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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ANÁLISE COMPARATIVA DA EFICIÊNCIA DE LÂMPADAS INCANDESCENTES E FLUORESCENTES COMPACTAS DE USO
RESIDENCIAL
Área de Ciências Exatas e Tecnológicas
por
Walter Werner Piva
João Hermes Clerice, Eng. Orientador
Campinas (SP), Dezembro de 2009
i
UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ANÁLISE COMPARATIVA DA EFICIÊNCIA DE LÂMPADAS INCANDESCENTES E FLUORESCENTES COMPACTAS DE USO
RESIDENCIAL
Área de Ciências Exatas e Tecnológicas
por
Walter Werner Piva Relatório apresentado à Banca Examinadora do Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Elétrica para análise e aprovação. Orientador: João Hermes Clerice, Eng.
Campinas (SP), Dezembro de 2009
ii
SUMÁRIO
LISTA DE ABREVIATURAS.................................................................. iv
LISTA DE FIGURAS ................................................................................. v
LISTA DE TABELAS ............................................................................... vi
LISTA DE EQUAÇÕES .......................................................................... vii
RESUMO .................................................................................................. viii
ABSTRACT ................................................................................................ ix
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................... 1
1.1. APRESENTAÇÃO DO TEMA .......................................................................... 1
1.2. OBJETIVOS ........................................................................................................ 2 1.2.1. Objetivo Geral ................................................................................................... 2 1.2.2. Objetivos Específicos......................................................................................... 2 1.3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................ 3 1.4. METODOLOGIA ................................................................................................ 3
1.5. ESTRUTURA DO TRABALHO ....................................................................... 4
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ......................................................... 5
2.1. GERAÇÃO DE LUZ ........................................................................................... 5 2.2. INCANDESCÊNCIA ........................................................................................... 5 2.3. LUMINESCÊNCIA ............................................................................................. 5 2.4. FLUORESCÊNCIA ............................................................................................. 5 2.5. ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DE CORES ........................................................ 5
2.6. TEMPERATURA DE COR CORRELATA (TC) ........................................... 6
2.7. FLUXO LUMINOSO ........................................................................................... 7 2.8. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO ............................................................... 7
2.9. EFICIÊNCIA LUMINOSA ................................................................................. 8
3. LÂMPADAS INCANDESCENTES ................................................... 10
3.1. VANTAGENS ..................................................................................................... 10 3.1.1. Índice de Reprodução de Cores (IRC) .......................................................... 10
3.1.2. Custo ................................................................................................................. 11 3.1.3. Fator de Potência ............................................................................................. 11 3.1.4. Modo de Uso..................................................................................................... 11 3.2. DESVANTAGENS ............................................................................................. 11 3.2.1. Eficiência .......................................................................................................... 12 3.2.2. Tempo de Vida útil .......................................................................................... 12 3.3 . QUALIDADE DA LÂMPADA .................................................................... 12
4. LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS .......................... 15 4.1 VANTAGENS ...................................................................................................... 15
iii
4.1.1. Eficiência .......................................................................................................... 16 4.1.2. Tempo de vida útil ........................................................................................... 16 4.2. DESVANTAGENS ............................................................................................. 17 4.2.1 Fator de Potência .............................................................................................. 17 4.2.2. Custo Inicial Alto ............................................................................................. 17 4.2.3. Utilização com Dimmer .................................................................................. 18 4.3. QUALIDADE DA LÂMPADA ......................................................................... 18
5. CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS INCANDESCENTES E FLUORESCENTES COMPACTAS ....................................................................... 20
5.1 CONDIÇÕES DE ENSAIO PARA A CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS .............................................................................................................. 21 5.2. ENSAIO PARA CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS INCANDESCENTES ................................................................................................ 24 5.3. ENSAIO PARA CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS FLUORESCENTESC COMPACTAS .................................................................... 28
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................... 32
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 33
iv
LISTA DE ABREVIATURAS
FLC Fluorescente Compacta IRC Índice de Reprodução de Cores K Kelvin Lm Lúmens nm Nanometros PF Fator de potência TC Temperatura de Cor TCC Trabalho de Conclusão de Curso USF Universidade São Francisco UV Ultravioleta
v
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Temperatura de cor correlata [5].........................................................................................6 Figura 2 – Espectro eletromagnético e espectro visível ao olho humano [8].......................................8 Figura 3 – Eficiência dos vários tipos de lapadas existentes no mercado nacional [4]........................9 Figura 4 – Lâmpada incandescente e seus componentes [10]............................................................10 Figura 5 - Lâmpada fluorescente compacta e seus componentes [6].................................................15 Figura 6 - Equipamentos utilizados para o procedimento e ensaio de fotometria das lâmpadas
incandescentes e fluorescentes...................................................................................................21 Figura 7 – Equipamentos utilizados para o teste: (a) Fonte estabilizada – modelo VPS 1050; (b) Wattímetro – modelo PF9811................................................................................................22 Figura 8 – Equipamentos utilizados para o teste: (a) Espectrofotocolorímetro – modelo PMS 50; (b) Sensores e cabos óticos..........................................................................................................22 Figura 9 – Esfera integradora utilizada para o teste: (a) Receptáculo pra encaixe das lâmpadas; (b) Sensores óticos para leitura dos dados...................................................................................23 Figura 10 - Software PMS-50(PLUS) V2.00.606 utilizado para a leitura do ensaio e procedimento
de fotometria das lâmpadas incandescentes...............................................................................24 Figura 11 - Espectro de cores e temperatura de cor de uma lâmpada incandescente de 40 Watts/220
Volts obtida através do ensaio de fotometria.............................................................................25 Figura 12 - Software PMS-50(PLUS) V2.00.606 utilizado para a leitura do ensaio e procedimento
de fotometria das lâmpadas fluorescentes compactas................................................................28 Figura 13 - Espectro de cores e temperatura de cor de uma lâmpada fluorescente compacta de 11
Watts/220Volts obtida através do ensaio de fotometria.............................................................29
vi
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Índice de reprodução de cores gerado por cada tipo de lâmpada.......................................6 Tabela 2. Fluxo luminoso padronizados para lâmpadas incandescentes de 110 Volts e 220 Volts
segundo o PROCEL..........................................................................................................14 Tabela 3. Fator de potência mínimo exigido para as LFC´s...............................................................17 Tabela 4. Valores mínimos de eficiência exigidos para as LFC´s.....................................................19 Tabela 5. Características elétricas de uma lâmpada incandescente de 40 Watts / 220 Volts
obtida através do ensaio de fotometria..............................................................................25 Tabela 6. Equivalência entre as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas a serem
submetidas ao ensaio de fotometria para obtenção de suas características elétrica..........26 Tabela 7. Características elétricas de lâmpadas incandescentes nas potências de 60 Watts/127 Volts,
100 Watts/127 Volts e 150 Watts/220 Volts obtidas através do ensaio de fotometria.........................................................................................................................26
Tabela 8. Características elétricas de uma lâmpada fluorescente compacta de 11 Watts/220
Volts obtida através do ensaio de fotometria....................................................................29 Tabela 9. Características elétricas de lâmpadas fluorescentes compactas nas potências de 15 Watts /
127 Volts, 20 Watts/127 Volts e 25 Watts/220 Volts obtidas através do ensaio de fotometria..........................................................................................................................30
Tabela 10. Comparativo das características elétricas das lâmpadas incandescentes e FLC´s após o
ensaio de fotometria...........................................................................................................31
vii
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 ............................................................................................................................................ 8
viii
RESUMO
W. Piva, Walter. ANÁLISE COMPARATIVA DA EFICIÊNCIA DE LÂMPADAS INCANDESCENTES E FLUORESCENTES COMPACTAS DE USO RESIDENCIAL. Campinas, 2009. Trabalho de Conclusão de Curso, Universidade São Francisco, Campinas, 2009. Este trabalho trata de uma análise comparativa entre dois tipos de lâmpadas comumente utilizadas em residências. As duas formas de iluminação artificial estudadas foram as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas. Assim foram expostos todos os aspectos positivos e negativos desses dois tipos de lâmpadas, e efetuados testes de fotometria, onde se obteve todas as características elétricas e fotométricas de alguns modelos de potências diferentes e equivalentes entre os tipos selecionados para a comparação. Através destes testes pode-se comprovar a eficácia e superioridade das fluorescentes compactas quanto a sua eficiência se respeitadas algumas regras de utilização e aquisição. Por fim apresentam-se as conclusões do estudo e dos ensaios efetuadas durante o desenvolvimento do trabalho. Palavras-chave: Eficiência, Lâmpadas Incandescentes, Lâmpadas Fluorescentes Compactas.
