3:

𝜔 =𝐴

𝑅2 (III.1)

𝐼 =𝑑ø

𝑑𝜔 (III.2)

𝐸 =𝑑ø

𝑑𝐴 (III.3)

Juntando (III.2) e (III.3) obtém-se a Equação III.4.

𝐼 =𝐸.𝑑𝐴

𝑑𝜔 (III.4)

Desenvolvendo a Equação III.1 e considerando que o ângulo de incidência da

luz é de 90°. Sendo R=d a distância entre a fonte de luz e o medidor, obtém-se a

Equação III.5.

𝜔 =𝐴

𝑅2 =𝐴

𝑑2 (III.5)

Pode-se dizer que a área pelo qual é emitida é a mesma pela qual a luz é

captada e, então, substituir (III.5) em (III.4):

𝐼 =

𝐸. 𝑑𝐴

𝑑𝐴𝑑2

(III.6)

Desenvolvendo a Equação III.6, obtém-se a Equação III.7:

𝐼 =

𝐸

1𝑑2

= 𝐸. 𝑑2 (III.7)

Portanto a Equação III.8 relaciona a intensidade luminosa (I) e iluminância (E).

𝐼 = 𝐸. 𝑑2 (III.8)

33

3.2.2 Goniofotômetro

O Goniofotômetro é composto de uma estrutura provida de dois eixos

mecânicos graduados, aqui denominados por limbos (normalmente de 5 em 5 graus),

que permitem a rotação do equipamento no eixo horizontal ou no eixo vertical (Figura

III.5). O objetivo deste movimento é facilitar a construção de Curvas Fotométricas

(Figura III.6 (a) e (b)).

Figura III.5: Goniofotômetro [1].

(a) (b)

Figura III.6: (a)Curvas Fotométricas na Vertical e Horizontal (b) Curva Fotométrica Vertical [1].

34

Apesar de existir uma diversidade grande de Goniofotômetros, será abordado

apenas os compostos por goniômetro e detector simples. Neste tipo de

Goniofotômetros a fonte de luz fica montada sobre os dois limbos mecânicos, já

mencionados, e a iluminância é medida por um luxímetro posicionado a uma distância

d do goniômetro. A coleta de dados parte do mesmo princípio do banco ótico, portanto

a cada coleta a Equação III.8 deverá ser usada para a obtenção da intensidade

luminosa.

Para a construção dessas curvas é necessário que haja uma coleta de dados

da Intensidade Luminosa em diferentes angulações da fonte em relação ao

instrumento de medida.

Portanto deve-se fazer a coleta de dados da angulação e da intensidade

luminosa. Após isso, deve-se mudar a angulação da fonte luminosa e coletar os dados

novamente. Depois de repetir este procedimento em uma variedade grande de

angulações, pode-se preencher uma tabela como a da Tabela III.1 e, assim, as curvas

fotométricas verticais e horizontais podem ser desenhadas.

Tabela III.1: Dados coletados em um experimento com o Goniofotômetro.

Existem diversas formas de se montar um Goniofotômetro. Na Figura III.7 há

três exemplos de montagem. No tipo A (Figura III.7(a)) o eixo horizontal é fixado e

suporta o eixo da lâmpada, que é móvel. Conforme o eixo horizontal gira, a lâmpada

mudará seu foco de iluminação no plano vertical. De forma análoga, conforme o eixo

vertical gira, o foco de iluminação se moverá horizontalmente. Desta forma, será

possível mover a luminária em todas as direções e, portanto desenhar curvas

fotométricas tanto na vertical quanto na horizontal [19].

35

Similarmente ao tipo A, o tipo B (Figura III.7(b)) permitirá o movimento da

luminária em todas as direções, porém, na sua construção, o eixo da lâmpada é fixado

e suporta o eixo horizontal, que é móvel [19].

No Goniofotômetros tipo C (Figura III.7(c)), a luminária é suspensa em um eixo

vertical, quando este eixo gira, o foco de luz varia horizontalmente. Já a fotocélula

ficará presa a um eixo horizontal, que quando gira fará com que ela gire em torno da

luminária.

(a) (b) (c)

Figura III.7: Tipos de montagem de Goniofotômetros [19].

3.3 Fluxo Luminoso

A medição do fluxo luminoso pode ser feita através de um processo direto ou

de um processo indireto. A diferença se dá basicamente que no processo direto, o

Fluxo Luminoso é obtido diretamente no experimento, através da Esfera Integradora

de Ulbricht. Já no processo indireto, o Fluxo Luminoso é medido através de cálculos

e de dados obtidos experimentalmente através do Goniofotômetro, este método é

chamado de Método do Fluxo Zonal.

3.3.1 Esfera Integradora de Ulbricht

A Esfera de Ulbricht é, basicamente, uma esfera de paredes internas brancas

na qual é colocada uma fonte de luz puntiforme em seu interior. Em algum lugar da

superfície da esfera é posicionada uma fotocélula medidora. Entre o medidor e a fonte

de luz deve existir um anteparo que impeça que raios diretos da fonte atinjam a

36

fotocélula. Na Figura III.8 vê-se que P é a fonte luminosa, S é o anteparo e M é o

Luxímetro, que capta a iluminância através de uma janela W na superfície da esfera.

Figura III.8: Esfera Integradora de Ulbricht [1].

Segundo o princípio do experimento, em toda a superfície desta esfera se

encontrará a mesma iluminância, já que a parte interna da esfera é um difusor perfeito.

Para que isso aconteça, a reflectância da parte interna deve ser não seletiva, refletindo

igualmente todo comprimento de onda. Isso faz com que todos os pontos da superfície

sejam iluminados e reflitam a iluminação igualmente. Essa iluminância será

diretamente proporcional ao fluxo luminoso da fonte de luz [20].

Para garantir que imperfeições não atrapalhem o experimento, deve-se

posicionar a fonte de luz centralizada na esfera e utilizar esferas cujo volume é muito

maior do que o da fonte de luz. De preferência a área da fonte de luz não deverá

exceder 2 % da superfície interior da esfera [1]. Deve-se atentar, também, para que a

pintura em branco esteja em bom estado, difundindo a luz o máximo possível. Todos

os elementos que estiverem dentro da esfera (suportes e anteparos) deverão ter a

mesma pintura que as paredes da esfera [2].

O anteparo está posicionado em frente ao foto sensor de forma a bloquear

apenas a iluminação direta, sendo assim, o fluxo luminoso incidente no sensor será

devido à série de reflexões sucessivas no interior da esfera, independendo da

distribuição espacial da fonte luminosa. Para meios práticos, a distância da janela W

ao anteparo S deverá ser um sexto do diâmetro da esfera integradora e, o tamanho

do anteparo deve ser o mínimo suficiente para fazer sombra na janela [20].

37

Se considerado que no centro da esfera é emitido um fluxo ɸ em lúmens, após

a primeira reflexão, esse fluxo será: 𝜌ɸ, onde 𝜌 é a refletância da parede. Após a

segunda reflexão o fluxo será: 𝜌2ɸ, e assim por diante. O fluxo total refletido está

representado na Equação III.6.

ɸ𝑟𝑒𝑓 = 𝜌ɸ(1+𝜌+𝜌2+𝜌3+...+𝜌n) (III.6)

Ao fazer cálculo do limite da Equação III.6 obtém-se a Equação III.7.

ɸ𝑟𝑒𝑓 =𝜌.ɸ

(1−𝜌) (III.7)

Considerando a área de 4𝜋𝑟2 da esfera pode-se usar a Equação III.7 na

Equação II.7 e obter a Equação III.8.

𝐸 =𝜌.ɸ

4𝜋𝑟2(1−𝜌) (III.8)

Da Equação III.8 pode-se destacar a constante k, que é uma constante

relacionada aos aspectos construtivos da esfera. Assim obtém-se as Equações III.9 e

III.10.

𝑘 =𝜌

4𝜋𝑟2(1−𝜌) (III.9)

e

ɸ =𝐸

𝑘 (III.10)

Uma vez que se tenha uma lâmpada com um fluxo luminoso conhecido, pode-

se obter a constante k da esfera na qual será calculado o fluxo luminoso de outras

lâmpadas. Portanto, basta calcular o valor k através de uma lâmpada de fluxo

luminoso conhecido e depois usar o k obtido para medir o fluxo luminoso das outras

lâmpadas.

3.3.2 Método do Fluxo Zonal

O processo indireto é muito utilizado quando a fonte luminosa é muito grande

para se colocar na Esfera Integradora ou quando sua distribuição luminosa for muito

assimétrica. Para o processo indireto, deve-se considerar uma esfera imaginária de

38

raio r igual ao da Figura III.9 (a), onde a fonte sob teste se encontra no ponto O. Esta

fonte emitirá uma intensidade luminosa I na direção considerada.

O método do Fluxo zonal consiste na obtenção do fluxo luminoso contido em

cada zona desta esfera imaginaria e, após isso, a somatória dessas zonas para que

seja obtido o fluxo total. Na Figura III.9 (b), o anel dθ representa uma zona esférica.

(a) (b)

Figura III.9: Esfera Imaginária para o Cálculo pelo processo indireto [1] e [20].

Pode-se trabalhar com zonas (dθ) de 10° ou menor. Quanto menor for a zona,

mais precisa será a determinação. Considerando que 𝐼 incide perpendicularmente

sobre a superfície 𝑑𝑙, pode-se resgatar a Equação III.3.

𝐸 =𝑑ø

𝑑𝐴 (III.3)

E a equação III.8.

𝐼 = 𝐸. 𝑑2 (III.8)

Substituindo 𝑑 pelo raio 𝑟, obtém-se a Equação III.11.

𝐼 = 𝐸. 𝑟2 (III.11)

Juntando III.3 e III.11, tem-se a Equação III.12:

𝑑ø =𝐼

𝑟2. 𝑑𝐴 (III.12)

39

Para o cálculo da área, como dθ é muito pequeno, deve-se aproximar A a área

de um retângulo com base no perímetro do círculo interno, de raio r.senθ (Base =

2πr.senθ), e altura dl. Onde:

dl = r.sen dθ (III.13)

Figura III.10: Sistema de Referência [20].

Como dθ é muito pequeno, pode-se considerar a altura como a dada pela

Equação III.14:

h= r.dθ (III.14)

Portanto a área A da zona da esfera será dada pela Equação III.15.

A= Base.Altura = 2π𝑟2.senθ dθ (III.15)

Então, substituindo a Equação III.12 na III.15 obtém-se as Equações III.16 e

III.17.

ø =2𝜋𝑟2.𝑠𝑒𝑛𝜃𝑑𝜃

𝑟2 . 𝐼 (III.16)

ø = 2𝜋. 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑑𝜃. 𝐼 (III.17)

Para se obter o fluxo de zona, deve-se integrar a Equação III.17 dentro dos

limites da zona (𝜃1 - 𝜃2) e considerar a intensidade luminosa ou a iluminância como

constante dentro da zona. Assim, obtendo-se a Equação III.18 e III.19.

