Aula 5

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Instalações Elétricas
Luminotécnica

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Luminotécnica
• Luminotécnica (ou também Luminotecnia) é o estudo da
aplicação de iluminação artificial tanto em espaços
interiores como exteriores.

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• A cor é uma percepção visual provocada pela ação de um feixe de
fótons sobre células especializadas da retina, que transmitem
através de informação pré-processada no nervo óptico, impressões
para o sistema nervoso.
• A cor de um material é determinada pelas médias de frequência
dos pacotes de onda que as suas moléculas constituintes refletem.
• Um objeto terá determinada cor se não absorver justamente
os raios correspondentes à freqüência daquela cor.
• Assim, um objeto é vermelho se absorve preferencialmente as
frequências fora do vermelho.

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• A cor é relacionada com os diferentes comprimento de onda do
espectro eletromagnético. São percebidas pelas pessoas, em faixa
específica (zona do visível).
Cores do espectro visível
Cor Comprimento de onda Freqüência
vermelho ~ 625-740 nm ~ 480-405 THz
laranja ~ 590-625 nm ~ 510-480 THz
amarelo ~ 565-590 nm ~ 530-510 THz
verde ~ 500-565 nm ~ 600-530 THz
ciano ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz
azul ~ 440-485 nm ~ 680-620 THz
violeta ~ 380-440 nm ~ 790-680 THz
Espectro Contínuo

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• Radiação eletromagnética capaz de produzir uma
sensação visual.

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• FLUXO LUMINOSO ( F ): é a potência de radiação total emitida por uma
fonte de luz, ou é a potência de energia luminosa de uma fonte percebida
pelo olho humano.
• As lâmpadas conforme seu tipo e potência apresentam fluxos luminosos
diversos:
- lâmpada incandescente de 100 W: 1000 lm;
- lâmpada fluorescente de 40 W: 1700 a 3250 lm;
- lâmpada vapor de mercúrio 250W: 12.700 lm;
- lâmpada multi-vapor metálico de 250W: 17.000lm

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EFICIÊNCIA LUMINOSA: é a relação entre o fluxo luminoso
emitido por uma lâmpada e a potência elétrica desta lâmpada.
- lâmpada incandescente de 100W: 10 lm/W
- lâmpada fluorescente de 40 W: 42,5 lm/W a 81,5 lm/W
- lâmpada vapor de mercúrio de 250W: 50lm/W
- lâmpada multi-vapor metálico de 250W: 68 lm/W.

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• INTENSIDADE LUMINOSA: ( I ): é a potência da radiação luminosa
numa dada direção.
• A intensidade luminosa é a grandeza de base do sistema internacional
para iluminação, e a unidade é a candela (cd).

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• TEMPERATURA DE COR (K)
• No instante que um ferreiro coloca uma peça de ferro no fogo, esta
peça passa a comportar-se segundo a lei de Planck e vai adquirindo
diferentes colorações na medida que sua temperatura aumenta.Na
temperatura ambiente sua cor é escura,tal qual o ferro, mas será
vermelha a 800 K, amarelada em 3.000 K, branca azulada em 5.000K.
• Aceita-se que cores quentes vão até 3.000K, as cores neutras situam-se
entre 3.000 e 4.000K e as cores frias acima deste último valor.

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• As cores quentes são empregadas quando se deseja uma atmosfera
íntima,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
fábricas). Seguindo esta mesma linha de raciocínio, conclui-se que
uma iluminação usando cores quentes realça os vermelhos e seus
derivados; ao passo que as cores frias, os azuis e seus derivados
próximos. As cores neutras ficam entre as duas e são, Em geral,
empregadas em ambientes comerciais.

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• Normalmente especifica-se a “vida média” válida para um lote de
lâmpadas,funcionando em períodos contínuos de 3 h, quando 50% do
lote está “morto”.Considera-se “morta” a lâmpada que não mais se
acende.
• Comparadas com as lâmpadas incandescentes, as lâmpadas de
descarga têm vida média muito mais longa.