ix
ABSTRACT
This work is a comparative analysis between two kinds of lamps commonly used in residences. The two forms of artificial lighting studied were the incandescent lamps and the compact fluorescent lamps. This way were exposed all the positives and negatives aspects of both types of lamps, and performed photometry tests, where we got all the photometric and electrical characteristics of some different and equivalents models of power between types selected for comparison. Through these tests we can prove the efficacy and superiority of compact fluorescent as their efficiency if observed certain rules of use and acquisition. Finally we present the conclusions of the study and the tests performed during the work course. Keywords: Efficacy, Incandescent Lamps, Compact Fluorescent Lamp.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. APRESENTAÇÃO DO TEMA
A luz é um elemento importante e indispensável em nossas vidas. Por isso, é encarada de
forma familiar e natural, fazendo com que seja ignorada a real necessidade de conhecê-la e
compreendê-la no meio técnico. No campo da iluminação a qualidade da luz é decisiva, tanto no
que diz respeito ao desempenho de atividades, como na influência que exerce no estado emocional e
no bem-estar dos seres humanos. Conhecer a luz, as alternativas disponíveis e saber controlar a
quantidade e qualidade, são ferramentas preciosas e imprescindíveis para o projetista.
Dados históricos mostram que a humanidade vem fazendo uso da iluminação artificial á
séculos, tempos remotos através do fogo. Uma grande evolução nos sistemas de utilização somente
ocorreu depois que o homem dominou a eletricidade, colocando a prova sua criatividade e
desenvolvimento. Assim, baseando-se nos princípios da eletricidade, e experimentos antes
elaborados, porém sem aplicação prática realizável em residências, Thomas Edson desenvolveu a
lâmpada incandescente. Esta lâmpada produz luz através da passagem de corrente elétrica por um
filamento de tungstênio, tornando-o incandescente e assim gerando luz visível. Mas apenas 10%
dessa incandescência são convertidas em luz, o restante é desperdiçada na forma de calor.
Nos últimos tempos, a população em geral vem acompanhando a exaustão das reservas
naturais para a maior obtenção de energia elétrica, ocasionando problemas, em nível mundial, como
a crise do petróleo ocorrida na década de 70 e, em nível nacional, como a problemática relativa ao
“apagão” em 2001. “Tais problemas são frutos dos excessos tecnológicos juntamente com as altas
densidades demográficas das grandes cidades, que têm levado as sociedades modernas a uma
utilização desmedida dos recursos naturais, especialmente dos recursos energéticos” [1].
Entretanto, o processo de globalização e a instauração de uma economia altamente competitiva vêm
exigindo das empresas eficiência em todos os sentidos, seja nas suas atividades, seja no consumo de
energia elétrica. Sendo assim, a arquitetura contemporânea deve levar em consideração tanto a
questão do conforto ambiental interno quanto da eficiência energética, contribuindo,
conseqüentemente, para a melhoria da qualidade das edificações, bem como do meio ambiente.
2
“A eficiência energética pode ser entendida como a obtenção de um serviço com baixo
dispêndio de energia. Portanto, um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando
proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia” [2].
Em iluminação, a eficiência energética não está relacionada apenas com a redução do consumo
de energia, mas também com a obtenção de um sistema eficiente do ponto de vista quantitativo e
qualitativo, devendo incluir um bom projeto e equipamentos de qualidade empregados de uma
maneira efetiva.
Com o desenvolvimento e evolução dos tipos de iluminação artificial, surgiram novas
formas e maneiras mais eficazes para o uso cotidiano. Entre essas evoluções, as lâmpadas
fluorescentes compactas são as que se destacam no mercado atual para uso residencial, sendo esta o
foco do estudo comparativo em relação as incandescentes comumente utilizadas.
Assim nesse estudo serão citados as vantagens e desvantagens desses dois tipos de
lâmpadas, além de alguns pontos importantes e necessários a se compreender na hora da aquisição
das mesmas. E por isto tem–se a necessidade de se compreender alguns aspectos e definições
importantes sobre a iluminação.
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. Objetivo Geral
O objetivo geral do projeto é mostrar através de uma análise comparativa a relação custo
benefício da utilização e ou substituição de lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes
compactas, visando uma melhor eficiência energética e consequentemente uma redução no
consumo de energia elétrica residencial.
1.2.2. Objetivos Específicos
O objetivo específico será a obtenção de dados e características elétricas e fotométricas
obtidas através da realização de testes onde se poderão determinar os valores reais de corrente,
tensão, potência, fator de potência, fluxo luminoso, índice de reprodução de cores e eficiência de
cada um dos dois tipos de lâmpadas para uma observação mais precisa das vantagens e
3
desvantagens das mesmas, que devem influenciar muito na hora da escolha correta do tipo de
lâmpada a ser utilizada em determinada área de uma residência.
1.3. JUSTIFICATIVA
Atualmente, com o desenvolvimento de fontes de luz mais eficazes, a utilização das
lâmpadas incandescentes está sendo colocada a prova, principalmente através da viabilidade das
lâmpadas fluorescentes compactas, onde o fluxo luminoso é gerado pela passagem de corrente
através de um gás, ou de uma mistura de gases ou vapores, sem a existência de um filamento.
Assim, tendo como base principal essas duas formas de geração de luz, observa-se a
motivação para apresentação e desenvolvimento deste estudo, onde será feita uma análise
comparativa em relação ao custo benefício da implementação e ou substituição de um tipo de
lâmpada pelo outro, visando uma melhor eficiência energética e consequentemente uma redução no
consumo de energia elétrica.
1.4. METODOLOGIA
Para uma observação mais precisa das vantagens e desvantagens de cada tipo de lâmpada
em relação aos seus parâmetros elétricos e fotométricos, serão feitos testes específicos onde se
poderão determinar os valores reais de corrente, tensão, potência, fator de potência, fluxo luminoso,
índice de reprodução de cores e eficiência de cada um dos tipos, que devem influenciar muito na
hora da escolha correta do tipo de lâmpada a ser utilizada em determinada área de uma residência.
Essa caracterização será realizada através de equipamentos para tal aplicação, como fonte
estabilizada de corrente alternada, wattímetro, espectrofotocolorímetro e uma esfera integradora,
utilizando-se o procedimento de fotometria de algumas amostras.
Serão analisadas amostras de cada tipo de lâmpada em suas potências comumente mais
utilizadas.
Incandescentes: 40Watts, 60Watts, 100Watts e 150Watts.
