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  • Foto do escritorEng. Nunziante Graziano Ph.D

Iluminação artificial de interiores e exteriores.




Preâmbulo Histórico


A evolução da humanidade baseia-se sempre na relação entre necessidade e conforto. Um dos principais usos de energia em residências e instalações, ainda que não seja o maior consumo, é a iluminação. Projetos arquitetônicos devem sempre privilegiar a iluminação natural, mas à noite, a iluminação artificial é absolutamente necessária. Ao longo da evolução da humanidade, o primeiro recurso utilizado foi o fogo para produzir calor e luz, queimando madeira e outros. As lamparinas antigas ou candeeiros tinham um pavio embebido em tipos de óleo combustível.



Foto de antigos candeeiros a óleo.


Até o século XVIII, não existia iluminação pública. Até este período, as mais diversas formas de iluminação eram usadas, com base em combustíveis naturais primários ou produzidos pelo homem, como fogueiras, velas feitas de sebo e de gordura de origem animal como óleo de baleia e outros. Já no século XIX, algumas cidades brasileiras receberam iluminação pública baseada nas lamparinas a óleo de baleia. 

Com a evolução da indústria do petróleo, o gás liquefeito de petróleo GLP passou a ser utilizado na iluminação. Em 1851, o Barão de Mauá iniciou o processo de iluminação pública utilizando lampiões a gás.

Em São Paulo, a partir de 1830 utilizou-se iluminação pública baseada em óleos. É necessário informar que funcionários realizavam o trabalho de acender e apagar todos os dias essas luminárias, o que deveria ser deveras demorado e dispendioso. A partir de 1854, São Paulo foi pioneira entre as cidades brasileiras na substituição das luminárias a óleo por lampiões a gás, que funcionaram até o início de 1936, quando definitivamente foram substituídos por iluminação elétrica. 

A cidade de Campos em 1883, no Estado Rio de Janeiro, foi pioneira na iluminação elétrica no País, por conta da usina termelétrica lá existente. A cidade do Rio de Janeiro teve iluminação elétrica pública a partir de 1904 e São Paulo somente em 1905. 

As primeiras lâmpadas elétricas funcionavam pelo arco voltaico. No fim do século XIX, Thomas Alva Edison obteve sucesso no desenvolvimento das lâmpadas incandescentes, que produzem luz a partir de um filamento que se aquece com a passagem de corrente elétrica. As lâmpadas de descarga funcionam pelo fenômeno da luminescência. Existem ainda as lâmpadas LED, que funcionam pela fotoluminescência, semelhante aos vaga-lumes.


Lâmpada Incandescente


As lâmpadas incandescentes são lâmpadas que funcionam com base na incandescência de um filamento, geralmente construído com tungsténio, que é o material adequado às temperaturas elevadas do interior das lâmpadas, onde o vácuo ou um gás nobre. Dependendo da sua construção, as lâmpadas incandescentes são classificadas como convencionais ou halogénas.

Para entender o princípio de funcionamento de uma lâmpada incandescente, é necessário entender como é construída. O interior do preenchido por vácuo ou um gás inerte. Neste meio existe um filamento que com a passagem de corrente elétrica este metal, os elétrons, sob a resistência elétrica do tungsténio, liberam energia em forma de luz e calor.

A conexão da lâmpada ao circuito elétrico se dá pela base, através de uma rosca ou baioneta, realizando a fixação mecânica da lâmpada ao suporte e conectando eletricamente ao circuito de iluminação. As lâmpadas utilizam um padrão de rosca tipo Edison (em homenagem a Thomas Edison, seu inventor), designada pela letra E associada ao diâmetro da mesma. Por exemplo, a rosca tipo E27 é o padrão mais usado no Brasil, mas também existe a E10 e a E40.

A ampola ou bulbo de uma lâmpada tipo globular comum tem formato de  pêra ou parabólico. Existem lâmpadas para diversas finalidades além da iluminação, quais sejam: infravermelhas, germicidas, para iluminação geral ou refletoras, etc.

Algumas características das lâmpadas incandescentes padrão, apenas para cultura geral: 

  • Temperatura do filamento normalmente é 2 000°C.

  • Vida útil de 1 000 horas.