ø = ∫ 2𝜋. 𝑠𝑒𝑛𝜃𝑑𝜃. 𝐼𝜃2

𝜃1 (III.18)

40

ø = 2𝜋. (𝑐𝑜𝑠𝜃1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃2) × 𝐼 (III.19)

O valor 2𝜋. (𝑐𝑜𝑠𝜃1 − 𝑐𝑜𝑠𝜃2) é chamado de constante zonal K, portanto a

Equação III.19 pode ser reduzida à Equação III.20:

ø = 𝐾𝐼 (III.20)

Partindo deste princípio, os valores de K independem da esfera utilizada,

portanto, por padrão, já foram tabelados e estão dispostos na Tabela III.2.

Tabela III.2: Constantes zonais em intervalos de 10° [1].

Tabela III.3: Constantes zonais em intervalos de 5° [1].

Tendo os valores de K, basta obter experimentalmente a Intensidade Luminosa

através de um Goniofotômetro para obter o fluxo zonal.

O experimento se dará basicamente tomando um eixo da fonte luminosa (de

preferência o eixo deverá atravessar as angulações da lâmpada que emitem menos

luz), posicioná-lo no valor mediano do intervalo zonal escolhido e coletar sua

intensidade luminosa. A partir daí deve-se girar o eixo da fonte luminosa em 5 ou 10

41

graus e tomar o valor dos próximos pontos até a intensidade luminosa ser muito baixa

ou toda a amplitude angular estar completa. Na Tabela III.4 pode-se observar um

exemplo.

Tabela III.4:Tabela com todos os valores necessários para a obtenção do fluxo luminoso de forma

indireta.

3.4 Temperatura de Cor e IRC

Temperatura de cor e IRC são grandezas que dependem da análise espectral

da emissão de uma fonte de luz. O instrumento que decompõe uma fonte luminosa

em todo o seu espectro e o analisa é chamado de espectrômetro e ele serve para

avaliação colorimétrica em geral. O espectrômetro tem como objetivo fornecer a curva

de distribuição espectral, que mostra a intensidade luminosa por comprimento de

onda, como mostrado na Figura II.16, no Capítulo 2. Para isso, se utiliza de um prisma,

similar ao da Figura III.12, para separar os espectros de um feixe de luz. Assim, os

componentes monocromáticos difratados pelo prisma atingem os detectores

espectrais, que captam cada faixa de comprimento de onda.

A Figura III.11 ilustra um simples espectrômetro, que é um aparelho que tem

como objetivo decompor uma fonte luminosa em todo o seu espectro luminoso. Para

isso, foi usada uma lâmpada que ilumina um objeto opaco que possui uma fenda

(Figura III.11 (a)). A luz que atravessa esta fenda atinge um prisma, que difrata a luz

decompondo-a em seu espectro luminoso (Figura III.11 (b)). Através deste

42

experimento é possível comparar a diferença entre o espectro luminoso de uma

lâmpada com um IRC alto (Figura II.16 (b)) e um IRC baixo (Figura II.16 (c)).

(a)

(b)

(c)

Figura III.11: Espectrômetro simples (a) com uma lâmpada Incandescente (b) e uma Fluorescente (c)

sendo submetidos a um Prisma.

Os sinais captados por esses detectores são enviados para o processador de

sinais, que irá compor os gráficos de intensidade por comprimento de onda, similares

aos da Figura II.16. Este processo está ilustrado na Figura III.12.

43

Figura III.12: Espectrômetro [20 adaptado].

Quanto mais o gráfico de intensidade por comprimento de onda tender para

comprimentos de onda maiores (avermelhadas), mais quente será a temperatura da

iluminação. Se tender mais para comprimentos de onda menores (azulados), a

temperatura será mais fria. Na Figura II.16(b), o gráfico foi obtido de uma luz quente,

já o da esquerda foi obtido de uma luz fria.

Já em relação ao IRC, quanto mais contínuo for o gráfico, maior o IRC, quanto

mais discreto, menor. Como dito na Seção 2.11, o gráfico na Figura II.16 (c) foi obtido

de uma fonte luminosa com o IRC baixo, já os gráficos da Figura II.16 (a) e da Figura

II.16 (b) foram obtidos de fontes luminosas com o IRC alto.

Através dos cálculos abordados na Seção 2.11.1, o software calculará as

coordenadas do feixe luminoso no Diagrama de Cromaticidade e, assim, fará o cálculo

do IRC e da TCC.

44

Capítulo 4

Projetos

O cumprimento do objetivo do trabalho tem como sequência a elaboração dos

projetos, a descrição dos dispositivos construídos e os resultados alcançados. Os

seguintes dispositivos para medições luminotécnicas serão estudados: Esfera de

Ulbricht, Banco Ótico, Goniofotômetro e Espectrômetro. Tais dispositivos poderão

realizar experimentos para medição de Fluxo Luminoso, Intensidades Luminosas,

Distribuição de Intensidades Luminosas, Espectro de comprimentos de onda da luz,

Temperatura de Cor e Índice de Reprodução de Cores de lâmpadas.

Tomou-se como instrumento medidor o Luxímetro, já que é o mais simples e

mais fácil de ser encontrado. O luxímetro é um fotômetro composto por uma célula

fotoelétrica que capta a iluminância de fontes de luz (diretas ou indiretas), usando o

mesmo método abordado na Seção 3.1.2. Dentre os luxímetros disponíveis no

mercado, os que possuem a fotocélula separados da tela de leitura de dados possuem

uma maior maneabilidade e ocupam um espaço relativamente menor, se comparado

aos outros. Portanto, o luxímetro escolhido para este trabalho foi o Luxímetro BK

Precision 615, vide Figura IV.1.

Figura IV.1: Luxímetro BK Precision [23].

45

Quatro fontes de luz diferentes foram tomadas como referência para os testes

de validação dos dispositivos. Essas lâmpadas são as mais comuns para projetos

luminotécnicos residenciais. Uma lâmpada fluorescente (Blaupunkt 15 W 2 700K),

uma halógena (Osram 42 W 3 000 K) e duas de LED, das quais uma tem formato de

bulbo e possui distribuição difusa (Galaxy 13 W 6 500K) e a outra direcionada

(Empalux 7W 3 000 K), vide Figura IV.2. Ter essas lâmpadas como referência, as

quais serão utilizadas para medir-se suas grandezas luminotécnicas, é importante

para o dimensionamento dos instrumentos, bem como a validação dos mesmos.

Figura IV.2: Fonte de luz (a) Bulbo de Led (b) Fluorescente (c) Led Direcional (d) Bulbo Halógena

[22].

Os experimentos subsequentes foram projetados de forma que seja possível

testar lâmpadas de uso cotidiano, como as aqui elencadas, de forma a se obter

resultados considerados adequados para a finalidade didática e instrucional a que se

destinam. São dispositivos de construção barata e relativamente duradoura o

suficiente para serem utilizados no laboratório da disciplina, representando um

investimento de pequena monta e ao mesmo tempo de grande aplicação didática.

46

4.1 Esfera de Ulbricht

Tendo como base as lâmpadas da Figura IV.2 pode-se projetar a Esfera de

Ulbrich (Figura IV.3(b)). Irão se seguir o dimensionamento, os desenhos de projeto, a

lista de material e os detalhes da montagem.

A Esfera de Ulbricht da Konica Minolta Sensing Americas [31] (Figura IV.3(a))

pode ser tomada como referência para um projeto simples. Esses dispositivos são

compostos pelas seguintes partes:

• Esfera, a qual deve ser revestida internamente por uma tinta branca

reflexiva.

• Suporte do Luxímetro, que deve possibilitar o acoplamento de um sensor

de luxímetro ao furo na esfera.

• Haste de suporte da lâmpada, a qual não pode estar presa à esfera a

fim de que se possa movimentá-la no intuito de manter a lâmpada

centralizada na esfera.

• Suporte para a esfera.

(a) (b)

Figura IV.3: Esfera da Konica Minolta Sensing Americas (a) e o projeto da esfera a ser montado

(b).

47

4.1.1 Dimensionamento

O primeiro passo para dimensionar a Esfera de Ulbricht é medir as áreas de

emissão de luz das lâmpadas de referência, já que, como já mencionado na Seção

3.3.1, a área da fonte de luz não deverá exceder 2 % da superfície interior da esfera

[1].

Através das dimensões das lâmpadas, já relacionadas na Figura IV.2, pode-se

aproximar sua área de superfície.

• Bulbo de Led:

Aproximando a área de emissão da lâmpada Bulbo de Led (a) à metade de

uma esfera, a área da sua superfície do bulbo é dada pela Equação IV.1.

𝐴𝑎= 4𝜋.𝑟2∗𝛼

360𝑜 , (IV.1)

onde:

𝑟 é o raio;

𝛼 é o fuso esférico.

Levando em conta as medidas presentes na Figura IV.2, nota-se que 6 cm é o

diâmetro da esfera, logo o raio é 3 cm. Pode-se considerar, também, que a sua área

emissora de luz corresponde a 270°, uma vez que a altura da semiesfera é três

quartos de seu diâmetro.

Portanto, aplicando a Equação IV.1 e substituindo suas variáveis, tem-se:

𝐴𝑎= 84,82 𝑐𝑚2

• Fluorescente:

Aproximando a área de emissão de luz de uma Lâmpada Fluorescente à uma

superfície cilíndrica com apenas a lateral e a área superior do cilindro. Sua superfície

pode ser dada pela Equação IV.2.

𝐴𝑏= 2𝜋. 𝑟. ℎ + 𝜋. 𝑟2 (IV.2)

48

Levando em conta as medidas presentes na Figura IV.2, 𝑟 = 2 cm, logo:

𝐴𝑏 = 100,53 𝑐𝑚2

• Led Direcional

Considerando a Lâmpada Led Direcional como uma área circular emissora de

luz, sua superfície é dada pela Equação IV.3 e levando em conta as medidas

presentes na Figura IV.2, pode-se considerar 𝑟 = 3 cm.

𝐴𝑐 = 2𝜋. 𝑟2 = 28,27𝑐𝑚2 (IV.3)

• Halógena

No caso da lâmpada halógena não há difusores presentes na superfície da

lâmpada, portanto a única área emissora de luz que deverá ser levada em

consideração é o filamento incandescente. Pode-se considerar, portanto, a lâmpada

da Figura IV.2 como uma esfera emissora de diâmetro de 5 cm. Portanto a área de

sua superfície será dada pela Equação IV.4.

𝐴𝑑= 4𝜋. 𝑟2 = 78,5 𝑐𝑚2 (IV.4)

Nota-se que a maior das áreas emissoras é a da lâmpada fluorescente,

portanto deve-se tomá-la como base para o cálculo da área da superfície interna da

Esfera de Ulbricht.

Considerando que 100,53 𝑐𝑚2 deve ser menor que 2% da superfície interna da

Esfera. A Área da Esfera (Ae) deverá ter um valor maior que o resultado da Equação

IV.5:

𝐴𝑒 ≥100,53

0,02= 5 026,5 𝑐𝑚2 (IV.5)

Usando a equação da área da superfície da esfera para se obter o raio, tem-se

que o raio da esfera será maior que o resultado da Equação IV.6.