Fluorescente Compacta: 11watts, 15 watts, 20 watts e 25 watts.
Através dos dados obtidos com o auxílio desses equipamentos poderá ter-se então a
caracterização elétrica e fotométrica das amostras, em conjunto com seu espectro de cores
correspondente, e assim fazer as comparações necessárias.
4
1.5. ESTRUTURA DO TRABALHO
O capítulo 1 abordará a parte introdutória do estudo, onde há uma descrição dos objetivos,
metodologia empregada e a justificativa para a realização do trabalho. O capítulo 2 trata de toda a
fundamentação teórica para a redação da monografia, onde se pode ter o esclarecimento de alguns
pontos e conceitos necessários para o entendimento do texto. Os capítulos 3 e 4 abordam o estudo
sobre as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas respectivamente, mostrando todos os
pontos positivos e negativos, além de aspectos importantes como o tempo de vida útil, eficiência e
qualidade de cada tipo de lâmpada. O capítulo 5 trata de toda a parte prática dos ensaios realizados
para a obtenção dos dados necessários para a comparação dos dois tipos de lâmpadas. O capítulo 6
mostra as conclusões obtidas através da análise dos dados e resultados dos ensaios, além de tratar os
pontos abordados durante o estudo.
[FIM DE SEÇÃO. Não remova esta quebra de seção]
5
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A revisão literária do trabalho abordará conceitos relativos aos estudos e informações
luminotécnicas necessárias para o entendimento dos aspectos qualitativos na comparação dos dois
tipos de iluminação.
2.1. GERAÇÃO DE LUZ
Historicamente, as fontes de luz têm sido divididas em dois grupos distintos: Incandescentes
e luminescentes. Fundamentalmente, a causa da emissão da luz é a mesma em ambos os casos, isto
é, transição eletrônica de um estado de energia para outro, diferindo apenas no modo de excitação.
2.2. INCANDESCÊNCIA
O fenômeno da incandescência, aplicado nesse caso as lâmpadas incandescentes, deve-se ao
fato de um determinado material ser submetido a um grande aumento de sua temperatura natural,
fazendo com que seja emitida certa quantidade de luz.
2.3. LUMINESCÊNCIA
“A radiação de fontes luminescentes resulta da excitação de um elétron de valência de um
átomo, ou em estado gasoso, onde cada átomo é livre de interferência dos átomos vizinhos” [3].
2.4. FLUORESCÊNCIA
Fluorescência é a capacidade de uma substância emitir luz quando exposta a radiações do tipo
ultravioleta (UV), raios catódicos ou raios X. As radiações absorvidas (invisíveis ao olho humano)
transformam-se em luz visivel, ou seja, com um comprimento de onda maior que o da radiação
incidente.
2.5. ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DE CORES
É a medida de correspondência entre a cor real de um objeto e sua aparência diante de uma
determinada fonte de luz. A luz artificial, como regra, deve permitir ao olho humano perceber as
cores corretamente ou o mais próximo possível da luz natural (luz do sol). Lâmpadas com IRC de
100% apresentam as cores com total fidelidade e precisão. Quanto mais baixo o índice, mais
deficiente é a reprodução de cores. Os índices variam conforme a natureza da luz e são indicados de
6
acordo com o uso de cada ambiente. Na tabela 1 tem-se o índice de reprodução de cores mais
comuns de cada tipo de lâmpada.
Lâmpada IRC
Incandescente 100
Halógena 100
Fluorescente Compacta 80 - 85
Vapor Metálico 70 - 90
Fluorescente Regular 72
Vapor de Mercúrio 45
Vapor de Sódio 20
Tabela 1. Índice de reprodução de cores gerado por cada tipo de lâmpada [4]
2.6. TEMPERATURA DE COR CORRELATA (TC)
È a grandeza que expressa a aparência de cor da luz, sendo sua unidade o Kelvin (K). As
fontes de luz podem emitir luz de aparência de cor entre “quente” e “fria”. As cores “quentes”
possuem uma aparência avermelhada ou amarelada e as cores “frias” são azuladas.
Figura 1 – Temperatura de cor correlata [5]
7
As lâmpadas incandescentes possuem temperatura de cor de aproximadamente 2700° Kelvin,
ou seja, passam a impressão de uma cor quente.
As cores quentes são empregadas quando se deseja uma atmosfera confortável, sociável, pessoal e
exclusiva (residências, bares, restaurantes, mostruários de mercadorias); As cores frias são usadas
quando a atmosfera deva ser formal, precisa, limpa (escritórios, recintos de fabricas). Seguindo esta
mesma linha de raciocínio, conclui-se que uma iluminação usando cores quentes realça os
vermelhos e seus derivados próximos.
Assim as cores podem ser classificadas de acordo com sua temperatura de cor, da seguinte
forma:
Quente < 3300 K
Neutra ≥ 3300 até 5000 K
Fria ≥ 5000 K
2.7. FLUXO LUMINOSO
“É a radiação total emitida em todas as direções por uma fonte luminosa ou fonte de luz que
pode produzir estímulo visual” [6]. Essas radiações emitem determinados comprimentos de ondas, e
estão compreendidos entre 380nm a 780 nm. Sua unidade é o Lúmen (lm).
2.8. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
É o grupo de radiações compreendidas entre os comprimentos de onda de 380nm e 780nm,
pois eles têm a capacidade de estimular a retina do olho humano, produzindo sensação luminosa. O
espectro eletromagnético visível está limitado em um dos extremos pelas radiações infravermelhas
(de maior comprimento de onda) e, no outro extremo, pelas radiações ultravioletas (de menor
comprimento de onda) de acordo com a figura 2. Assim, “a maior sensibilidade do olho humano,
como captor de sensações que são transmitidas ao cérebro, ocorre para o amarelo-esverdeado,
correspondendo ao comprimento de onda de 555 nm” [7].
8
Figura 2 – Espectro eletromagnético e espectro visível ao olho humano [8]
2.9. EFICIÊNCIA LUMINOSA
Pode-se dizer que a eficiência luminosa de uma fonte de luz é o quociente entre o fluxo
luminoso emitido em lumens, pela potência consumida em Watts. Esta grandeza retrata a
quantidade de luz que uma fonte luminosa pode produzir a partir da potência elétrica consumida.
Quanto maior o valor da eficiência luminosa de uma lâmpada, maior será a quantidade de luz
produzida com o mesmo consumo. Assim, a eficiência pode ser determinada com a seguinte
expressão:
E�iciência =�ú��
���� (Equação 1)
A eficiência luminosa depende do tipo de lâmpada, variando conforme o princípio de
funcionamento e modo construção. Assim nota-se na figura abaixo uma breve apresentação dos
tipos de lâmpadas e seus valores de eficiência mais encontrados.
9
Figura 3 – Eficiência dos vários tipos de lâmpadas existentes no mercado nacional [4]
Portanto através destas definições apresentadas neste capítulo, pode-se então serem feitas
análises mais detalhada dos dois tipos de lâmpadas a serem comparadas.
[FIM DE SEÇÃO. Não remova esta quebra de seção]
10
3. LÂMPADAS INCANDESCENTES
São constituídas basicamente por um filamento simples ou duplamente espiralado, que é
levado a incandescência pela passagem da corrente elétrica. A oxidação desse filamento é evitada
devido à presença de gás inerte ou vácuo dentro do bulbo que contém o filamento.
As lâmpadas com potência inferior a 40 Watts são geralmente do tipo a vácuo, nas lâmpadas
com potências superiores, o preenchimento é feito com uma mistura dos gases argônio e nitrogênio
(gases inertes que não se combinam o tungstênio do filamento, reduzindo a evaporação do
filamento e aumentando sua eficiência).