  • Índice de restituição de cor geralmente 100.

  • Rendimento luminoso (lm/w): Baixo, cerca de 17 lm/W

  • Temperatura de cor: 2.700 K




Foto de lâmpada incandescente tradicional com filamento de tungstênio.


Desde 30 de junho de 2016, as lâmpadas incandescentes estão com sua venda proibida para potências de 41W ou superiores. A restrição foi estabelecida pela Portaria Interministerial 1.007/2010, com o objetivo de minimizar o desperdício no consumo de energia elétrica. Uma lâmpada fluorescente compacta economiza 75% em comparação a uma lâmpada incandescente de luminosidade equivalente. Se a opção for por uma lâmpada de LED, essa economia sobe para 85%. A troca das lâmpadas incandescentes no Brasil começou em 2012, com a proibição da venda de lâmpadas com mais de 150W. Em 2013, houve a eliminação das lâmpadas de potência entre 60W e 100W. Em 2014, foi a vez das lâmpadas de 40W a 60W. Em 2016, começou a ser proibida também a produção e importação de lâmpadas incandescentes de 25W a 40W.


Lâmpada Halogénas


As lâmpadas halogénas funcionam de maneira análoga às incandescentes convencionais. A diferença entre elas é que nas halogénas existem gases como iodo ou bromo no interior da ampola, que se combinam às partículas de tungstênio liberadas pelo filamento.



Foto de lâmpada halógena tradicional.


Uma das vantagens das lâmpadas halogénas é o tamanho, com diversas aplicações para iluminação decorativa, mas que a irradiação térmica emitida é bastante elevada. Alguns tipos de lâmpadas apresentam refletor espelhado, que reflete a radiação visível e absorve a radiação infravermelha, chamadas de Dicróica. Com os espelhos, reduz-se a cerca de 30% a radiação infravermelha, resultando numa forma de iluminação sem que se aqueça o ambiente como nas incandescentes normais.

Comparando as lâmpadas halógenas com  as lâmpadas convencionais, estas apresentam potências, rendimento luminoso e tempo de vida útil maiores, 


Lâmpadas de descarga em gás


Outro tipo de lâmpada utilizada largamente no Brasil são as lâmpadas de descarga. Seu princípio de funcionamento consiste na passagem de corrente elétrica em gases como mercúrio e argônio, através de tensões elevadas capazes de romper a rigidez dielétrica dos gases.

As lâmpadas de descargas são compostas por um tubo que tem em suas extremidades eletrodos que quando aquecidos emitem elétrons. Internamente a este vidro transparente existe uma mistura de gases inertes e vapores metálicos. Aplicando-se tensão entre os terminais, os elétrons emitidos pelo catodo, eletrodo negativo são disparados ao encontro do anodo, eletrodo positivo, e neste caminho conflitando com os átomos do gás metálico vaporizado. Este tipo de lâmpada requer um elemento dispositivo chamado de reator em série com o circuito de alimentação com impedância positiva com o objetivo de estabilizar a corrente despachada à lâmpada, pois se houver variação da tensão da fonte, a lâmpada comportar-se-ia como um curto-circuito. 


Lâmpadas fluorescentes


Muitos são os tipos de lâmpadas de descargas utilizadas atualmente. O mais comum e barato são as Lâmpadas fluorescentes.

As lâmpadas fluorescentes têm princípio de funcionamento semelhante aos das lâmpadas de gás néon. Os elétrons são lançados ao meio gasoso por uma descarga elétrica e sendo o tubo de vidro revestido internamente por material à base de fósforo, a radiação ultravioleta gerada pela ionização dos gases quando da descarga elétrica, o vapor de mercúrio que é o gás presente dentro do tubo produz então a luz visível.



Foto de lâmpada fluorescente tradicional.


Os reatores são acessórios necessários para o funcionamento das lâmpadas fluorescentes e são constituídos de bobinas enroladas em um núcleo de ferro, cujas funções são de criar a sobretensão necessária para a ignição da lâmpada e limitar a corrente do circuito.

Os reatores geralmente são simples ou duplos (para uma ou duas lâmpadas), e classificados como de alto ou baixo fator de potência.



Foto de reatores para lâmpadas fluorescentes tradicionais.