𝐴𝑒 ≥ 4𝜋. 𝑟2 = 5 026,5 𝑐𝑚2 (IV.6)

𝑟 = 20 𝑐𝑚

Afim de reduzir a margem de erro, pode-se tomar uma esfera com 25 cm de

raio.

49

O segundo passo é medir o tamanho do anteparo, que evitará que o luxímetro

capte luz direta da lâmpada, e sua distância da janela onde o luxímetro será

posicionado. Como mencionado na Seção 3.3.1, a distância entre a janela do

luxímetro e o anteparo deverá ser um sexto do diâmetro da esfera. A Equação IV.7

demonstra este cálculo.

𝑎 =50

6= 8,33 𝑐𝑚 (IV.7)

Além disso, sua largura deverá ser grande o suficiente para impedir que a luz

direta atinja o luxímetro. Para calcular as dimensões do anteparo, deve-se primeiro

definir os tamanhos máximos das dimensões das lâmpadas de referência.

A partir das dimensões dadas na Figura IV.2, pode-se determinar que as

dimensões máximas das lâmpadas serão de 7 x 7 cm2. Considerando que a janela do

luxímetro terá um diâmetro de 33 mm (Figura IV.1), para calcular as dimensões do

anteparo, pode-se considerar o anteparo como sendo quadrado e calculará suas

dimensões usando a regra da semelhança dos triângulos, uma vez que a luz se

propaga de forma linear.

Na Figura IV.4, a base de 7 cm do lado direito representa a lâmpada. A base

em vermelho, de 3,3 cm representa a janela. Já a base do meio representa o anteparo,

o qual será calculado. A distância entre o anteparo e a janela é de 8,33 cm e que a

distância entre a janela e a lâmpada é de 21,5 cm, uma vez que a largura da lâmpada

terá 7 cm também.

Figura IV.4: Regra dos triângulos para o cálculo das dimensões do anteparo

50

A partir da Figura IV.4 calcula-se os lados do anteparo através de uma simples

regra de três demonstrada na Equação IV.8.

𝐴

1,65=

𝐴+8,33

𝐵=

𝐴+21,5

3,5 (IV.8)

Desenvolvendo o primeiro e o último lado da igualdade chega-se a Equação

IV.9.

3,5𝐴 = 1,65𝐴 + 35,475 (IV.9)

𝐴 = 19,18 cm

Sendo assim pode-se voltar a Equação IV.8 para obter o valor de B. Obtendo-

se a Equação IV.10.

19,18

1,65=

27

𝐵 (IV.10)

𝐵 = 2,33 cm

Como o Anteparo deve medir duas vezes o valor de B, suas dimensões

mínimas serão de 4,66 x 4,66 cm.

Para efeitos práticos e visando uma margem de erro segura, o anteparo deverá

medir 7 x 5,5 cm.

4.1.2 Desenhos do Projeto

Na Figura IV.5 visualiza-se melhor os materiais utilizados e nas Figuras IV.6 as

secções lateral e frontal cotadas. Na Figura IV.6 (a) uma lâmpada fluorescente está

sendo testada, enquanto na Figura IV.6(b) é testada a lâmpada PAR de LED.

51

Figura IV.5: Materiais componentes do projeto da Esfera de Ulbricht vistos em uma secção lateral.

(a) (b)

Figura IV.6: Medidas do projeto da Esfera de Ulbricht vistos em uma secção lateral (a) e frontal entre

a lâmpada e a janela de acoplamento do luxímetro (b).

4.1.3 Lista de Material

Na Tabela IV.1 estão listados todos os materiais necessários para a montagem

da Esfera de Ulbricht proposta.

52

Tabela IV.1: Lista de Materiais para a Esfera de Ulbricht.

4.1.4 Detalhes da Montagem

4.1.4.1 Parte Esférica

Uma vez que a parte interna da Esfera de Ulbricht deve ser esférica e reflexiva,

foram utilizadas duas semiesferas originalmente de duas luminárias, como as da

Figura IV.7, como base para o instrumento.

53

Figura IV.7: Luminária Semiesférica de 50 cm de diâmetro [24].

Essas luminárias se encaixarão uma na outra. Uma faixa de resina será colada

na borda da luminária que estiver na parte inferior da esfera (parte marrom da Figura

IV.8(c)). A função dessa fita é servir de guia para que a semiesfera superior se encaixe

facilmente a ela. A semiesfera superior, por sua vez, ficará livre e terá um parafuso ou

rebite, que tampará o furo superior na luminária, por onde passaria o fio da lâmpada,

ao mesmo tempo que facilitará o seu manejo, vide Figura IV.8(a). Na Figura IV.8 (b)

pode-se ver que tanto o anteparo quanto o suporte e bocal da lâmpada que será

testada se encontram fixados na base inferior da esfera, isso permite que a base

superior fique mais fácil de manusear.

(a) (b) (c)

Figura IV.8: (a)Visão completa da Esfera (b)Secção Vertical (c)Visão sem a tampa superior.

54

Após concluída a montagem, deve-se pintar os componentes internos da

Esfera de Ulbricht com tinta Branca Brilhante, garantindo que serão o mais reflexivos

possível.

4.1.4.2 Suporte do Luxímetro

O tubo de acoplamento do luxímetro estará imediatamente abaixo da fita guia,

de forma que não esteja muito inclinado e facilite o seu acoplamento a esfera. Para

facilitar o acoplamento do luxímetro, uma fita de velcro pode ser fixada na lateral da

janela de acoplamento.

4.1.4.3 Haste com Suporte da Lâmpada

Na Figura IV.8(b), nota-se que o bocal da lâmpada ficará sustentado por uma

haste rígida. Esta haste será feita de alumínio e terá 8 mm de espessura, permitindo

que os fios do soquete da lâmpada passem internamente. Para garantir sua

centralização e evitar que ela faça movimentos laterais, uma adaptação feita no

suporte da esfera deverá fazer uma guia para a haste principal e será, também,

responsável pelo sistema que travará a haste principal na altura desejada, vide Figura

IV.9.

Figura IV.9: Guia da haste principal no suporte da esfera

Vale ressaltar que o comprimento da haste principal deverá ser, no mínimo, o

equivalente à somatória entre o raio da esfera (25 cm) e a distância entre a parte

esférica e a guia da haste principal.

55

O ponto de contato entre a esfera e a haste principal deve possuir um

isolamento que garantirá a integridade do tubo, já que este será submetido a fricção,

além de garantir o mínimo de vazamento de luz da esfera. A trava da haste principal

poderá ser feita através de uma abraçadeira 7x9 mm que estará na parte de cima da

guia do suporte da esfera.

4.1.4.4 Suporte da Esfera

Para a confecção do suporte da esfera, pode-se usar um banco com uma

adaptação para a guia da haste principal. Para isso, 3 tubos ligarão o banco a uma

guia, que terá a espessura da haste principal. A abraçadeira poderá, inclusive, estar

fixada na parte superior desta guia. A Figura IV.10 ilustra este suporte.

Figura IV.10: Suporte da Esfera de Ulbricht.

4.2 Espectrômetro

Como visto na Seção 3.4, um espectrômetro é composto por uma fonte de luz,

um prisma, um detector espectral e um processador dos sinais captados. Atualmente

os espectrômetros são modernos e compactos (Figura IV.11 (a)), porém, para

simplificar a construção do dispositivo, pode-se utilizar equipamentos fáceis de serem

encontrados para cada uma dessas funções. No projeto sugerido pela theremino,

56

deve-se construir uma caixa para que apenas os raios de luz da lâmpada estudada

atinjam o sensor da câmera, resultando em um projeto similar ao da Figura IV.11 (b).

(a) (b)

Figura IV.11: Espectrômetro Raman Cora 100 [32] (a) projeto caseiro de espectrômetro (b).

Uma câmera possui um sensor composto por fotodiodos que captam as cores:

vermelho, verde e azul. Através da luminosidade captada em cada uma dessas três

cores, o sensor consegue estimar a cor do raio de luz que o atingiu. Milhares de

fotodiodos enfileirados captam os diferentes estímulos luminosos que atingem toda a

extensão do sensor para formar a imagem a qual a câmera está filmando. Levando

isso em consideração, uma câmera é o instrumento perfeito para ser o detector

espectral do experimento, já que conseguirá estimar com precisão a frequência de

onda de cada raio que atingir o seu sensor.

Para fazer o papel de prisma, uma ótima solução é utilizar um CD ou DVD.

Como a Figura IV.12 mostra, os DVDs refletem um arco-íris perfeito quando uma luz

incide aproximadamente a 30°. Isso acontece por causa da fina camada de

policarbonato plástico, que faz com que a velocidade da luz refletida ou refratada

mude de acordo com a frequência de onda que passa do ar para o policarbonato.

Figura IV.12: Arco-íris refletido no DVD.

57

Para garantir que a câmera capte apenas o raio de luz da lâmpada que será

testada, é importante colocá-la dentro de uma caixa. Esta caixa deverá ter uma

pequena fresta pela qual a luz da lâmpada passará e atingirá o DVD, que refratará o

arco íris no sensor da câmera. Para garantir que haja o mínimo de reflexão nas

paredes internas da caixa, uma opção é acrescentar um diafragma entre a entrada de

luz e o DVD (Figura IV.13).

Figura IV.13: Caixa do espectrômetro sem uma das paredes laterais.

Para processar os sinais captados pela câmera, esta passará os dados para o

computador que, através do software “Theremino Spectrometer V2.5” pode montar

um diagrama espectral da fonte luminosa. Este software pode ser instalado em

qualquer computador e foi desenvolvido especificamente para captar os dados

fornecidos por uma câmera digital. Este processo está representado na Figura IV.14.

Figura IV.14: Ilustração do projeto proposto.

58


O dimensionamento da caixa do espectrômetro dependerá do tamanho da

câmera escolhida. A escolha da câmera deve ser feita pautada nos seguintes itens:

• Resolução da câmera (recomendado uma resolução mínima de 720p);

• Tamanho (devendo ser a menor possível);

• Controle de Exposição (controle via software da sensibilidade da captação da

iluminação);

• Controle de Foco (manual ou por software);

• Possibilidade de remover o filtro infa-vermelho.

A câmera que será usada nesse experimento está representada na Figura

IV.15. É uma webcam de resolução 1 280 x 1 024 que não possui um custo tão alto,

e cumpre todas as premissas anteriores. Para reduzir ao máximo o tamanho da

câmera, pode-se desmontá-la.

Figura IV.15: Webcam [26].

Tendo as dimensões da câmera, deve-se montar uma caixa com pequenos

parafusos, de forma que seja fácil de montar e desmontar para que pequenos ajustes

sejam feitos durante os testes.

A caixa a ser montada deverá ser longa (aproximadamente 30 centímetros de

comprimento) para restringir os raios de luz que atingirão a câmera, evitando que raios

59

difusos sejam captados. Assim, o ajuste do foco e a angulação da câmera serão feitos

de forma a captar melhor o arco-íris. Para uma caixa de 30 cm, recomenda-se uma

fenda de entrada de 3 mm (1 mm para cada 10 cm de comprimento do espectrômetro)

[25], essa distância proverá luz o suficiente para uma boa resolução do espectro no

sensor da câmera. Se necessário, a caixa poderá ter seu comprimento reduzido para

20 cm, sob a pena de ter uma leve queda no desempenho do experimento devido a

uma menor nitidez dos raios no sensor da câmera.