Figura 4 – Lâmpada incandescente e seus componentes [10]
“A lâmpada incandescente produz luz quando seu filamento é aquecido pela passagem de
corrente elétrica, devido ao efeito Joule: P=R.I ² “[5].
3.1. VANTAGENS
Apresentados os conceitos sobre o princípio de funcionamento das lâmpadas incandescentes,
pode-se então serem apresentadas algumas vantagens deste tipo de iluminação artificial, que
justificam seu amplo uso principalmente em residências.
3.1.1. Índice de Reprodução de Cores (IRC)
Possui IRC de 100%, ou seja, reproduz fielmente as cores dos objetos iluminados, não
interferindo na aparência da cor e percepção visual.
11
3.1.2. Custo
Este é sem dúvida o maior atrativo deste tipo de iluminação, pois se tratando de custo inicial
a grande maioria das pessoas observa esta como a questão dominante. O preço de uma lâmpada
incandescente é cerca de 8 vezes menor (dependendo da potência) se comparadas com as
fluorescentes compactas, tendo assim uma vantagem inicial de aquisição.
3.1.3. Fator de Potência
Elas têm o principio de funcionamento e construção simples, pois fazem uso de
componentes puramente resistivos, não influenciando assim no fator de potencia da rede elétrica.
Seu fator de potencia é 1, o que significa o melhor caso, não há implicações ou surgimento de
harmônicos na rede.
3.1.4. Modo de Uso
É indicada para locais onde o acendimento é curto e freqüente, como em áreas com sensor
de presença, locais de passagem e corredores. Possui acendimento imediato, não precisa de um
determinado tempo para que seu fluxo luminoso total seja atingido. Podem ser dimerizadas sem
nenhum problema, assim sua intensidade de luz pode ser ajustada através do controle da corrente
que circula pela lâmpada (através de um potenciômetro).
Acendimento e apagamento contínuo:
As incandescentes não são afetadas com um processo muito comum ocorrido em
residências, que é o acender e apagar da lâmpada em curtos intervalos de tempo, como por
exemplo, uma pessoa que está em um determinado local da casa, apaga a luz, vai ate outro cômodo
e rapidamente volta para o local anterior acendendo novamente a lâmpada. Por este tipo de lâmpada
não ter maior complexidade de construção, isto acaba não se tornando um problema, pois este
processo não afetará o desempenho e vida útil da mesma.
3.2. DESVANTAGENS
Apesar deste tipo de lâmpada possuir algumas vantagens atraentes para o mercado nacional,
por outro lado possui também desvantagens, que serão apresentadas a seguir e vão indicar como sua
vasta utilização pode ser interrompida devido a alguns fatores muito negativos como sua eficiência
e tempo de vida útil comparadas ao tipo concorrente atual.
12
3.2.1. Eficiência
As lâmpadas incandescentes possuem uma baixa eficiência, pois analisando seu consumo de
energia e sua produção de fluxo luminoso, nota-se que esta relação não é satisfatória. Ela produz
uma quantidade de luz relativamente baixa pela potencia elétrica que consome para este fim, isso
deve - se ao fato de que a grande parte da energia consumida é perdida através do calor gerado pela
incandescência do filamento interno. Cerca de somente 10% dessa energia consumida é
transformada em luz visível.
3.2.2. Tempo de Vida útil
As lâmpadas incandescentes têm em média 800 a 1000 horas de vida, ou seja, após esse
período tem se a necessidade da troca da mesma, implicando em um aumento da manutenção.
Comparadas com as fluorescentes compactas que possuem vida entre 3000 e 10000 horas, possuem
tempo de vida útil curta. Algumas precauções devem ser tomadas para que a lâmpada atinja esse
numero aproximado de horas de funcionamento, como por exemplo:
Vibração: Não deve ser instaladas em equipamentos propensos a vibrações ou choques
mecânicos, pois elas terão uma sensível redução da vida.
Umidade: As lâmpadas incandescentes devem ser instaladas em locais que possam prover
proteção a umidade, pois elas trabalham em alta temperatura, fazendo com que um choque térmico
possa trincar o bulbo da lâmpada.
Tensão: A intensidade de luz e a vida média da lâmpada incandescente estão diretamente
associadas à tensão elétrica aplicada a ela. Quanto maior a tensão, maior a quantidade de luz e
menor a vida média. Variações da tensão podem reduzir a vida média das lâmpadas.
3.3 . QUALIDADE DA LÂMPADA
As lâmpadas incandescentes utilizadas também devem ser de qualidade, já que a utilização
de lâmpadas de má qualidade acarreta em queima precoce, ou seja, sua vida útil é bastante reduzida,
não atingindo em determinados casos nem a metade das horas médias de vida declarada pelo
fabricante. O fluxo luminoso das lâmpadas com qualidade afetada é bastante reduzido, prejudicando
13
ainda mais o rendimento que normalmente já não é seu ponto positivo. Outro fator contribuinte para
a deterioração dessas lâmpadas precocemente, se justifica pelo processo de fabricação ruim, onde os
filamentos (comumente de tungstênio) são mal presos á lâmpada, ocasionando assim um rápido
rompimento, seja pelo simples fato da passagem de corrente elétrica devido a uma variação na rede
elétrica, quanto impactos ou vibrações leves no bulbo. Isso implica diretamente no aumento da
manutenção para troca e custo para substituição.
Abaixo tem-se uma tabela com os valores mínimos e máximos de fluxo luminoso para
lâmpadas incandescentes.
Lâmpada incandescente
equivalente (W)
Fluxo luminoso
127V (lm)
Fluxo luminoso
220V (lm)
15 104 ≤ F ≤ 159 110 ≤ F ≤ 161
20 160 ≤ F ≤ 213 162 ≤ F ≤ 219
25 214 ≤ F ≤ 302 220 ≤ F ≤ 278
30 303 ≤ F ≤ 479 279 ≤ F ≤ 414
40 480 ≤ F ≤ 641 415 ≤ F ≤ 549
50 642 ≤ F ≤ 803 550 ≤ F ≤ 714
60 804 ≤ F ≤ 946 715 ≤ F ≤ 825
70 947 ≤ F ≤ 1017 826 ≤ F ≤ 889
75 1018 ≤ F ≤ 1115 890 ≤ F ≤ 967
80 1116 ≤ F ≤ 1310 968 ≤ F ≤ 1151
90 1311 ≤ F ≤ 1506 1152 ≤ F ≤ 1349
100 1507 ≤ F ≤ 1671 1350 ≤ F ≤ 1506
110 1672 ≤ F ≤ 1835 1507 ≤ F ≤ 1667
120 1836 ≤ F ≤ 2000 1668 ≤ F ≤ 1832
130 2001 ≤ F ≤ 2164 1833 ≤ F ≤ 2001
140 2165 ≤ F ≤ 2329 2002 ≤ F ≤ 2179
150 2330 ≤ F ≤ 2517 2180 ≤ F ≤ 2351
160 2518 ≤ F ≤ 2707 2352 ≤ F ≤ 2532
14
170 2708 ≤ F ≤ 2895 2533 ≤ F ≤ 2717
180 2896 ≤ F ≤ 3084 2718 ≤ F ≤ 2906
190 3085 ≤ F ≤ 3273 2907 ≤ F ≤ 3089
200 F ≥ 3274 F ≥ 3090
Tabela 2- Fluxo luminoso padronizados para lâmpadas incandescentes de 110 Volts e 220 Volts segundo o
Procel [9]
Assim, citados todos os aspectos tanto positivos quanto negativos das lâmpadas
incandescentes, pode ser feito então um estudo sobre seu concorrente direto, as FLC´s (lâmpadas
fluorescentes compactas).