Lâmpadas de vapor de mercúrio


As lâmpadas a vapor de mercúrio, cujo funcionamento baseia-se em descarga elétrica através de meio gasoso, neste caso o vapor de mercúrio. 



Foto de lâmpada de vapor de mercúrio padrão.


Nesta lâmpada a ignição se dá através de uma bobina. O princípio de funcionamento é o arco elétrico entre um eletrodo principal e o eletrodo auxiliar num meio repleto de mercúrio que sob o arco vaporiza-se, propiciando um meio eletricamente favorável ao arco produzindo-se energia luminosa visível.

Como o mercúrio precisa vaporizar-se, o tempo de acendimento de uma lâmpada de vapor de mercúrio é de cerca de oito minutos, uma desvantagem em relação às fluorescentes.

As lâmpadas a vapor de mercúrio têm coloração branco-azulada e são largamente utilizadas na iluminação de ruas, jardins públicos, postos de gasolina, campos de futebol entre outros lugares. 


Lâmpadas de vapor de sódio


Outra lâmpada do tipo descarga muito utilizada são as lâmpadas a vapor de sódio, que também utilizam o princípio da descarga através do vapor de sódio. 

Foto de lâmpada de vapor de sódio padrão.


Semelhante em funcionamento às lâmpadas de vapor de mercúrio, as lâmpadas de vapor de sódio são as mais usadas em rodovias, aeroportos, marinas, e outros espaços públicos onde a acuidade visual seja muito importante, mas onde não distinguir cores com perfeição não seja tão importante.

Uma característica marcante das lâmpadas de vapor de sódio é que a luz produzida por elas tem cor alaranjada, razão pela qual seu índice de restituição de cores é muito baixo.


Foto de rua iluminada por lâmpadas de vapor de sódio, com característica da cor alaranjada evidente.


Lâmpada Mista


Um outro tipo muito comum são as Lâmpadas mistas. Estas lâmpadas têm internamente uma lâmpada incandescente e outra de vapor de mercúrio, são compostas por tubo de descarga em mercúrio vaporizado mas ligado em série com um filamento de tungstênio. Este filamento tem como objetivo limitar a corrente na lâmpada, mas também como fonte de luz.

Foto de lâmpada mista padrão.


As lâmpadas mistas possuem vantagens em relação às lâmpadas de vapor de mercúrio comum, pois não necessitam de reator e podem substituir as lâmpadas incandescentes diretamente sem adaptação, diretamente nos bocais E27 ou E40.


A utilização das lâmpadas mistas é concorrente às lâmpadas a vapor de mercúrio, ou seja, iluminação pública, jardins, galpões, ginásios, postos de combustíveis, campos de futebol, etc...

Para entender melhor a lâmpada mista, o seu funcionamento consiste na energização do filamento incandescente e, com o passar do tempo, o mercúrio é vaporizado, desencadeando o processo no vapor de mercúrio. A luz possui uma coloração branco-azulada, agradável a visão e de ampla aplicação em espaços exteriores.


Projetos Luminotécnicos


Para elaborar um projeto luminotécnico é necessário o usar metodologias para calcular o número de luminárias e os tipos de lâmpadas e refletores adequados ao ambiente, para que se ilumine-o corretamente. Os métodos mais conhecidos são: Método dos lúmens e Método ponto a ponto.

O método dos lúmens é o mais popular e baseia-se na quantidade total de fluxo luminoso necessário para o ambiente sob análise, que deve referenciar-se ao tipo de atividade exercida neste ambiente, na refletância das faces do ambiente (teto, paredes e piso) e nos aparelhos de iluminação (luminárias, lâmpadas e equipamentos) utilizados. Para efeito de cálculo, o método adota como premissa que o ambiente é retangular, as superfícies tem reflexão difusa, apenas um tipo de luminária é avaliado por cálculo e determina a distribuição da iluminação como uniforme.

O método ponto a ponto, conhecido adicionalmente como o “método das intensidades luminosas”, é adequado para as situações em que as dimensões da luminária são insignificantes quando comparadas com a distância ao plano de trabalho que se deseja iluminar. Utiliza-se habitualmente o método ponto a ponto para iluminação pontual, e usualmente os equipamentos utilizam lâmpadas com foco direcional. Ao utilizar este método, pode-se determinar a iluminância em todos os pontos das superfícies, utilizando-se trigonometria e considera-se todas as fontes luminosas presentes neste ambiente. 