A largura da caixa será exatamente a largura da câmera e a sua altura deverá

ser o suficiente para que seja possível ajustar a lente da câmera exatamente no centro

da caixa.

Baseado no tamanho da câmera escolhida, a largura interna da caixa deve ter

por volta de 3 cm, já a altura deverá ter por volta de 5 cm. A altura é levemente maior

do que a largura porque a câmera deverá estar inclinada de baixo para cima e o centro

da sua lente deverá estar no centro da caixa. As seguintes medidas são propostas

para as paredes da caixa:

• 2 peças de 30 x 5 cm, com 10 mm de espessura (paredes laterais);

• 2 peças de 30 x 5 cm, com 4 mm de espessura (paredes superior e inferior)

e

• 2 peças de 5,8 x 5 cm, com 4 mm de espessura (tampa dianteira e traseira).

Quanto às peças de 5,8 x 5 cm, uma deve ter uma fenda de 3 mm de espessura

e largura de 3 cm exatamente centralizada, para captar a luz. Já a outra deve ter um

furo de aproximadamente 2 mm de raio para que se possa passar o fio da câmera.

O diafragma terá 10 mm de espessura, 50 mm de altura (altura interna da caixa)

e 30 mm de largura (largura interna da caixa). No meio dele haverá um buraco

retangular de 25 mm de altura e 15 mm de largura. Dessa forma as paredes internas

do buraco serão inclinadas, e essa inclinação dificultará reflexões. O diafragma pode

ser reposicionado durante o experimento de forma a obter o mínimo de reflexos

possível, porém recomenda-se que a distância entre a fenda de entrada de luz e o

diafragma seja de um terço do comprimento da caixa, vide Figura IV.17.

60


Na Figura IV.16 as peças que compõe o espectrômetro estão devidamente

rotuladas. Entre elas as duas paredes laterais grossas, uma em paralelo com a outra,

que sustentarão a caixa. As outras 4 paredes de madeira podem ser mais finas e

serão parafusadas nas duas paredes laterais mais grossas.

Figura IV.16: As partes da caixa do espectrômetro.

A Figura IV.17 é uma secção lateral da caixa. Já na Figura IV.18, o lado

esquerdo ilustra a caixa sem a Tampa Dianteira e o lado direito mostra a vista frontal

da caixa.

Figura IV.17: Secção lateral da caixa.

61

Figura IV.18: Secção frontal entre a tampa e o diafragma (lado esquerdo) e vista frontal (lado

direito).



do espectrômetro proposto.

Tabela IV.2: Lista de materiais para o espectrômetro.

62


4.2.4.1 Paredes e Tampas

Tendo todas as paredes e tampas da caixa e o diafragma, deve-se pintar todas

as peças de preto fosco para evitar ao máximo reflexões. As paredes mais grossas

estarão em paralelo e as outras paredes se prenderão a elas através de parafusos 2,5

x 8 mm. Para as tampas frontal e traseira, haverá 4 parafusos, uma em cada quina.

Já para as paredes superior e inferior, haverá 6 parafusos, uma em cada quina e 2 no

meio do lado mais longo, vide Figura IV.19.

Figura IV.19: Visão da caixa com os parafusos.

Para as paredes superior e inferior, os parafusos devem estar posicionados a

5 mm da borda, de forma a serem fixados no meio da parede lateral. Já para as tampas

frontal e traseira, os parafusos estarão posicionados a 5 mm das bordas laterais e a 9

mm das bordas, já que devem estar fixadas nas paredes laterais e não na parede

superior e inferior.

4.2.4.2 Câmera

Para a montagem da câmara na caixa, deve-se remover tudo o que não for

necessário para o seu funcionamento (Leds, botões de captura, microfones). Qualquer

iluminação gerada pela câmera (luz de standby, visão noturna) pode atrapalhar muito

os resultados do experimento. Outra recomendação é tirar o filtro infravermelho da

lente. Em webcams que possuem lentes removíveis, normalmente o filtro

63

infravermelho se encontra na extremidade da parte de dentro da lente, vide Figura

IV.20.

Figura IV.20: Filtro infravermelho atrás da lente da webcam.

Uma dica para remover o filtro infravermelho é esquentar a lente, já que a resina

que o cola na lente perde aderência no calor. Deve-se tomar muito cuidado para não

riscar a lente durante este procedimento.

Retirar o filtro infravermelho é importante para que o espectrômetro possa

captar também os raios infravermelho. Em um espectrômetro que capta

infravermelhos, luzes, como a luz negra, podem ser testadas. Além disso pode-se

avaliar melhor a eficiência energética das luzes, já que todos os raios emitidos na

frequência infravermelha não são uteis para iluminação, mas demandam energia para

serem emitidos. Mas, caso não seja possível remover o filtro, o espectrômetro ainda

pode ser montado.

Para o posicionamento da câmera na caixa, é importante que sua mira faça um

ângulo de 30 graus com o raio de luz vindo da fenda de entrada de luz, vide Figura

IV.21.

Figura IV.21: Câmera em um ângulo de 30° em relação a Fenda de Entrada de Luz.

64

Porém, é importante que seja possível mudar esse ângulo para futuros ajustes

na câmera durante os testes. Uma solução para isso seria colar a câmera em um

suporte que possa ser parafusado na parede lateral, vide Figura IV.22.

Figura IV.22: Suporte da webcam na caixa [25].

O ângulo de 30 graus é importante porque equilibra bem a resolução do

espectro luminoso e a quantidade de luz sendo captada. Se o ângulo for diminuído, a

resolução do espectro captada pela câmera deve diminuir, porém a câmera captará

mais luz. Já se o ângulo for aumentado, a resolução aumentará, mas a quantidade de

luz captada diminuirá.

Dependendo da sensibilidade da câmera à luz, da sua resolução de captura,

da distância focal da lente e da quantidade de linhas no prisma (CD ou DVD), pode-

se variar a angulação da câmera no intuito de obter uma melhor resolução.

4.2.5 DVD

Como mencionado no início da Seção 4.2, a fina camada de policarbonato

plástico será a responsável por difratar o espectro luminoso, portanto, para usá-lo

neste experimento, deve-se separar essa camada das outras camadas que compõem

o DVD. Para isso pode-se usar um estilete e separar primeiro a parte impressa,

geralmente branca, e depois a parte laminada, vide Figura IV.23.

65

Figura IV.23: Preparação do DVD.

Muitas vezes quebrar o DVD facilita a separação entre as camadas. Tendo a

camada de policarbonato plástico, deve-se cortar um pedaço quadrado ou redondo

da parte mais externa do DVD, já que é onde as linhas que compõe o DVD são menos

curvas. É importante que a área cortada não esteja riscada e nem suja. Esta peça

será colada sobre a lente da câmera de forma que as linhas do DVD fiquem paralelas

à fenda de entrada de luz. Para aumentar a nitidez do espectro captado pela câmera,

pode-se afastar de 5 a 10 mm a peça de DVD da lente. Para isso pode-se usar um

tubo preto.

4.2.6 Fenda de entrada de luz

Quando se é medido uma fonte de luz de alta intensidade, algumas medidas

podem ser tomadas para evitar reflexões no interior da caixa e, também, para garantir

que a câmera conseguirá captar com precisão o espectro de luz.

A opção mais intuitiva para essa situação é afastar a lâmpada do

espectrômetro. Além de reduzir a iluminância, afastar a lâmpada pode fazer como que

apenas os raios diretos entrem na caixa, portanto dificultando reflexões nas paredes

internas.

Outra opção é o controle do tamanho da fenda de entrada de luz. No caso de

a fonte luminosa ser forte, reduzir o tamanho da fenda de entrada de luz é uma boa

forma de se reduzir as reflexões internas na caixa e garantir que só raios diretos

atinjam a câmera, aumentando assim a qualidade e resolução da medição. No caso

66

de fontes luminosas fracas, aumentar o tamanho da entrada e sacrificar um pouco a

resolução da medição pode ser necessário.

Pode-se controlar o tamanho da fenda através da colocação de um papel cartão

por dentro de uma fresta deixada entre a tampa dianteira e as paredes, vide Figura

IV.24.

Figura IV.24: Utilizando papel cartão para diminuir o tamanho da fenda de entrada de luz.

4.2.7 Theremino [26].

Theremino é um sistema que nasceu na Itália em 2012 e tem por objetivo

democratizar o conhecimento através da facilitação da utilização de hardwares de

conexão.

Dentre os sistemas hardware-software criados, o Theremino Spectofotometer

tem o objetivo de criar espectrômetros de baixo custo, mas que, se utilizados sob suas

devidas condições, podem reproduzir resultados com precisões profissionais. O

Theremino Spectofotometer é ideal para pequenos laboratórios e para fins estudantis.

67

Figura IV.25: Tela principal do programa Theremino Spectofotomerter v2.5.

Na Figura IV.25 ilustra a tela principal do software, que possui os botões

superiores:

• Video Controls(controle de vídeo): Quando clicada, essa aba abrirá uma

janela que exibirá as configurações de vídeo, como na Figura IV.26.

68

Figura IV.26: Tela das opções de vídeo.

Através dos controles desta aba é possível selecionar a resolução da câmera

(recomenda-se a utilização da máxima resolução possível) e outros controles como a

exposição, o contraste, a saturação e a nitidez. O controle e ajuste destes parâmetros

pode ajudar na obtenção de um espectro mais nítido e contribuir para melhores

resultados.

• Spectrum Image (imagem do espectro): Quando clicada, esta aba gerará

uma imagem referenciada da distribuição espectral, como na Figura IV.27,

como a vista na tela principal do programa, no momento em que o botão é

clicado. Desta imagem pode-se obter o SPD (Spectral Power Distribution)

onde se tem a intensidade luminosa em cada um dos comprimentos de

onda.

69

Figura IV.27:Imagem do espectro de uma lâmpada fluorescente.

• Camera Image (imagem da câmera): Quando clicada, gera uma foto do que

estava sendo captado pela câmera no momento do clique.

• Total Image (imagem total): Quando clicada, gera uma cópia da janela

completa do programa, assim como a vista na Figura IV.27.

Logo abaixo das abas, se encontram as janelas principais do programa. São

elas:

• Video Input Device (dispositivo de entrada de vídeo): Nesta aba deve-se

escolher qual dos dispositivos de vídeo ligados no computador que será o

usado no experimento, assim como sua resolução e a velocidade em que o

gráfico do espectro está sendo atualizado.

• Input (entrada): Mostra a imagem captada pela câmera. Através da

utilização dos comandos “Start Y”, “Size Y”, “Start X” e “End X” deve-se

posicionar a área da imagem da câmera em que há a distribuição espectral

dentro da caixa laranja. A caixa “flip” serve para quando a câmera está

posicionada de cabeça para baixo e os tons azuis estão do lado direito e os

avermelhados do lado esquerdo. Se este é o caso, basta marcar a caixa flip

que a imagem da câmera se inverterá.