[FIM DE SEÇÃO. Não remova esta quebra de seção]
15
4. LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS
As lâmpadas fluorescentes compactas funcionam de modo semelhante as lâmpadas
flourescente tubulares, possuem um par de elétrodos em cada extremo. O tubo de vidro é coberto
com um material à base de fósforo, este, quando excitado com radiação ultravioleta gerada pela
ionização dos gases produz luz visível. Através da diferença de potencial entre os eletrodos, tem-se
o choque dos eletrons com o mercúrio inserido no tubo, gerando assim a luz ultravioleta.
Internamente são carregadas também com gases inertes a baixa pressão, as mais comuns utilizam o
argônio. Necessitam de reatores para seu funcionamento.
Figura 5 - Lâmpada fluorescente compacta e seus componentes [6].
4.1 VANTAGENS
Apresentados os conceitos sobre o princípio de funcionamento das lâmpadas fluorescentes
compactas, pode-se então serem apresentadas algumas vantagens deste tipo de iluminação, onde
será possível compreender seu grande crescimento no mercado atual e as justificativas de uso como
substituto das lâmpadas incandescentes em residências.
Eletrodos internos de partida
Bulbo revestido por uma camada de fósforo
Base
Reator integrado á base
Bulbo preenchido com mercúrio e gás inerte
16
4.1.1. Eficiência
As lâmpadas fluorescentes compactas possuem uma alta eficiência em relação às
incandescentes, ou seja, seu consumo de potência é menor e sua produção de fluxo luminoso maior.
Apesar de existirem outros tipos de lâmpadas mais eficientes que as compactas, como por exemplo,
as lâmpadas a Vapor Metálico e Vapor de Sódio, estas não são aplicáveis para uso interno de
residências, além de terem um custo relativamente alto pelo fato de utilizarem reatores e ignitores
externos, são lâmpadas com tubo de descarga, e assim não podem ser ligadas e desligadas em
questão de alguns segundos, necessitam de pelo menos 7 a 10 minutos (dependendo da potência)
para atingirem seu fluxo luminoso total.
Comparando-se os dois tipos de lâmpadas, nota-se através da figura 3 que as lâmpadas
fluorescentes compactas produzem muito mais lumens que as lâmpadas incandescentes com um
consumo muito menor de potência.
4.1.2. Tempo de vida útil
As lâmpadas fluorescentes compactas possuem entre 3000 e 10000 horas de vida, ou seja,
uma quantidade muito maior que as incandescentes, viabilizando seu custo inicial de aquisição. Mas
algumas precauções devem ser tomadas para que a lâmpada atinja esse número aproximado de
horas de funcionamento, como por exemplo:
Acender e apagar constantemente: As lâmpadas fluorescentes compactas não devem ser
utilizadas em ambientes, ou de maneira em que seja apagada e acendida várias ou seguidas vezes,
como em corredores e sensores de presença, pois isto causa um grande desgaste nos eletrodos
internos que fazem a partida da lâmpada, e isso faz com que a vida útil seja bastante reduzida.
Vibração: Não deve ser instaladas em equipamentos propensos a vibrações ou choques
mecânicos, pois elas terão uma sensível redução da vida.
Umidade: As lâmpadas fluorescentes devem ser instaladas em locais que possam prover proteção a umidade, pois seu reator interno pode sofrer danos por contem componentes eletrônicos.
17
4.2. DESVANTAGENS
Apesar deste tipo de lâmpada possuir vantagens que justificam e viabilizam sua aquisição
apesar de um custo inicial maior, por outro lado possui também suas desvantagens, que serão
apresentadas a seguir e vão indicar a importância da qualidade do produto adquirido, assim como
seu uso correto para manutenção de uma vida útil satisfatória.
4.2.1 Fator de Potência
Como este tipo de lâmpada não faz somente uso de componentes puramente resistivos,
possui circuitos eletrônicos no reator integrado a base que podem causar ruídos e distorções na rede
elétrica caso a construção do mesmo não seja de qualidade.
O fator de potência deverá ser maior ou igual a 0,5, com uma tolerância de 0,05 entre o valor
declarado e o valor medido. Caso a lâmpada contenha a indicação “Alto Fator de Potência”, este
deverá ser maior ou igual a 0,92 com a mesma tolerância de 0,05.
Para as lâmpadas fluorescentes compactas o fator de potência deve atender os valores
indicados abaixo.
POTÊNCIA DA LÂMPADA
(W)
FATOR DE POTÊNCIA
MÍNIMO
P < 60W 0,50
P ≥ 60W 0,92
Tabela 3 – Fator de potência mínimo exigido para as LFC´s. Fonte: PROCEL [9]
4.2.2. Custo Inicial Alto
Apesar do grande esforço dos fabricantes para uma diminuição do valor destas lâmpadas, o
custo inicial para aquisição ainda é relativamente alto. O valor pode ser 8 vezes maior (dependendo
da potência) se comparada com o custo de uma incandescente convencional.
Essa diferença no valor deve-se principalmente pelo fato de que a fabricação desta lâmpada
necessita de uma tecnologia mais complexa, equipamentos mais sofisticados, matéria prima
18
especial, além de fazer uso de materiais caros como fósforo e nocivos como o mercúrio, o que
aumenta o custo operacional devido às legislações de controle ambiental.
4.2.3. Utilização com Dimmer
Somente alguns tipos podem ser dimerizados, ou seja, as mais comuns não podem ser
utilizadas para tal aplicação devido ao seu circuito eletrônico. Os tipos que podem ser dimerizados
têm um custo ainda um pouco maior se comparadas com os modelos comuns não dimerizáveis.
4.3. QUALIDADE DA LÂMPADA
Este é um ponto decisivo para que a viabilidade da substituição das lâmpadas incandescentes
possa ser feita pelas lâmpadas fluorescentes compactas. As lâmpadas fluorescentes compactas têm
um preço bem maior que as concorrentes, sendo assim algumas empresas adotam a estratégia de
importarem produtos principalmente da China a preços bem abaixo da média para revenda. Porém
ai está o grande problema da aquisição desses produtos, apesar do valor inicial menor, essas
lâmpadas em sua grande maioria não são certificadas e aprovadas em todos os conceitos pelos
órgãos de certificações internacionais e assim não possuem todos os padrões de qualidade
necessários para seu rendimento satisfatório.
Algumas das implicações destas lâmpadas de má qualidade acarretam prejuízos a médio e
curto prazo, pois não possuem o tempo de vida especificado (normalmente entre 3000 e 10000
horas), essa queima precoce acaba por fazer com que o custo aparentemente menor no início seja
ilusório, ou seja, existe a necessidade de aquisição de uma nova lâmpada em curto período de
tempo.
Outro problema ainda mais grave, é o fato de que a grande maioria destas lâmpadas de má
qualidade possuem um baixo fator de potência, o que implica na geração de ruídos e harmônicos na
rede elétrica. Este problema não diz respeito somente ao proprietário da residência, mas também a
sociedade em geral que acarretará com os custos destas harmônicas na rede.
O fluxo luminoso das lâmpadas com qualidade afetada é bastante reduzido, prejudicando o
rendimento que deveria ser seu ponto mais positivo. Outro fator contribuinte para a deterioração
dessas lâmpadas precocemente, se justifica pelo processo de fabricação ruim, onde os requisitos de
tensão e potência das lâmpadas não permanecem estabelecidos com o tempo de uso. Isso implica
diretamente no aumento da manutenção para troca e custo para substituição.