Método dos lúmens


O método dos lúmens é simples e através dele obtém-se um resultado numérico único da iluminância necessária ao ambiente, para que se atenda às necessidades do ambiente e com base nos equipamentos especificados até então. Premissas necessárias para a realização dos cálculos:

• Características construtivas da instalação – dimensão do ambiente e sua classificação de uso, para que se obtenha o nível de iluminância mínima exigida conforme a norma ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013.

• Refletância das faces – cobertura, laterais, piso.

• Hábitos de manutenção e características de limpeza – De modo a mensurar o fator de perdas luminosas.


O Índice do local (K) exprime a interrelação entre as dimensões do local. Define-se pelas seguintes equações:


Método dos lúmens - Iluminação Direta:

K=c ×lh x (c+l)


Método dos lúmens - Iluminação Indireta:


Ki=3 × c ×l2 x h x (c+l)

Onde: 

c = comprimento (m)

l = largura (m)

h = altura (m)

h = distância do teto ao plano de trabalho (m)

pd = pé-direito (m)

hs = altura de suspensão da luminária

ht = altura do plano de trabalho


Figura 1 – Cotas para definição do índice do local (K)


A escolha dos aparelhos precisa considerar os dados fotométricos das luminárias, a performance das lâmpadas escolhidas e os dados elétricos dos acessórios. Os principais dados que devem ser avaliados são:


  • Luminárias – curva de distribuição de intensidade luminosa, rendimento, controle de ofuscamento;

  • Lâmpadas – eficiência luminosa (lm/W), fluxo luminoso, vida útil, depreciação luminosa;

  • Acessórios – Energia consumida, fator de potência, fator de fluxo luminoso, distorção harmônica.


Recomenda-se o uso de equipamentos cuja eficiência elétrica e luminosa seja a maior possível, em conformidade com a atividade prevista para o local iluminado, visto que a eficiência energética e luminosa se converterá, ao longo do ciclo de vida dos aparelhos, em economia ao usuário.


Fator de Utilização (U) – Obtém-se nas tabelas que os fabricantes fornecem em seus catálogos técnicos e informa o desempenho da luminária para o ambiente considerado no cálculo. Obtém-se o Fator de Utilização cruzando o Índice do Local (K) calculado com a refletância das faces do ambiente.

As tabelas são únicas para cada luminária e obtidas através de ensaios, pois são resultado do conjunto obtido pelo material utilizado na fabricação do aparelho e na performance fotométrica do mesmo.


Fator de manutenção: A performance do conjunto luminária/lâmpada/acessórios reduz-se progressivamente ao longo do ciclo de vida por conta do acúmulo de sujeira sobre as lâmpadas e luminárias, envelhecimento da luminária, decaimento do fluxo luminoso da lâmpada e da perda de refletância das faces.

Para dimensionar um sistema de iluminação é necessário adotar o fator de manutenção (FM) por conta do tipo de ambiente e das atividades a serem desenvolvidas, tipo de luminária e lâmpadas utilizados e sobretudo, pela frequência da manutenção destes equipamentos.

A Tabela a seguir apresenta valores sugeridos para fator de manutenção com base no programa de manutenção e das características da atividade exercida.


É possível manter níveis elevados de fator de manutenção executando-se serviços de limpeza da lâmpada, da luminária e programação de troca das lâmpadas regularmente, dentro de cálculos de custo x retorno do investimento nessas substituições. 


Obtém-se a quantidade de luminárias adequada ao ambiente sob análise através da equação a seguir:

N =Emed ×An× φn×U×FM×FFL


Onde: 

N: número necessário de luminárias

Emed: iluminância média (lux)

A: área do ambiente a ser iluminado (m²)

n: número de lâmpadas por luminária

φn : fluxo luminoso da lâmpada (lm)

U: fator de utilização

FM: fator de manutenção

FFL: fator de fluxo luminoso do reator


Distribuição das luminárias – Realizado o cálculo acima, temos portanto a quantidade necessária de luminárias para as condições estabelecidas para o projeto, devemos então partir para a definição da distribuição das mesmas, conforme preceitos abaixo:

  • Distribuição deve ser o mais uniforme possível por todo o ambiente; 

  • Distâncias entre luminárias sejam o mais simétrico possível e que esta seja o dobro da distância entre elas e as paredes laterais;


Método do ponto a ponto


Quando a distância entre a luminária e o objeto que se deseja iluminar, no mínimo, 5 vezes as dimensões da luminária, deve-se utilizar o método do cálculo da iluminância ponto a ponto.