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• ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DE COR – IRC é baseado em uma
tentativa de mensurar a percepção da cor avaliada pelo cérebro. O
IRC é o valor percentual médio relativo à sensação de reprodução
de cor, baseado em uma série de cores padrões. Para indicar de
forma consistente as propriedades de reprodução de cor de uma
fonte de luz, idealizou-se um índice de reprodução de cores
padrões (no caso 8) sob diferentes iluminantes.

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ILUMINÂNCIA OU ILUMINAMENTO (E): é a relação entre o fluxo
luminoso incidente numa superfície e a superfície sobre a qual este
incide; ou seja é a densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a
qual este incide.
A unidade é o LUX, definido como o iluminamento de uma superfície de 1
m2 recebendo de uma fonte puntiforme a 1m de distância, na direção
normal, um fluxo luminoso de 1 lúmen, uniformemente distribuído.
EXEMPLOS DE ILUMINÂNCIA
• Dia ensolarado de verão em local aberto » 100.000 lux
• Dia encoberto de verão » 20.000 lux
• Dia escuro de inverno » 3.000 lux
• Boa iluminação de rua » 20 a 40 lux
• Noite de lua cheia » 0,25 lux
• Luz de estrelas » 0,01 lux.

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• LUMINÂNCIA: é um dos conceitos mais abstratos que a
luminotécnica apresenta. É através da luminância que o homem
enxerga.
• Por definição luminância é a razão da intensidade luminosa
( dI ), incidente num elemento de superfície que contém o ponto dado,
para a área dA aparente vista pelo observador, quando esta área tende
a zero.
• É a diferença entre zonas claras e escuras que permite que se aprecie
uma escultura; que se aprecie um dia de sol. As partes sombreadas são
aquelas que apresentam a menor luminância em oposição às outras
mais iluminadas.

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Lâmpadas
• As lâmpadas comerciais utilizadas para iluminação são caracterizadas pela
potência elétrica absorvida (W), fluxo luminoso produzido (lm), temperatura
de cor (K) e índice de reprodução de cor. Em geral as lâmpadas são
classificadas, de acordo com o seu mecanismo básico de produção de luz. As
com filamento convencional ou halógenas produzem luz pela incandescência,
assim como o sol. As de descarga aproveitam a luminescência, assim como os
relâmpagos e as descargas atmosféricas. E os diodos utilizam a
fotoluminescência, assim como os vaga-lumes.
• Existem ainda as lâmpadas mistas, que combinam incandescência e
luminescência, e as fluorescentes, cuja característica é o aproveitamento da
luminescência e da fotoluminescência.
• Os aspectos eficiência luminosa e vida útil são os que mais contribuem para a
eficiência energética de um sistema de iluminação artificial e devem, portanto,
merecer grande atenção, seja na elaboração de projetos e reformas, seja na
implantação de programas de conservação e uso eficiente de energia.

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Lâmpadas
• Incandescentes Convencionais:
– A lâmpada funciona através da passagem de corrente elétrica pelo
filamento de tungstênio que, com o aquecimento (efeito joule), gera luz.
Este filamento é sustentado por três ou quatro suportes de molibdênio no
interior de um bulbo de vidro alcalino (suporta temperaturas de até 370
°C) ou de vidro duro (suporta temperaturas de até 470 °C), Sua oxidação é
evitada pela presença de gás inerte (nitrogênio ou argônio a pressão de 0,8
atm) ou vácuo dentro do bulbo que contém o filamento. O bulbo apresenta
diversos formatos, sendo a forma de pêra a mais comum, podendo ser
transparente ou com revestimento interno de fósforo neutro difusor.

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Lâmpadas
• Incandescentes Convencionais:

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Lâmpadas
• Incandescentes Halógenas:
– As lâmpadas halógenas têm o mesmo princípio de funcionamento das
lâmpadas incandescentes convencionais, porém foram incrementadas com
a introdução de gases halógenos (iodo ou bromo) que, dentro do bulbo se
combinam com as partículas de tungstênio desprendidas do filamento.
Esta combinação, somada à corrente térmica dentro da lâmpada, faz com
que as partículas se depositem de volta no filamento, criando assim o
ciclo regenerativo do halogênio. Porem, este ciclo halógeno só se torna
eficaz para temperaturas de filamento elevadas (3200 K) e para uma
temperatura da parede do bulbo externo acima de 250 °C.