19
As Lâmpadas compactas devem ter valores mínimos de eficiência para que seja viável sua
aquisição. Na Tabela abaixo estão apresentados os valores mínimos de eficiência aceitáveis
estipuladas pelo PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica.
POTÊNCIA DA LÂMPADA (W)
E CONFIGURAÇÃO PARA TENSÕES DE
127V E 220V
EFICIÊNCIA MÍNIMA
lúmens/ watt
Lâmpada sem invólucro
Potência da lâmpada ≤ 8W
8W < Potência da lâmpada ≤ 15W
15W < Potência da lâmpada ≤ 25W
Potência da lâmpada > 25W
53,0
60,0
65,0
67,0
Lâmpada com invólucro
Potência da lâmpada ≤ 8W
8W < Potência da lâmpada ≤ 15W
15W < Potência da lâmpada ≤ 25W
Potência da lâmpada > 25W
42,0
48,0
50,0
55,0
Tabela 4 – Valores mínimos de eficiência exigidos para as LFC´s. Fonte: PROCEL [9]
Existe ainda um fator ambiental importante, como estas lâmpadas possuem mercúrio (Hg)
em seu interior, tem se a necessidade de um controle da quantidade mínima e máxima inserida nas
mesmas. Uma quantidade abaixo do valor mínimo pré-estabelecido resultará diretamente na
diminuição da vida útil e da produção de lumens da lâmpada, isto ocorre normalmente pelo alto
valor de custo do mercúrio.
Uma quantidade acima do valor máximo pré-estabelecido acarretará no aumento da
quantidade de lumens, normalmente usa-se como alternativa para se corrigir defeitos na
manutenção da corrente ou potencia da lâmpada que não está adequada aos valores estipulados em
normas específicas. Esta quantidade maior de mercúrio também implica no impacto ambiental na
hora do descarte desta lâmpada, que deveria ser alojada em locais apropriados para a não
20
contaminação do meio ambiente. Assim como acontece com alguns outros produtos, há um esforço
conjunto do Governo e órgãos ambientais para que os fabricantes de lâmpadas também recebam os
detritos e as lâmpadas queimadas para destino correto.
5. CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS INCANDESCENTES E FLUORESCENTES COMPACTAS
A metodologia empregada para este estudo fará a utilização de equipamentos específicos
para a caracterização dos dados elétricos e fotométricos, sendo executado o procedimento de
fotometria das lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas mais utilizadas em residências.
Este método de testes visa a obtenção real dos valores de corrente, tensão, potência, fator de
potência, fluxo luminoso, índice de reprodução de cores e eficiência dessas lâmpadas.
Assim, podem ser comparadas essas duas formas de geração de luz, cada uma com suas
vantagens e desvantagens de implementação.
Serão utilizados os seguintes equipamentos para realização dos testes:
• Wattímetro – modelo PF9811 – fabricante Everfine ;
• Fonte de corrente alternada – modelo VPS 1050 – fabricante Everfine ;
• Espectrofotocolorímetro – modelo PMS 50 – fabricante Everfine ;
• Esfera integradora – modelo 2.0m – fabricante Everfine ;
• Software PMS-50(PLUS) V2.00.606 – fabricate Ever fine ;
Obtidos os valores reais do comportamento de cada tipo de lâmpada, será realizada uma
análise comparativa dos dados para uma melhor escolha de utilização em uma residência, visando a
redução do consumo de energia levando em consideração o custo benefício de cada tipo, além da
exposição das vantagens e desvantagens na hora da escolha do modelo correto para a iluminação de
um determinado ambiente levando em consideração a caracterização elétrica efetuada.
21
5.1 CONDIÇÕES DE ENSAIO PARA A CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS
Para uma análise comparativa precisa, as condições do teste devem ser as mesmas para
ambos os tipos de lâmpadas. Assim os ensaios foram realizados em um laboratório com temperatura
controlada, fornecendo um ambiente de 24° Celsius e tensão de alimentação de entrada dos
equipamentos estabilizada, o que garante seu perfeito funcionamento e uma margem segura para
que oscilações na rede elétrica não afetem os resultados finais. Todos os equipamentos utilizados
foram aferidos e calibrados para o teste, gerando confiabilidade nos resultados.
A figura 6 mostra a imagem de todos os equipamentos utilizados para o ensaio, sendo
apresentados individualmente e descritas suas funcionalidades para o estudo comparativo.
Figura 6 - Equipamentos utilizados para o procedimento e ensaio de fotometria das lâmpadas
incandescentes e fluorescentes.
22
Para manter a tensão e corrente estáveis durante o procedimento dos testes, foi necessário a
utilização de uma fonte estabilizada para tal fim, mostrada na figura 7 (a). Esta fonte alimenta o
painel de testes e os aparelhos nele inseridos, como o wattímetro na Figura 7 (b) e o
espectrofotocolorímetro (figura 8(a)).
Figura 7 – Equipamentos utilizados para o teste: (a) Fonte estabilizada – modelo VPS 1050; (b) Wattímetro – modelo PF9811
O espectrofotocolorímetro é o aparelho responsável pela leitura do espectro das lâmpadas,
bem como seu fluxo luminoso, temperatura de cor e IRC. Ele recebe esses dados através de cabos
óticos e sensores acoplados na esfera integradora, conforme a figura 8 (b)
Figura 8 – Equipamentos utilizados para o teste: (a) Espectrofotocolorímetro – modelo PMS 50;
(b) Sensores e cabos óticos
(a) (b)
(a) (b)
Espectrofotocolorímetro PMS 50 Cabo Ótico e Sensores
23
Estes cabos e sensores óticos estão acoplados também no interior da esfera integradora,
esfera esta que tem a função de manter todo o fluxo luminoso gerado pela lâmpada dentro da área
da esfera. Todas as suas partes internas são revestidas com uma tinta especial e própria que reflete
toda a luminosidade gerada para os sensores do espectrofotocolorímetro PMS 50, que capta e
transmite os dados da leitura ao software PMS-50(PLUS) V2.00.606. Assim, quando iniciado o
teste a esfera é mantida fechada para que a luz gerada pelas lâmpadas não seja desperdiçada, além
de proteger os sensores quanto a níveis de luz externos que podem acarretar erros na leitura. Assim
a figura 9 mostra em detalhe a esfera com seus sensores internos.
Figura 9 – Esfera integradora utilizada para o teste: (a) Receptáculo pra encaixe das lâmpadas; (b) Sensores óticos para leitura dos dados
Assim, após o encaixe das lâmpadas a esfera é fechada, seus parâmetros de testes são
ajustados de acordo com as exigências necessárias, a lâmpada é ligada e após seu tempo de
estabilização previsto em norma, através do software PMS-50(PLUS) V2.00.606 tem–se a leitura
dos valores de fluxo luminoso, temperatura de cor e IRC (através do espectrofotocolímetro PMS
50), além de suas características elétricas como corrente, tensão, potência e fator de potência
obtidas com o Wattímetro PF9811 inserido no painel de testes.
Sensores Óticos
Soquete para acendimento das lâmpadas
(a) (b)
24
5.2. ENSAIO PARA CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS INCANDESCENTES
Para a caracterização das lâmpadas incandescentes foram realizados testes de fotometria
utilizando–se os equipamentos descritos anteriormente.