• Save Image (salvar imagem): Exibe o nome, qualidade, formato e lugar de

destino das capturas feitas usando os botões superiores.

Antes de começar a utilizar o programa, recomenda-se a calibração através de

uma lâmpada fluorescente. Para isso basta posicionar a lâmpada fluorescente ligada

na frente da caixa, abrir o programa e ir na aba “Tools” (ferramentas). Na guia superior

da janela do programa, vide Figura IV.28.

70

Figura IV.28: Aba “Tools”.

Na aba “tools” deve-se selecionar a opção “Trim Points” (pontos de corte), onde

aparecerão as opções dos pontos de calibração. Dentre as opções, recomenda-se a

utilização dos pontos de calibração padrão, no botão “Fluorescent 436 546”.

Basta clicar no botão que os pontos de referência aparecerão no espectro na

Tela Principal do programa. Assim, deve-se ajustar a escala do gráfico de forma que

os picos do gráfico da luz fluorescente se alinhem com as linhas de referência. Após

alinhados, basta clicar em “Trim Scale” que se encontra no canto inferior direito da

tela principal, como pode-se verificar na Figura IV.25.

Após isso, o programa está devidamente calibrado e poderá ser utilizado com

outras fontes luminosas.

4.2.8 Calculadora de IRC e Temperatura de Cor

Tendo obtidos os dados SPD no programa Theremino Spectofotometer, pode-

se calcular o IRC e a temperatura de cor seguindo os métodos da Seção 2.10 e 2.11.

Para facilitar, pode-se usar calculadoras disponíveis na internet. Para que se possa

fazer o cálculo do IRC e da TCC deve-se coletar a irradiância correspondente a cada

frequência de onda de 400 nm a 760 nm.

71

4.3 Banco Ótico

O banco ótico é um instrumento de montagem relativamente fácil. Na Figura

IV.29(a) está ilustrado o Banco Ótico da marca ZVEPOWER, que pode ser usado

como referência para este projeto. O instrumento da ZVEPOWER pode ser utilizado

em diversos experimentos, como teste de lentes e transmitância de superfícies. Este

projeto, no entanto, visa construir um banco ótico com o objetivo exclusivo de estudar

lâmpadas e medir sua intensidade luminosa. Para que isso seja possível, o banco

ótico projetado deve:

• Garantir uma medição precisa entre a distância da lâmpada e do luxímetro;

• Garantir que o luxímetro esteja direcionado exatamente para a lâmpada;

• Garantir que os anteparos deixarão apenas os raios diretos atingirem o

luxímetro;

• A possibilidade da lâmpada ser posicionada tanto horizontalmente quanto

verticalmente.

Para que todas as premissas listadas sejam cumpridas, o banco ótico é

composto por um suporte para o luxímetro, dois anteparos, um suporte para a

lâmpada e uma régua, vide Figura IV.29. Com a intensão de desenvolver um

equipamento leve e resistente, o projeto foi feito em alumínio.

(a)

72

(b)

Figura IV.29: (a)Banco Ótico ZVEPOWER [33] (b) Projeto do Banco Ótico a ser montado.


A régua deverá ter uma distância mínima de 2 metros, para que seja possível

tomar medidas em diferentes distâncias. O anteparo deverá ser largo o suficiente para

impedir que raios difusos alcancem o luxímetro. Considerando que a largura máxima

das lâmpadas de referência é de 7 cm, este projeto considerará um anteparo com 14

cm de largura. Esta largura dará margem para que o luxímetro seja menos atingido

por raios difusos. O anteparo deverá, também, ter um orifício com abertura para que

apenas os raios de luz direta atinjam o luxímetro. O luxímetro escolhido possui uma

área de captura (semi-esfera branca na Figura IV.1) de aproximadamente 2 cm de

diâmetro. Devido a isso, a abertura no anteparo será, também de 2 cm.

A altura do suporte do luxímetro, do furo do anteparo e do suporte horizontal

da lâmpada deverá ser a mesma, já que os raios de luz sairão da lâmpada,

atravessarão o furo do anteparo e atingirão o sensor do luxímetro de forma retilínea.

Para garantir a adaptação deste projeto com o Goniofotômetro (descrito na Seção

4.4), este projeto considerará a altura de 21,2 cm.


Nas Figuras IV.30, IV.31 e IV.32 constam as visões frontais e laterais do

Anteparo, Suporte do Luxímetro e Suporte das Lâmpadas, respectivamente.

73

Figura IV.30: Medidas do Anteparo.

Figura IV.31: Medidas do Suporte do Luxímetro.

74

Figura IV.32: Medidas do Suporte da Lâmpada.

Na Figura IV.33 está representado a base que fará sustentação dos componentes do banco

ótico na régua.

Figura IV.33: Base de sustentação dos componentes do banco ótico.



do banco ótico proposto.

75

Tabela IV.3: Lista de materiais para o banco ótico.


4.3.4.1 Régua

Para medir a distância entre os elementos do banco ótico e garantir seu correto

alinhamento, um perfil de alumínio de 2 metros (Figura IV.34) com marcações de

medidas fará o papel de régua e, também, de trilho para os elementos.

Figura IV.34: Perfil de Alumínio.

Os elementos do banco ótico ficarão presos no trilho através de suportes que

encaixarão no trilho, vide Figura IV.33.


O suporte do luxímetro será compatível com o luxímetro apresentado no início

do Capítulo 4.

76

Figura IV.35: Suporte do Luxímetro com a base de sustentação.

Nota-se na Figura IV.35, que a circunferência que envolve o sensor do

luxímetro escolhido encaixará no furo do Suporte do Luxímetro. Isso garantirá que o

equipamento acople no suporte. A altura do centro do sensor do luxímetro deverá

estar a 21,2 cm da régua, o que deve ser respeitado em todos os elementos que se

serão usados no banco ótico afim de garantir o perfeito alinhamento entre as peças.

4.3.4.3 Anteparo

O anteparo tem como função bloquear a maioria dos raios de luz que incidem

sobre o luxímetro em um ângulo diferente ao de 90º de sua superfície de captura. De

forma simplificada, ele diminuirá o tamanho da fonte de luz para o medidor, garantindo

que essa seja o mais pontual possível. Neste tipo de experimento, é comum a

utilização de 2 anteparos, já que assim um poderá estar mais perto da luz, reduzindo

a sua área de emissão, e o outro estará mais perto do medidor, garantindo que

nenhum possível reflexo da luz atinja o sensor. Por este motivo o anteparo deverá ter

um tamanho consideravelmente maior que o da fonte luminosa. A Figura IV.37 ilustra

o anteparo com a base de sustentação que acoplará na régua.

77

Figura IV.36: Anteparo do banco ótico com a base de sustentação.

4.3.4.4 Suportes para a Lâmpada

Os suportes da lâmpada podem sustentá-la tanto na posição vertical quanto na

horizontal de forma que sua parte emissora fique centralizada com os outros

elementos do banco ótico (a 21,2 cm da régua), vide Figura IV.37. Para garantir que

a altura da lâmpada posicionada na vertical fique correta independente da lâmpada,

pode-se fazer cortes na chapa maior de forma que, através de parafusos, se possa

regular a altura da segunda chapa, aonde estará a lâmpada posicionada na vertical.

78

Figura IV.37: Suporte da lâmpada com a base de sustentação.

4.4 Goniofotômetro

Dos 3 tipos de Goniofotômetro apresentados no capítulo 3.2, o de mais simples

confecção para o tipo de lâmpada escolhida é o Tipo A, similar ao da Figura III.7(a).

Ele será composto pelo suporte do luxímetro, uma régua que fará o papel de trilho, e

a estrutura com os limbos. A Figura IV.38 (a) ilustra o projeto do Goniofotômetro

abordado nesse trabalho, já a Figura IV.38 (b) ilustra um Goniofotômetro da marca

InventFine, que pode ser usado como referência. Nota-se que o Goniofotômetro da

InventFine tem o objetivo de analisar painéis, portanto é do Tipo B.

79

(a) (b)

Figura IV.38: (a) Projeto do Goniofotômetro a ser montado (b)Goniofotômetro InventFine[34].


O goniofotômetro será composto de uma base fixa e uma base móvel. Ambas

deverão ser largas o suficiente para impedir que reflitam a iluminação da lâmpada na

direção do luxímetro. Este projeto considerará a largura de 42 cm para a base fixa e

38 cm para a base móvel. Considerando que a base fixa deverá suportar a rotação da

base móvel, sua extensão será consideravelmente maior, se comparado a base

móvel, que deverá ser o mais leve possível para evitar sobrecargas na trava dos

limbos. Este projeto considerará a extensão de 20 cm para a base fixa e 6 cm para a

móvel.

Ao construir os limbos deve-se atentar para a necessidade de construir um

sistema que seja capaz de marcar precisamente a rotação do eixo de 5 em 5 graus e

travá-lo. Esta é uma condição importante já que, como visto, a construção das curvas

fotométricas (Capitulo 3.2.2) e dos mapas de fluxo zonal (Capitulo 3.3.2) exigem uma

quantidade considerável de pontos de tomada de dados para garantir a precisão dos

desenhos e dos cálculos.

80

A altura do eixo deverá ser a mesma do suporte do luxímetro, já que os raios

de luz sairão da lâmpada e atingirão o sensor do luxímetro de forma retilínea. Este

projeto considerará a altura de 21,2 cm

4.4.1 Desenho do Projeto

A Figura IV.39 ilustra as partes que compõe a estrutura, já a Figura IV.40 mostra

o Goniofotômetro na posição de 90 graus.

Figura IV.39: Estrutura com limbos.

81

Figura IV.40: Goniofotômetro no posicionamento de 90 graus.

A Figura IV.41 e IV.42 mostram a vista frontal e o corte lateral, respectivamente.

Figura IV.41: Vista Frontal cotada.

82

Figura IV.42: Corte lateral cotado.



da estrutura com limbos do goniofotômetro.

Tabela IV.4: Lista de materiais para a estrutura com limbos do goniofotômetro.

83


4.4.3.1 Régua

Para medir a distância entre os elementos do banco ótico e garantir seu correto

alinhamento, um perfil de alumínio (Figura IV.43) com marcações de medidas fará o

papel de régua e, também, de trilho para os elementos.

Figura IV.43: Perfil de Alumínio.


O suporte do luxímetro será compatível com o luxímetro apresentado no início

do Capítulo 4.

84

Figura IV.44: Suporte do Luxímetro com a base de sustentação.

Nota-se na Figura IV.44, que a circunferência que envolve o sensor do

luxímetro escolhido encaixará no furo do Suporte do Luxímetro. Isso garantirá que o

equipamento se acople no suporte. A altura do centro do sensor do luxímetro deverá

estar a 21,2 cm da régua.

4.4.3.3 Estrutura (Base Móvel e Base Fixa)

Para a estrutura do goniofotômetro serão usadas chapas retangulares de

alumínio de 2 mm de espessura. Essas chapas serão coladas, rebitadas ou

parafusadas em cantoneiras, que farão as quinas das bases móvel e fixa da estrutura

com limbos, vide Figura IV.45. Além disso haverá os limbos dos eixos horizontal e da

lâmpada, que ficarão afastados das outras estruturas para permitir que consigam

rotacionar 360 graus. Os dois eixos horizontais, que farão com que a lâmpada gire de

forma que possa ficar até de cabeça para baixo. O eixo da Lâmpada, fará a lâmpada

girar em torno do seu próprio eixo.