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Lâmpadas
• Incandescentes Halógenas:
– O resultado é uma lâmpada com vantagens adicionais, comparada
às incandescentes tradicionais:
• Luz mais branca, brilhante e uniforme durante toda a vida;
• Maior eficiência energética (15 lm/W a 25 lm/W);
• Vida útil mais longa, variando de 2000 a 4000 horas;
• Dimensões menores, da ordem de 10 a 100 vezes.
– As temperaturas elevadas no filamento só são atingidas com a
circulação de um nível mínimo de corrente. Por esta razão,
lâmpadas com potências inferiores a 50 W são alimentadas em
baixa tensão, geralmente 12 V ou 24 V.

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Lâmpadas
• Incandescentes Halógenas:

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Lâmpadas
• Incandescentes Halógenas:
– Refletores Dicróicos
• A redução de volume torna as lâmpadas halógenas adequadas para
iluminação direcionada ("spot light"), bastante usada para iluminação
decorativa, porém a irradiação térmica emitida é bastante elevada. Por
esta razão, certos tipos de lâmpadas são providos de um refletor
espelhado especial, chamado dicróico, que reflete a radiação visível e
absorve a radiação infravermelha.
• Com este tipo de espelho, consegue-se uma redução da ordem de 70%
na radiação infravermelha, resultando um feixe de luz emergente
"frio" ("cold light beam"), ou seja, que não aquece o ambiente.

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Lâmpadas
• Incandescentes Halógenas:
– Refletores Dicróicos

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Lâmpadas
• Descarga
– Nas lâmpadas de descarga utilizadas em iluminação, a luz é
produzida pela radiação emitida pela descarga elétrica através de
uma mistura gasosa composta de gases inertes e vapores metálicos.
– A mistura gasosa encontra-se confinada em um invólucro
translúcido (tubo de descarga) em cujas extremidades encontram-se
inseridos eletrodos (hastes metálicas ou filamentos) que formam a
interface entre a descarga e o circuito elétrico de alimentação. A
corrente elétrica através da descarga é formada majoritariamente
por elétrons emitidos pelo eletrodo negativo (catodo) que são
acelerados por uma diferença de potencial externa em direção ao
eletrodo positivo (anodo) gerando colisões com os átomos do vapor
metálico.

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Lâmpadas
• Descarga
– Ao contrário da lâmpada incandescente, na qual o filamento
metálico é um condutor elétrico, na lâmpada a descarga o
composto metálico responsável pela emissão de radiação encontra-
se em estado sólido ou líquido na temperatura ambiente e o gás
inerte no interior do tubo (conhecido como gás de enchimento ou
“filling gas”) é isolante.
– Portanto, inicialmente é necessário um processo de ignição para o
rompimento da rigidez dielétrica da coluna gasosa. O calor gerado
pela descarga através do gás inerte nos instantes iniciais após a
partida da lâmpada vaporiza o composto metálico.

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Lâmpadas
• Descarga de baixa pressão
– Fluorescente
• Desenvolvida na década de 1940 e conhecida comercialmente como
lâmpada tubular fluorescente em função da geometria do seu tubo de
descarga, este tipo de lâmpada encontra aplicações em praticamente
todos os campos de iluminação. O tubo de descarga, de vidro
transparente, é revestido internamente com uma camada de pó
branco, genericamente conhecido como "fósforo".
• O "fósforo" atua como um conversor de radiação, ou seja, absorve um
comprimento de onda específico de radiação ultravioleta, produzida
por uma descarga de vapor de mercúrio a baixa pressão, para emitir
luz visível.