Após a instalação da lâmpada na esfera integradora modelo 2.0m do fabricante Everfine, foi
necessário a utilização de um software específico acoplado a estes equipamentos para a leitura dos
valores obtidos pelos equipamentos.
Na figura 10 tem-se a tela do software com a leitura de uma lâmpada incandescente de 40
Watts / 220 Volts.
Figura 10 - Software PMS-50(PLUS) V2.00.606 utilizado para a leitura do ensaio e procedimento
de fotometria das lâmpadas incandescentes.
25
Através dos testes realizados, se pode notar algumas características singulares das lâmpadas
incandescentes, como seu espectro de distribuição de cores, observado na figura 10, além de valores
reais de corrente, tensão, potência, fator de potência, fluxo luminoso, índice de reprodução de cores
e eficiência descritos na tabela 5. Para comparação, foi testada uma lâmpada com potência de 40
Watts e tensão nominal de 220 Volts. A figura 11 mostra em destaque o espalhamento de cores
deste tipo de lâmpada no espectro, além da posição de seu valor representando a sua temperatura de
cor em graus Kelvin dentro do limite padrão.
Figura 11 - Espectro de cores e temperatura de cor de uma lâmpada incandescente de 40 Watts/220
Volts obtida através do ensaio de fotometria.
Observa-se que esse tipo de lâmpada caracteriza-se por uma distribuição de cor mais
concentrada no vermelho, com comprimento de onda maior, justificando assim seu aspecto e
impressão de cor mais “quente”, entre 2700 e 3300 Kelvin, o que garante um conforto visual, porém
uma concentração de cor na faixa de 650 e 800 nanometros, comprimento de onda estes menos
perceptíveis ao olho humano. Além do espectro de cores, foram encontrados valores reais durante a
operação da lâmpada, como fluxo luminoso, tensão, corrente, potência, fator de potência e
eficiência para a análise comparativa, conforme tabela abaixo:
TC Kelvin
(°K)
Fluxo
(lm)
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Potência
(W)
Fator de
Potência
Eff
(lm/W)
IRC
2678 412,5 220,2 0,1879 41,37 1.000 9,97 99,9
26
Tabela 5 - Características elétricas de uma lâmpada incandescente de 40 Watts/220 Volts obtida através do ensaio de fotometria.
Analisando-se os testes e informações descritas acima, constatam-se quanto às lâmpadas
incandescentes alguns aspectos positivos, como seu fator de potência PF=1.0, ou seja, seu
comportamento perante a rede elétrica não causa nenhum tipo de interferência ou surgimento de
harmônicas, fato este devido a sua construção simples gerando uma carga puramente resistiva. O
índice de reprodução de cores IRC = 99,9 se mostra ideal e muito satisfatório, temperatura de cor
agradável TC= 2678° Kelvin dentro do padrão estabelecido e range de tolerância de acordo com a
figura 11 e tabela 5.
Porém seus pontos negativos destacam-se fortemente, como mostrado na tabela 5 onde sua
eficiência foi de 9,97 lúmens/watt, com um consumo de 40 Watts de potência para a produção de
412,5 lúmens. Isso se deve principalmente ao seu princípio de funcionamento, onde grande parte da
energia consumida é desperdiçada em forma de calor. Para uma análise referente a potências mais
altas das lâmpadas incandescentes, foram analisadas lâmpadas de 60, 100 e 150 Watts, de acordo
com a tabela de equivalências abaixo:
Equivalência Incandescente Fluorescente Compacta Fabricante
40 Watts / 220 Volts 11 Watts / 220 Volts Sylvania 60 Watts / 127 Volts 15 Watts / 127 Volts Sylvania 100 Watts / 127 Volts 20 Watts / 127 Volts Sylvania 150 Watts / 220 Volts 25 Watts / 220 Volts Sylvania
Tabela 6 - Equivalência entre as lâmpadas incandescentes e fluorescentes compactas a serem submetidas ao
ensaio de fotometria para obtenção de suas características elétricas.
Assim, foram analisadas as lâmpadas incandescentes citadas na tabela 6, fazendo-se uso dos
mesmos equipamentos e procedimentos detalhados no teste da lâmpada de 40Watts/220Volts, onde
puderam ser encontrado os seguintes valores e características elétricas.
Pot. Nominal
(W)
TC
(°K)
Fluxo
(lm)
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Potência medida (W)
Fator de Pot.
Eff (lm/W)
IRC
60 x127v 2778 813,3 127,1 0,4974 63,31 1,0 12,85 99,9
100x127v 2772 1511 127,1 0,7929 100,7 1,0 15,00 99,9
150x220v 2785 2167 220,1 0,6840 150,8 1,0 14,37 99,9
27
Tabela 7 - Características elétricas de lâmpadas incandescentes nas potências de 60 Watts/127 Volts, 100
Watts/127 Volts e 150 Watts/220 Volts obtidas através do ensaio de fotometria.
Pode-se notar que todos os valores encontrados estão de acordo com as características deste
tipo de lâmpada apresentada anteriormente, destacando-se novamente seu fator de potência PF=1,0
e seu IRC de 99,9, porém a eficiência ainda não é considerada adequada se comparadas com as
fluorescentes compactas equivalentes.
O espectro de cores relativo a estas lâmpadas são muito semelhantes ao mostrados na figura 8, não havendo assim a necessidade de inseri-los novamente nos resultados finais.
28
5.3. ENSAIO PARA CARACTERIZAÇÃO DAS LÂMPADAS FLUORESCENTESC COMPACTAS
Para a caracterização das lâmpadas fluorescentes compactas foram realizados testes de
fotometria utilizando–se os mesmos equipamentos e condições que caracterizaram as lâmpadas
incandescentes. E assim como para as incandescentes foi utilizado o software PMS-50(PLUS)
V2.00.606 na leitura das lâmpadas fluorescentes compactas, tendo–se assim a figura abaixo como
exemplo da tela de testes.
Figura 12 - Software PMS-50(PLUS) V2.00.606 utilizado para a leitura do ensaio e procedimento
de fotometria das lâmpadas fluorescentes compactas.
A figura 13 mostra em destaque o espalhamento de cores deste tipo de lâmpada no espectro,
além da posição de seu valor representando a sua temperatura de cor em graus Kelvin dentro do
limite padrão. A efeito de comparação, foi analisada uma lâmpada compacta equivalente a uma
lâmpada incandescente dentro da disponibilidade do mesmo fabricante. A potência escolhida para o
29
teste foi a de 11 Watts operando a uma tensão de 220 Volts e temperatura de cor compatível de
2700 ° Kelvin declarada pelo fabricante. Assim tem-se o espectro de distribuição de cores de uma
fluorescente compacta:
Figura 13 - Espectro de cores e temperatura de cor de uma lâmpada fluorescente compacta de 11
Watts/220Volts obtida através do ensaio de fotometria.
Nota-se uma grande diferença no espalhamento do espectro de cores da lâmpada
fluorescente compacta, onde possui picos mais concentrados em determinadas faixas de
comprimento de onda, justificando também uma economia de energia necessária para distribuição
dos pontos no espectro. Quanto á sua caracterização elétrica, tem-se os seguintes valores:
Tabela 8 - Características elétricas de uma lâmpada fluorescente compacta de 11 Watts/220 Volts obtida
através do ensaio de fotometria.