85

Figura IV.45: Cantoneiras e chapas de alumínio.

4.4.3.4 Limbos

Para que a necessidade da marcação de 5 em 5 graus seja sanada de forma

simples e com custo reduzido, optou-se por utilizar uma engrenagem de kart com 72

dentes como a da Figura IV.46.

Figura IV.46: Engrenagem de Kart com 72 dentes.

86

Como a engrenagem possui 72 dentes, o ângulo entre um dente e o outro é de exatos

5 graus, portanto o ângulo dos espaços entre dentes também é de 5 graus. Para que

se possa travar o limbo durante a tomada de dados, o lado solto do eixo (base fixa no

eixo horizontal e a base móvel no eixo da lâmpada) deverá ter um parafuso que possa

ser rosqueado de forma a encaixar no espaço entre dentes e, através de uma rosca,

fixar o eixo. A engrenagem ficará nos limbos do eixo horizontal e da lâmpada, vide

Figura IV.47.

Figura IV.47: Limbo do eixo horizontal e da lâmpada.

Para uma engrenagem de 9,1 cm de raio, considerando que a espessura da

ponta do dente tenda a zero, estima-se que o espaço entre dentes (𝐸𝑒𝑑) seja a divisão

do perímetro da engrenagem pelo número de dentes (Equação IV.11).

𝐸𝑒𝑑 =2.𝜋.9,1

72= 0,794 (IV.11)

Considerando que um parafuso ¼ polegadas possui 0,635 cm de diâmetro, esta

é uma medida que encaixará no espaço entre dentes.

87

Deve-se atentar para que o espaço entre o lado preso ao eixo e o lado solto do

eixo seja o menor possível pois, caso seja muito grande, o parafuso poderá perder o

prumo quando estiver travando a engrenagem. Caso o parafuso perca o prumo

facilmente, uma opção seria colar porcas na base fixa e na base móvel, que fariam

uma guia para o parafuso até o mais próximo possível da engrenagem, como pode

ser visto na Figura IV.48.

Figura IV.48: Porcas guia para os parafusos que travam os limbos.

Para evitar que o parafuso que trava o eixo horizontal fique sobrecarregado, já

que este eixo, quando inclinado, sustenta o peso da lâmpada, uma opção é colocar

contrapesos de chumbo (representado por 2 cubos brancos Figura IV.49) no lado

oposto à lâmpada em relação ao eixo horizontal.

88

Figura IV.49: Contrapesos.

4.4.3.5 Eixos

Os eixos do goniofotômetro não precisam ter tanta fluidez no movimento, porém

devem ser resistentes e devem permitir que o espaçamento entre o lado preso ao eixo

e o lado móvel seja controlado. Para executar esta função, foram escolhidos parafusos

de meia polegadas, que são resistentes e permitem a fixação nos suportes através de

roscas e arruelas. Deve-se priorizar parafusos de cabeça cilíndrica para que a fixação

nos suportes seja uniforme (Figura IV.53 (a)). Também é importante que o parafuso

tenha uma cabeça pequena já que, no caso do suporte vertical, a cabeça do parafuso

será coberta por um suporte que ligará o soquete da lâmpada ao limbo do eixo da

lâmpada. Este suporte é fundamental já que o parafuso não fará o movimento de

rotação, portanto a lâmpada deverá estar ligada ao limbo e não ao parafuso, vide

Figura IV.50. Na Figura IV.51 vê-se em maior detalhe as partes que compõe o eixo da

lâmpada. Nota-se que existe um espaço entre o parafuso e o soquete.

89

Figura IV.50: Parafuso, soquete e lâmpada.

Figura IV.51: Partes do Eixo da lâmpada.

90

A fixação no eixo será feita de forma que os lados presos estejam presos por

contra porcas, que serão apertadas dos dois lados do suporte. Deve-se atentar que

as contra porcas deverão ser o mais estreitas possíveis, caso contrário o espaço entre

o lado preso no eixo e o lado móvel será muito grande. Uma opção de contra porca é

a 304, que possui apenas 7,4 mm de espessura, vide Figura IV.53 (c).

Os furos dos lados móveis do eixo deverão estar no meio de duas arruelas de

aço inox (Figura IV.53 (b)), que serão fixadas às paredes, já que estarão sob constante

fricção. Além disso, os espaços entre as arruelas fixadas nos lados móveis e as contra

porcas podem ser preenchidos com arruelas soltas, no caso dos eixos horizontais,

para que os lados móveis não deslizem horizontalmente. Na Figura IV.52 pode-se ver

o posicionamento das peças nos eixos horizontais (a) do lado do limbo e (b) do lado

oposto ao limbo.

(a)

(b)

Figura IV.52: Eixos horizontais (a) do lado do limbo e (b) do lado oposto ao limbo.

91

(a) (b) (c)

Figura IV.53: (a) ½ cabeça cilíndrica (b) arruela ½ (c) contra porca 304 ½ 7,4 mm.

92

Capítulo 5

Ensaios de caracterização de funcionamento

Os equipamentos projetados no Capítulo 4 foram construídos e ensaiados com

objetivo de caracterizar seus funcionamentos e validar a efetividade da aplicação dos

mesmos para uso pedagógico.

Para assegurar os resultados, foi construída uma câmara escura feita de papelão

forrada com papel camurça, vide Figura V.8, garantindo o mínimo de interferência

externa. Além disso, os testes foram executados em 2 luxímetros. Destaca-se que

para medições abaixo de 10 Lux os luxímetros obtiveram medidas que variavam mais

de 10%, já para medidas de 1000 Lux a variação foi de menos de 3%. Como os

experimentos aqui descritos serão normalizados por referências, estas variações não

serão relevantes, no entanto destaca-se que medidas inferiores a 10 Lux contribuem

para a piora nos resultados.

5.1 Ensaio com a Esfera de Ulbricht

Para a medição do Fluxo Luminoso deve-se usar a Esfera de Ulbricht, como

projetado na seção 4.1. A esfera de Ulbricht tem como objetivo que toda radiação

emitida pela lâmpada rebata nas paredes internas da esfera e, portanto, o fluxo

luminoso total da lâmpada possa ser medido em um ponto da superfície da esfera.

Para isso deve-se colocar a lâmpada no centro da esfera, que estará completamente

revestida de tinta branca reflexiva, para que haja o mínimo de perdas possível. Após

isso, o luxímetro será posicionado na janela preparada para ele e efetuará a coleta de

dados em Lux. Espera-se que o valor obtido esteja de acordo com o apresentado na

ficha técnica da lâmpada.

93

5.1.1 Passo a Passo

1 Encaixar a lâmpada no soquete.

2 Centralizar a lâmpada na esfera de forma que o anteparo cubra toda a luz direta

da lâmpada.

3 Usar a semi-esfera superior para tampar a Esfera de Ulbricht.

4 Posicionar o luxímetro na janela.

5 Ligar a lâmpada em uma tensão estável e nominal. Essa tensão será monitorada.

6 Coletar o valor em Lux exibido pelo luxímetro.

Através dos valores coletados, pode-se obter a constante da esfera através da

Equação III.10 já apresentadas na Seção 3.3.1 e aqui reapresentadas como (V.1).

ɸ =

𝐸

𝑘

(V.2)

Para o cálculo da constante k, o melhor a fazer é tomar os dados coletados e

dividi-los pelos fluxos luminosos presentes nas fichas técnicas das respectivas

lâmpadas.

5.1.2 Dados Coletados

Os dados a seguir foram coletados através da esfera de Ulbricht construída de

acordo com o projeto da Seção 4.1. e seguindo o passo a passo da Seção 5.1.1,

Figura V.1. Os resultados das coletas de dados estão presentes na Tabela V.1.

Tabela V.1: Dados coletados no ensaio com a esfera de Ulbricht

Lâmpada Iluminância (lux)

Lâmpada Fluorescente (Blaupunkt 15 W 2 700K) 2950

Lâmpada Halógena (Osram 42 W 3 000 K) 2580

Lâmpada Bulbo de LED (Galaxy 13 W 6 500K) 2390

Lâmpada LED Direcional (Empalux 7 W 3 000K) 2240

94

Figura V.1: Experimento com a esfera de Ulbricht.

Figura V.2: Esfera de Ulbricht aberta.

5.1.3 Análise dos dados

Os fluxos luminosos presentes nas fichas técnicas das lâmpadas são:

• Lâmpada Fluorescente (Blaupunkt 15 W 2 700K) = 945 Lúmens

• Lâmpada Halógena (Osram 43 W 3 000K) = 630 Lúmens

• Lâmpada Bulbo de LED (Galaxy 13 W 6 500 K) = 600 Lúmens

• Lâmpada LED Direcional (Empalux 7 W 3 000 K) = 560 Lúmens

95

Conhecendo os fluxos luminosos pode-se estender a Tabela V.1 de forma a

contemplar os valores das constantes k da esfera de acordo com cada uma das

lâmpadas e compará-los a fim de se observar a efetividade do aparelho. A forma

estendida da Tabela V.1 está na Tabela V.2.

Tabela V.2: Fluxo Luminoso e Constante k.

Analisando os resultados, pode-se ver que as três lâmpadas resultam em

constantes k muito parecidas apesar de possuírem curvas fotométricas diferentes,

como será visto na Seção 5.4. Isso mostra que o objetivo da esfera de calcular o fluxo

luminoso foi bem sucedido, já que esta foi capaz de direcionar toda a intensidade

luminosa de lâmpadas com diferentes distribuições para um só ponto. Porém, vemos

que a lâmpada fluorescente, que possui um fluxo luminoso aproximadamente 30%

maior do que o das outras lâmpadas, obteve uma constante k muito diferente, pode-

se supor que o valor do fluxo luminoso presente nesta lâmpada não está correto.

5.1.4 Conclusões

Neste trabalho foi apresentado todo o processo de desenvolvimento de uma

Esfera de Ulbricht para o laboratório de luminotécnica da UFRJ. Apresentou-se todo

o embasamento teórico das grandezas e dos experimentos antes concebidos e que,

agora, serviriam de referência para a concepção deste dispositivo. Também foram

desenvolvidos os desenhos técnicos, modelos e lista de materiais para a construção.

Após construído, foram feitas análises que comprovaram a viabilidade do projeto.

Deve-se ressaltar a principal falha na construção da Esfera de Ulbricht, que foi

a não exatidão no formato semiesférico dos lustres. Esta imperfeição permitiu uma

fuga luminosa no encaixe entre os lustres, como pode ser visto na Figura V.1. Apesar

deste desvio, os resultados possuíram uma variação dentro das margens esperadas.