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Lâmpadas
• Descarga de baixa pressão
– Fluorescente

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Lâmpadas
• Descarga de baixa pressão
– Fluorescente

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Lâmpadas
• Descarga de baixa pressão
– Vapor de Sódio
• A energia emitida concentra-se, na maior parte, em duas linhas
próximas de ressonância, com comprimentos de onda de 589,0 e
589,6 nm. Como esses comprimentos de onda são próximos daquele
para a o qual a vista humana apresenta um Maximo de acuidade
visual, elas possuem grande eficiência luminosa.
• A pressão do vapor dentro do tubo de arco desempenha um papel
importante. Com a pressão muito baixa haverá poucos átomos de
sódio na descarga que se deseja excitar, ao passo que, pressões
demasiadamente elevadas, grande parte da radiação de ressonância do
átomo de sódio se perde, por autoabsorção na própria descarga.

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor de Mercúrio
• A lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão HPM (High Pressure
Mercury), é constituída de um tubo de descarga transparente, de
dimensões reduzidas inserido em um bulbo de vidro, revestido
internamente com uma camada de "fósforo" para correção do índice
de reprodução de cor.
• O tubo de descarga contém vapor de mercúrio à pressão de 2 a 4
atmosferas e argônio a 0.03 atmosferas. O argônio atua como gás de
partida, reduzindo a tensão de ignição e gerando calor para vaporizar
o mercúrio. O tubo de descarga é de quartzo para suportar
temperaturas superiores a 340°C e evitar absorção da radiação
ultravioleta emitida pela descarga.

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor de Mercúrio

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Luz Mista
• As lâmpadas de luz mista, como o próprio nome já diz, são uma
combinação de uma lâmpada vapor de mercúrio com uma lâmpada
incandescente, ou seja, um tubo de descarga de mercúrio ligado em
série com um filamento incandescente. O filamento controla a
corrente no tubo de arco e ao mesmo tempo contribui com a produção
de 20% do total do fluxo luminoso produzido. A combinação da
radiação do mercúrio com a radiação do fósforo e a radiação do
filamento incandescente, produz uma agradável luz branca.
• As principais características da luz mista são: substituir diretamente
as lâmpadas incandescentes em 220V, não necessitando de
equipamentos auxiliares (reator, ignitor e starter) e possuir maior
eficiência e vida media 8 vezes maior que as incandescentes.

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Luz Mista

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor de Sódio
• A lâmpada de vapor de sódio de alta pressão HPS (“High Pressure Sodium”), é
constituída de um tubo de descarga cilíndrico e translúcido, com um eletrodo
em cada extremidade. O tubo de descarga é sustentado por uma estrutura
mecânica, sob vácuo, no interior em um bulbo de vidro borosilicado, com
formato tubular ou elipsoidal.
• Em lâmpadas convencionais, o tubo de descarga contém vapor de sódio a
pressão de 0.13 atmosferas, vapor de mercúrio a pressão de 0.5 a 2 atmosferas
e xenônio, que atua como gás de partida, gerando calor para vaporizar o
mercúrio e o sódio. O mercúrio, na forma de vapor e a uma pressão
significativamente superior ao sódio, reduz a perda por calor e eleva a tensão
de arco da lâmpada.
• O eletrodo é construtivamente similar ao da lâmpada de vapor de mercúrio de
alta pressão.

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor de Sódio

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor Metálico
• A lâmpada de vapor metálico HPMH (High Pressure Metal Halide) é
construtivamente semelhante à lâmpada de mercúrio de alta pressão, ou seja,
utiliza um tubo de descarga de sílica fundida inserida no interior de um bulbo
de quartzo transparente. Os modelos mais comuns são do tipo lapiseira.
• O tubo de descarga contém vapor de mercúrio, um gás para ignição (argônio) e
haletos metálicos. A temperatura de vaporização dos metais é em geral
superior à máxima temperatura suportável pelo material do tubo de descarga.
Já o metal na forma de um haleto vaporiza a uma temperatura
significativamente inferior. Geralmente utilizam-se iodetos, pois são
quimicamente menos reativos. A adição de metais introduz raias no espectro
que melhoram as características de reprodução de cores da lâmpada. Um ciclo
regenerativo similar ao das lâmpadas incandescentes halógenas ocorre nas
lâmpadas HPMH.

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Lâmpadas
• Descarga de alta pressão
– Vapor Metálico