Deve-se utilizar as equações a seguir:


Premissas aplicáveis ao cálculo utilizando-se o método ponto a ponto.


E = ld2  , quando a luz incidir perpendicularmente sobre o plano a ser iluminado.


E=lα×cos3h2 , Quando a luz não incidir perpendicularmente sobre o plano a ser iluminado.


Onde: 

I = intensidade luminosa (cd)

E = iluminância no ponto (lux)

d = distância entre a luminária e o plano

∝ = ângulo de abertura do facho

h = distância vertical da luminária ao plano

I∝ = intensidade luminosa no ângulo ∝ (cd)


A iluminância (E) sobre um ponto é resultado da soma de todas as iluminâncias incidentes. 

Para o método do ponto a ponto não se considera as refletâncias das faces (teto, paredes e piso).


©Todos os direitos reservados a Cordeiro Cabos Elétricos S/A (Programa Energy Master)



Bibliografia


ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013  - Iluminação de ambientes de trabalho - Parte 1: Interior; ABNT/CB-003 Eletricidade de 21/03/2013.


Revista O SETOR ELÉTRICO, 74ª edição – Fascículo Sistemas de iluminação, capítulo III, autor: KAWASAKI, Juliana Iwashita, Edição 74 – Março de 2012


HÉMERY, Daniel; BEBIER, Jean Claude; DELÉAGE, Jean-Paul. Uma História da Energia. Brasília: Editora Universidade de Brasília. 1993.


GUIMARÃES, Orliney Maciel; KUWABARA, Izaura Hiroko. Calorias: a energia contida nos alimentos. UFPR – Universidade Federal do Paraná, 2011. Departamento de Quíca. Disponível em: <http://www.quimica.ufpr.br/ eduquim/pdf/experimento8.pdf>. Acesso em: 16 fev. 2011.


FARIAS, Leonel Marques; SELLITTO, Miguel Afonso. Uso da energia ao longo da história: evolução e perspectivas futuras. Revista Liberato, Novo Hamburgo, v. 12, n. 17, p. 01-106, jan./jun. 2011


TESSMER, Hélio. Uma síntese histórica da evolução do consumo de energia pelo homem. Novo Hamburgo, 2002. Disponível em: <http://www. liberato.com.br/upload/arquivos/0131010716090416. pdf>. Acesso em 16 fev. 2011.


HÉMERY, Daniel; BEBIER, Jean Claude; DELÉAGE, Jean-Paul. Uma História da Energia. Brasília: Editora Universidade de Brasília. 1993.


TERCIOTE, Ricardo. Eficiência energética de um sistema eólico isolado. UNICAMP, Campinas: 2002. Disponível em:<http:// www.feagri.unicamp.br/energia/agre2002/ pdf/0100.pdf>. Acesso em: 20 fev. 2011.


DUTRA, Ricardo Marques. Viabilidade técnico-econômica da energia eólica face ao novo marco regulatório do setor elétrico brasileiro. Rio de Janeiro, 2001. Disponível em: <http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/teses_mestrado/200102_dutra_r_m_ms.pdf>. Acesso em: 20 fev. 2011.


AMARAL, Danilo. História da Mecânica - O motor a vapor. UFPB, 2010. Disponível em:<http://www.demec.ufmg.br/port/d_online/diario/Ema078/historia%20do%20motor%20 a%20vapor.pdf>. Acesso em: 22 fev. 2011. CGEE – Centro de Gestão e Estudos Energéticos.


Website TODA MATERIA :<http:// https://www.todamateria.com.br/tipos-de-energia/>. Acesso em: 01 maio. 2018.


Website Wikipedia :<https://pt.wikipedia.org/wiki/>. Acesso em: 26 maio. 2018.


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