96

Considerando que o objetivo do projeto é pedagógico, facilitando o aprendizado

e o entendimento sobre o conceito de fluxo luminoso, este projeto foi exitoso. Pode-

se sugerir, inclusive, que os alunos testem outras lâmpadas fluorescentes de formas

e potências similares à lâmpada da Blaupunkt, usada neste experimento, para avaliar

se a causa do desvio da constante k desta lâmpada se dá por causa de um valor

errado em sua ficha técnica. Pode-se analisar, também, como a constante k se

comporta para lâmpadas com diferentes ordens de grandeza de fluxo luminoso, para

avaliar se a fuga luminosa aumenta de acordo com a intensidade luminosa captada.

5.2 Ensaio com o Espectrometro

Para a medição do IRC deve-se usar o Espectrômetro, como projetado na seção

4.2, com o objetivo de coletar a intensidade luminosa relativa em cada frequência de

onda. Para isso deve-se utilizar o software “Theremino_Spectrometer_V2.5”. Após a

coleta de dados, deve-se utilizar uma calculadora de IRC para obter o valor do IRC da

lâmpada a ser testada. Espera-se que o valor obtido esteja de acordo com o

apresentado na ficha técnica da lâmpada.

A seguir serão apresentados o passo a passo para a execução do experimento, o

experimento e os dados coletados, a análise dos dados e as conclusões finais sobre

o experimento.

5.2.1 Passo a Passo

1. Conectar o fio da câmera do espectrômetro no computador;

2. Ligar o computador e abrir o programa “Theremino_Spectrometer_V2.5”;

3. Configurar o programa de acordo com as instruções da Seção 4.2.7;

4. Posicionar e acender a lâmpada padrão (lâmpada fluorescente), vide Figura V.3;

97

Figura V.3: Experimento com a lâmpada padrão.

5. Ajustar o tamanho, a posição da janela da Fenda de Entrada e a distância da

lâmpada de forma a valorizar ao máximo o feixe de luz captado;

6. Calibrar o programa de acordo com a lâmpada Fluorescente;

7. Substituir a lâmpada fluorescente pela lâmpada sob teste ou mirar o espectrômetro

para o ponto ao qual se deseja medir o espectro luminoso;

8. Coletar os dados de espectro luminoso, frequência a frequência ou exportar .txt

com os dados de frequência de onda por potência espectral relativa;

9. Jogar os dados na calculadora de IRC, que fará o cálculo do IRC.


Os dados a seguir foram coletados através do espectrômetro construído de


Figura V.4. Os resultados das coletas de dados estão presentes nas Tabelas V.3, V.4,

V.5 e V.6.

Figura V.4: Espectrômetro construído (à esquerda) e experimento (à direita).

98

5.2.2.1 Lâmpada Fluorescente

Tabela V.3: Distribuição Espectral da Lâmpada Fluorescente

5.2.2.2 Lâmpada Halógena

Tabela V.4: Distribuição Espectral da Lâmpada Halógena.

99

5.2.2.3 Lâmpada Led Bulbo

Tabela V.5: Distribuição Espectral da Lâmpada LED Bulbo.

5.2.2.4 Lâmpada Led Direcional

Tabela V.6: Distribuição Espectral da Lâmpada LED Direcional.

100


A partir dos dados coletados foram obtidos os IRCs presentes da Tabela V.7

através da calculadora de IRC “Calculating CRI-CAM02UCS-v2” desenvolvida pelo

professor Cheng Li, do departamento de ciências da cor da Universidade de Leeds -

Reino Unido. [36]

Tabela V.7: IRC e Erro.

5.2.4 Conclusões

Neste trabalho foi desenvolvido todo o processo de desenvolvimento de um

Espectrômetro para o laboratório de luminotécnica da UFRJ. Apresentou-se todo o

embasamento teórico das grandezas e de como foi feita a concepção deste

dispositivo. Também foram desenvolvidos os desenhos técnicos, modelos e lista de

materiais para a construção. Após construído, foram feitas análises que comprovaram

a viabilidade do projeto.

101

A maior dificuldade com o Espectrofotômetro se deu na configuração dos

softwares. A câmera por vezes apresentou erros e falhas de compatibilidade ao se

conectar com os computadores. Além disso, a configuração do programa Theremino

não se mostrou intuitiva, o que pode ter prejudicado os resultados finais.

Pode-se atribuir o maior erro da lâmpada fluorescente à erros em sua ficha

técnica. Vale ressaltar que esta foi a lâmpada que mais destoou dos resultados obtidos

com as outras lâmpadas tanto para o experimento com o espectrofotômetro como

para o experimento com a esfera de Ulbricht, como visto na Seção 5.1.

As lâmpadas de LED possuíram pequenas margens de erros já que, para este

tipo de lâmpada, o IRC é um atributo muito relevante e controlado para as fabricantes.

Por se tratar de um experimento com fins didáticos, propõe-se aos alunos uma

redução na margem de erro através de ajustes na experimentação. Dentre os ajustes

possíveis ressalta-se o controle do feixe luminoso através de um melhor

posicionamento da lâmpada e uma melhor configuração do programa “Theremino”

através do ajuste de escala do gráfico. A análise destes ajustes pode ser relevante

para a redução da margem de erro. Conclui-se que este experimento pode ser usado

para fins didáticos e, inclusive, fomentar o conhecimento pelo espectrômetro e as

grandezas medidas por ele.

5.3 Ensaio com o Banco Ótico

Para a medição da Intensidade Luminosa deve-se usar o Banco Ótico, como

projetado na seção 4.3, com o objetivo de coletar a iluminância da fonte luminosa

como se ela fosse puntiforme. Por isso o banco ótico conta com dois anteparos, os

quais ajudarão a selecionar apenas os raios luminosos diretos. Após a coleta de

dados, deve-se utilizar a Equação III.5 para obter o valor da intensidade luminosa da

lâmpada a ser testada. Deve-se mudar a distância entre a lâmpada e o Luxímetro e

repetir o procedimento. Espera-se que os valores obtidos nos dois experimentos

sejam próximos e estejam dentro de uma margem de erro pequena.



o experimento.

102

5.3.1 Passo a Passo

1. Ligar a lâmpada em uma tensão nominal estável. Essa tensão será

monitorada;

2. Medir a distância d entre a lâmpada e o Luxímetro (medidas que sejam

menores que 5 vezes a maior dimensão da lâmpada pode acarretar em um

aumento do erro da experiência [1]). Recomenda-se que a distância entre a

lâmpada e o luxímetro seja maior do que 35 cm;

3. Ajustar os anteparos de forma que a luz da lâmpada incida sobre o luxímetro

apenas a 90°, recomenda-se distâncias iguais entre os elementos do banco

ótico;

4. Deixar a lâmpada aquecer e estabilizar sua intensidade luminosa;

5. Coletar os dados do Luxímetro (E);

Para obtenção da Intensidade Luminosa (I) utiliza-se a Equação III.5, aqui

representada pela Equação V.4:

I = 𝐸.𝑑2 (V.4)

Após a obtenção da intensidade luminosa experimentalmente, deve-se repedir

o procedimento em várias distâncias diferentes com a intensão de se encontrar o erro

do experimento.


Os dados a seguir foram coletados através do banco ótico construído de acordo

com o projeto da Seção 4.3. e seguindo o passo a passo da Seção 5.3.1, na Figura

V.5 pode-se ver o equipamento construído sendo experimentado. Os resultados das

coletas de dados estão presentes na Tabela V.8.

103

Tabela V.8: Dados coletados com o banco ótico.

Figura V.5: Experimento com banco ótico.

104


A partir dos dados coletados, usando a Equação V.4, pode-se ampliar a Tabela

V.8, incluindo a Intensidade Luminosa para cada Iluminância obtida e, ainda calcular

a variação dos resultados para que se possa entender a precisão do dispositivo,

resultando na Tabela V.9.

Tabela V.9: Intensidade luminosa e erro.

5.3.4 Conclusões

Neste trabalho foi apresentado todo o processo de desenvolvimento de um

Banco Ótico para o laboratório de luminotécnica da UFRJ. Apresentou-se todo o

embasamento teórico das grandezas e dos experimentos antes concebidos e que,




O maior problema do projeto do Banco Ótico foi o seu isolamento da iluminação

ambiente. Para isso foi construída uma caixa de papelão pintada de preto

105

internamente, porém não houve um estudo para avaliar o quanto as reflexões internas

da caixa de papelão afetavam o resultado final do experimento. Recomenda-se, para

o aprimoramento do presente trabalho e para o estímulo à didática, que a reflexão

interna da caixa seja estudada através de testes em sala escura e com a caixa, usando

todas as lâmpadas testadas.

A pintura do dispositivo pode ser refeita já que, como as peças devem ser

encaixadas na régua, a fricção feita acaba danificando a pintura. Tintas que suportam

fricção podem ser usadas.

O projeto vai de encontro com seus objetivos uma vez que a variação dos

resultados não atrapalha a didática do projeto. Conclui-se que este experimento pode

ser usado para fins didáticos e, inclusive, fomentar o conhecimento pelo banco ótico

e as grandezas medidas por ele.

5.4 Ensaio com o Goniofotômetro

Para a obtenção das Curvas de Distribuição Fotométricas deve-se usar o

Goniofotômetro, como projetado na seção 4.4, com o objetivo de variar a angulação

da lâmpada de forma a obter sua iluminância em seu entorno. Por isso o

goniofotômetro conta com dois limbos, os quais ajudarão a marcar as angulações

regularmente. Vale lembrar que, para esse experimento, a fonte deve ser considerada

puntiforme, assim como no Banco Ótico. Por isso os testes serão feitos com o

luxímetro a 1,5 m da estrutura. Após a coleta de dados, deve-se utilizar a Equação

V.4 para obter o valor da intensidade luminosa da lâmpada a ser testada. Tendo os

valores das intensidades luminosas, pode-se iniciar a confecção das Curvas de

Distribuição Fotométrica. Espera-se que os mapas obtidos nos experimentos

correspondam às estruturas das lâmpadas.



o experimento.

106

5.4.1 Passo a Passo

Se a nossa intenção é desenhar as curvas fotométricas horizontais e verticais,

como na Figura III.6, para a curva horizontal deve-se:

1. Posicionar o Luxímetro no suporte a 150 cm da lâmpada, que estará

rosqueada na estrutura com limbos;

2. Posicionar a base móvel alinhada com a base fixa, Figura V.6. Rosquear os

parafusos de trava dos dois limbos até que eles entrem no espaço entre

dentes e prendê-lo na engrenagem usando uma porca;

3. Ligar a lâmpada, esperar aquecer e coletar a luminância;

4. Soltar apenas a trava do eixo da lâmpada (ângulo horizontal), girar o limbo do

eixo da lâmpada pulando 2 espaços entre dentes (15 graus). Prender

novamente a trava e coletar os dados, vide Figura V.6;

Figura V.6: Limbo do eixo da lâmpada girando.

5. Repetir o procedimento 4 onze vezes, até alcançar 180 graus. Com isso

pode-se preencher a Tabela V.10;

107

Tabela V.10: Tabela para curva fotométrica horizontal.