Nas fluorescentes compactas observa-se que na potência de 11 Watts, sua temperatura de
cor obtida foi de 2783° Kelvin, muito similar a lâmpada incandescente, isso deve-se ao fato do
constante desenvolvimento de novos tipos de fósforos para a obtenção de uma determinada
tonalidade e aspecto de cor mais atraente ao consumidor. Apesar desta lâmpada ser de 11 Watts,
TC Kelvin
(°K)
Fluxo
(lm)
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Potência
(W)
Fator de
Potência
Eff
(lm/W)
IRC
2678 757,2 220,2 0,1667 11,64 0,564 65,05 80,5
30
seu fluxo luminoso foi de 757,2 lumens, e eficiência de 65,05 lumens/watt, bem maior que o da
lâmpada incandescente de 40 Watts equivalente.
Nota-se uma grande diferença em relação ao consumo de ambos os tipos, porém o IRC
obtido desta lâmpada compacta testada foi de 80,5 contra 99,9 da incandescente, e seu fator de
potência foi de 0,564 valor não muito satisfatório, podendo contribuir para o surgimento de
harmônicos e ruídos na rede elétrica caso venha a ser menor que 0,5.
Para uma análise referente a potências mais altas das lâmpadas incandescentes, foram
analisadas lâmpadas fluorescentes compactas nas potências de 15, 20 e 25 Watts, equivalentes as de
60, 100 e 150 Watts incandescentes respectivamente, todas do fabricante Sylvania, respeitando
também a equivalência apontada na tabela 6. Assim, tem se os resultados descritos na tabela abaixo:
Pot. Nominal
(W)
TC
(°K)
Fluxo
(lm)
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Potência medida (W)
Fator de Pot.
Eff (lm/W)
IRC
15 x127v 2784 1054,7 127,0 0,2003 14,31 0,562 73,70 81,9
20x127v 2831 1133,4 127,0 0,2522 18,88 0,589 60,03 81,0
25x220v 2639 1300,6 220,1 0,1938 24,41 0,572 53,28 82,5
Tabela 9 - Características elétricas de lâmpadas fluorescentes compactas nas potências de 15 Watts/127
Volts, 20 Watts/127 Volts e 25 Watts/220 Volts obtidas através do ensaio de fotometria.
Nas fluorescentes compactas analisadas, observa-se claramente sua superioridade em
relação á eficiência. O fator de potência está dentro do limite estabelecido pelas normas atuais, onde
o mínimo de 0,5 está sendo respeitado.
Os IRC´s encontrados nas amostras analisadas estão acima de 80, o que indica um bom
índice de reprodução de cores para utilização em residências. Sua temperatura de cor mostra-se
dentro dos padrões, entre 2700K e 3000K, assim contribui para o conforto visual e aspecto de um
ambiente mais quente exigidos pelos consumidores que são mais resistentes a substituição por
lâmpadas compactas com temperatura de cor mais fria.
31
Assim, tem-se a tabela abaixo apresentando um breve resumo dos testes executados com
ambos os tipos de lâmpadas, lembrando que todas são do mesmo fabricante.
Tipo Potência Nominal
Potência Medida
Fluxo lum.
P.F Eff. lm/w
IRC Tensão Corrente TC
Incan.
40 41,37 412,5 1,0 9,97 99,9 220,2 0,1879 2678 60 63,31 813,3 1,0 12,85 99,9 127,1 0,4974 2778 100 100,7 1511 1,0 15,00 99,9 127,1 0,7929 2772 150 150,8 2167 1,0 14,38 99,9 220,1 0,6840 2785
Fluor. Compa
ctas
11 11,64 757,2 0,564 65,05 80,5 220,2 0,1667 2678 15 14,31 1054,7 0,562 73,67 81,9 127,0 0,2003 2784 20 18,88 1133,4 0,589 60,03 81,0 127,0 0,2522 2831 25 24,41 1300,6 0,572 53,28 82,5 220,1 0,1938 2639
Tabela 10 – Comparativo das características elétricas das lâmpadas incandescentes e fluorescentes
compactas após o ensaio de fotometria.
Conclui-se através da tabela 10 que as lâmpadas fluorescentes compactas vão reduzir
significamente o consumo de energia elétrica, pois nota-se além da eficiência ser bem maior do que
as incandescentes, o consumo de corrente elétrica também é menor. Como citado durante os
ensaios, os valores encontrados de fator de potência estão dentro das exigências atuais, bem como
sua temperatura de cor e por fim seu IRC que está dentro de uma faixa considerada boa,
contribuindo para que não haja influências negativas na qualidade da iluminação residencial.
[FIM DE SEÇÃO. Não remova esta quebra de seção]
32
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Através deste estudo, pode-se obter algumas conclusões em relação ao tema abordado.
Notou-se claramente as vantagens das lâmpadas incandescentes amplamente utilizadas em
residências, onde seu IRC e fator de potência considerados ideais foram comprovados através dos
ensaios. O estudo ainda aponta suas desvantagens, onde a eficiência e o tempo de vida útil deste
tipo de lâmpada são muito baixos quando comparadas com as fluorescentes compactas.
Através dos ensaios realizados conclui-se quanto às compactas que sua eficiência é muito
satisfatória, ou seja, ela emite muito mais lúmens pela potência que consome comparando com as
incandescentes, fator este que gera uma grande economia de energia em residências. O IRC´s
encontrados foram satisfatórios, contribuindo assim para a qualidade da iluminação interna,
mantendo um equilíbrio entre qualidade e eficiência. Com os experimentos realizados, pode-se ter a
comprovação da importância da escolha de um determinado tipo de lâmpada visando uma
iluminação que tenha maior eficiência e que contribua para uma economia considerável de energia.
Conclui-se que a substituição das incandescentes pelas fluorescentes compactas é viável,
pois apesar do custo inicial ser relativamente alto, com o tempo de vida útil maior sendo mantido,
possui-se um custo benefício visível para sua aquisição, pois através dos resultados encontrados
fazendo-se uso dos ensaios de fotometria, as compactas contribuem muito para uma melhor
eficiência energética residencial, mas precisam ser adquiridas lâmpadas de qualidade, que tenham
seus valores dentro das normas estabelecidas pela Abilux (Associação Brasileira da Indústria de
iluminação) em conjunto com Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Normatização e
Qualidade Industrial) e PROCEL, não causando danos e prejuízos a rede elétrica residencial,
trazendo somente benefícios para a economia de energia.
[FIM DE SEÇÃO. Não remova esta quebra de seção]
33
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] LAMBERTS, Roberto, et.al. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: PW, 1997. 192p.
[2] CAVALIN, C. e CERVELIN, S. Instalações Elétricas Prediais, 12ª Edição, São Paulo: Editora
Érica, 2005.
[3] Manual Luminotécnico Prático Osram. Disponível em:
<http://br.osram.info/download_center/manual_luminotectico.htm> Acesso em 02/12/09.
[4] Disponível em:< http://www.sylvania.com.br/EconoEnergia.html> Acesso em 02/12/09.
[5] Disponível em:<http://www.venturelighting.com/TechCenter/Lamp-Color.html> Acesso em
02/12/09.
[6] SILVA. MAURI LUIZ DA. Luz, lâmpadas e iluminação, 3ª Edição, Rio de Janeiro: Editora
Ciência Moderna Ltda, 2004.
[7] MACINTYRE, J.A e NISKIER, J. Instalações Elétricas, 4ª Edição, Rio de Janeiro: Editora LTC,
2000.
[8] Disponível em: <http://somostodosum.ig.com.br/conteudo/Imagem/c30r64espectro.gif> Acesso
em 02/12/09
[9] Disponível em:< http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC001074.pdf>
Acesso em 02/12/19
[10] CREDER, Hélio. Instalações Elétricas, 14ª Edição, Rio de Janeiro: Editora LTC, 2002.