Já para a curva vertical deve-se:

1. Posicionar o Luxímetro no suporte a 150 cm da lâmpada, que estará

rosqueda na estrutura com limbos;

2. Posicionar a base móvel a 90 graus da base fixa com a lâmpada mirando no

fotômetro, Figura V.7. Rosquear os parafusos de trava dos dois limbos até

que eles entrem no espaço entre dentes e prendê-lo na engrenagem usando

uma porca;

3. Ligar a lâmpada, esperar aquecer e coletar a luminância;

4. Soltar apenas a trava do eixo horizontal, girar o limbo pulando 1 espaço

entre dentes (10 graus). Prender novamente a trava e coletar os dados. Vide

Figura V. 7;

Figura V.7: Limbo do eixo horizontal com a lâmpada a 0 graus.

5. Repetir o procedimento 4 até alcançar 180 graus ou até os valores de

Luminância captados ficarem muito baixos e não alterarem entre uma

medida e outra. Com isso poder-se preencher a Tabela V.11:

108

Tabela V.11: Tabela para curva fotométrica vertical.

Obs1: As Tabelas V.10 e V.11 são apenas padrões, logo os intervalos podem ser

menores, caso seja necessária uma maior precisão para as curvas fotométricas. Da

mesma forma, os intervalos podem ser maiores caso seja necessária uma maior

agilidade na confecção da curva.


Os dados a seguir foram coletados através do goniofotômetro construído de


Figura V.8. Os resultados das coletas de dados estão presentes na Tabela V.12.

Tabela V.12: Tabela de dados coletados das lâmpadas de teste.

109

(a)

110

(b)

Figura V.8: Posicionamento do Luxímetro (a) e experimento com goniofotômetro (b)..


Para transformar os valores de Iluminância para Intensidade Luminosa basta

usar a Equação V.4. Assim, pode-se preencher a Tabela V.13.

Tabela V.13: Tabelas para curvas fotométricas das lâmpadas de teste.

111

112

Tendo preenchido a Tabela V.13, basta marcar os pontos correspondentes no

mapa da Figura V.9 para cada uma das tabelas, onde a escala radial representa a

Intensidade luminosa e a angulação representa o ângulo em que determinada

intensidade luminosa foi captada, e interliga-los com curvas.

Figura V.9: Modelo para desenhar a curva de distribuição fotométrica.

113

Através dos dados coletados para as curvas fotométricas horizontais, foram

obtidos os seguintes desenhos:

5.4.3.1 Curvas Horizontais

Figura V.10: Curvas fotométricas horizontais obtidos das lâmpadas testadas.

Analisando as curvas da Figura V.10 verifica-se que a lâmpada fluorescente

possui uma distribuição uniforme em todo o seu entorno e que a lâmpada de LED

114

direcional não possui distribuição luminosa relevante, horizontalmente. Ambos os

resultados são facilmente elucidados, uma vez que a lâmpada direcional emite luz

apenas em uma direção e a lâmpada fluorescente possui formato espiral e por isso

distribui a luz uniformemente horizontalmente.

A curva de distribuição da lâmpada halógena também foi como o esperado.

Nesta distribuição pode-se ver, apesar de alguns distúrbios, que a curva possui

valores maiores nos ângulos de 120 º e -60 º e valores menores nos ângulos de 60º e

-120º. Isso acontece porque a lâmpada halógena é composta por um filamento ligado

por dois terminais, Figura V.11, o lado da lâmpada em que se é possível ver o

filamento pro completo é mais iluminado, já os lados que ficam atrás dos terminais e

que se enxerga uma menor área do filamento, possui uma iluminação menor.

Figura V.11: Lâmpada halógena.

Já a lâmpada Bulbo de Led gerou uma curva de distribuição levemente

anormal, já que um dos lados possuiu uma iluminância maior do que os outros. Isso

pode ter se dado devido a anomalias no difusor da lâmpada ou uma pequena

inclinação na hora de coletar os dados.

115

5.4.3.2 Curvas Verticais

Figura V.12: Curvas fotométricas verticais obtidos das lâmpadas testadas.

Analisando as curvas da Figura V.12, visualiza-se com acuidade as

características de cada uma das lâmpadas testadas. A lâmpada halógena possui uma

distribuição bem maior nas laterais do que se comparado ao seu eixo. A lâmpada

fluorescente possui um comportamento que intermedia a halógena e a bulbo de LED.

116

A bulbo de LED possui maior parte da sua distribuição no eixo da lâmpada e essa

intensidade luminosa diminui nas laterais. Já a lâmpada direcional de LED concentra

toda a sua intensidade luminosa no eixo da lâmpada.

5.4.4 Conclusões

Neste trabalho foi apresentado todo o processo de desenvolvimento de um

Goniofotômetro para o laboratório de luminotécnica da UFRJ. Apresentou-se todo o

embasamento teórico das grandezas e dos experimentos antes concebidos e que,




O Goniofotômetro possui os mesmos pontos de sensibilidade que o Banco

Ótico no que se refere ao isolamento à iluminação ambiente. Além disso, um ponto

importante a se frisar é a importância dos furos dos limbos, onde se encaixam os

eixos, estarem perfeitamente centralizados. Um mínimo desalinhamento entre a

centralização dos furos pode causar dificuldade na hora de efetuar as medidas.

As curvas fotométricas verticais obtiveram resultados de acordo com o esperado,

uma vez que corresponderam às estruturas das lâmpadas. As curvas horizontais da

lâmpada bulbo de LED e Halógena possuíram pequenos desvios, que podem ser

atribuídos a falhas de medição ou a irregularidades nas lâmpadas, porém as curvas

da lâmpada direcional de LED e fluorescente corresponderam com o esperado.

Conclui-se que este experimento pode ser usado para fins didáticos e, inclusive,

fomentar o conhecimento pelo goniofotômetro e as grandezas medidas por ele.

117

Capítulo 6

Conclusão

Ao longo deste trabalho foram apresentadas as principais grandezas

luminotécnicas, os conceitos relacionados e os instrumentos capazes de medi-las. Os

conteúdos apresentados serviram de embasamento teórico e os instrumentos

pesquisados serviram de base técnica para a concepção dos quatro dispositivos

apresentados. Cada uma das grandezas apresentadas foi relacionada aos

dispositivos projetados assim como a fundamentação técnica dos dispositivos, que

foram construídos pautados nos instrumentos já existentes. Para o projeto dos quatro

dispositivos foram desenvolvidos os desenhos técnicos, modelos e lista de materiais

para a construção. Após construídos, foram feitas análises que comprovaram a

viabilidade do projeto.

O trabalho foi facilitado graças ao acesso à oficina do bloco H da UFRJ e ao

laboratório LAFAE. A cessão dos materiais e equipamentos necessários para a

criação dos experimentos foi outro fator que contribuiu muito para o desenvolvimento

do presente trabalho. Vale ressaltar, também que muitas pessoas estiveram

envolvidas tanto na parte de criação quando de construção dos experimentos,

destacando-se o Engenheiro Marcos Dantas Alves dos Santos, um dos orientadores

do projeto, pela dedicação na elaboração dos projetos e orientações nos desenhos.

Também ao Técnico Fabio Souza do Nascimento pelo auxílio intensivo na construção

dos protótipos e ao Aluno Rodrigo Lugathe da Conceição Alves pelo auxílio nas

montagens e na realização dos ensaios. Outro fator facilitador foi a contribuição em

material para a construção dos dispositivos dada pelo Professor Richard Magdalena

Stephan.

118

Os quatro dispositivos foram construídos com materiais reutilizados (sobras) de

outros projetos da UFRJ e possuem o objetivo de realizar medições de grandezas

teóricas da Luminotécnica, de forma a facilitar as demonstrações das técnicas de

medição nas disciplinas “Técnicas de Iluminação” do Curso de Engenharia Elétrica da

UFRJ.

Uma das principais dificuldades encontradas nos desenvolvimentos dos projetos

foi a não exatidão no formato semiesférico das luminárias semiesféricas utilizadas na

construção da Esfera de Ulbricht. Isso gerou uma pequena fuga luminosa no encaixe

entre os lustres. Apesar desta imperfeição, os resultados possuíam uma variação

compatível com as margens esperadas. Para este experimento, recomenda-se

analisar o comportamento da lâmpada fluorescente comparando-a com outras

lâmpadas de diversas potências, tanto com formatos similares como diferentes. Além

disso pode-se fazer um estudo para entender como a fuga luminosa interfere nos

dados obtidos com esta Esfera de Ulbricht.

Dificuldades também foram encontradas no projeto do Espectrofotômetro onde a

câmera, por vezes, apresentou erros e falhas de compatibilidade ao se conectar com

os computadores. Além disso, a configuração do programa Theremino não se mostrou

intuitiva, o que pode ter prejudicado os resultados finais. Propõe-se como continuidade

deste projeto ou por projeto específico novas medições, analisando melhor a

influência do feixe luminoso através do posicionamento da lâmpada e uma melhor

configuração do programa “Theremino” através do ajuste de escala do gráfico.

Quanto ao projeto do Banco Ótico, a maior dificuldade foi o seu isolamento da

iluminação ambiente. Para isso foi construída uma câmara escura, construída em

papelão e forrada com papel camurça preto, para minimizar reflexões, apesar de não

ter sido feita uma avaliação sobre a influência destas reflexões internas da câmara.

Recomenda-se que a reflexão interna da caixa seja estudada.

O Goniofotômetro possui os mesmos pontos de sensibilidade que o Banco

Ótico no que se refere ao isolamento à iluminação ambiente. Além disso, um ponto

importante de se frisar é a importância dos furos dos limbos onde se encaixam os

eixos estarem perfeitamente centralizados. Um mínimo desalinhamento entre a

centralização dos furos pode causar dificuldade na hora de efetuar as medidas.

119

Todos os equipamentos construídos apresentaram algumas dificuldades,

porém nenhuma delas interferiu significativamente nos resultados. Pode-se dizer que

os objetivos deste trabalho foram alcançados uma vez que é possível estudar e

analisar fontes luminosas com os dispositivos construídos de forma a entender melhor

as influencias sofridas em cada medição e quais seus fundamentos. Para fins

didáticos, isso representa um ganho inestimável, uma vez que tarefas práticas

estimulam os alunos a entenderem melhor os conceitos teóricos do assunto. A prática

também estimula a busca pelo conhecimento, influenciando diretamente no

aprendizado e sendo forte aliado aos professores.

Portanto, este trabalho resultou em relatórios válidos para as fontes luminosas

estudadas, vale destacar a precisão dos mapas luminotécnicos obtidos no

experimento do goniofotômetro. Além disso, os dispositivos feitos irão compor o

acervo de um futuro Laboratório de Luminotécnica, o que se mostra essencial para a

complementação do ensino teórico e realização de outros estudos sendo, assim, um

resultado auspicioso.

Sugere-se que este trabalho possa ser continuado através da melhoria dos

instrumentos e das formas de análises, assim, será possível obter resultados mais

precisos ainda. Além disso, podem ser produzidos outros dispositivos que

complementem o Laboratório de Luminotécnica e ajudem nos estudos das grandezas

luminotécnicas.

120

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INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA UM …monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10031175.pdfOrientador: Jorge Luiz do Nascimento e Marcos Dantas Alves dos Santos Projeto de Graduação