Luminotécnica: Parte 2) Cálculos

Luminotécnica
Eletrotécnica Geral
Eng. Civil
Prof. Fernando Passold
Parte II: Definições / Cálculos

É o estudo da aplicação de iluminação artificial
tanto em espaços interiores como exteriores.
Definição

 Luz (ou “radiação visível): radiação eletromagnética capaz e produzir uma
sensação visual. Compreendida dentro de uma faixa de comprimentos de
onda, λ, entre 380 ~ 780 nanômetros. O espectro visível pode ser dividido
em certos comprimentos de onda, cada uma causando no olho humano uma
impressão de cor:
Fundamentos

Fluxo luminoso (Φ): grandeza derivada do fluxo
radiante sobre um receptor seletivo cuja sensibilidade
epectral é definida pelas curvas da CIE (Comissão
Internacional de Iluminação).
É entendido como a quantidade total de luz emitida
por segundo por uma fonte luminosa.
Medido em lúmens (lm)
1 lm = quantidade de luz produzida em 1 segundo por
uma radiação eletromagnética com λ=555 nm e fluxo
radiante de 1/680 W.
Fundamentos

Eficácia luminosa (de uma radiação): razão entre
fluxo luminoso e fluxo radiante.
Indica o quão “poderosa” é determinada radiação
para produzir uma sensação luminosa.
Eficiência de uma lâmpada = fluxo luminoso
produzido / potência elétrica consumida [lm/W].
Fundamentos

 Intensidade Luminosa, I, de uma fonte em determinada direção, é o limite da razão
do fluxo luminoso no interior de um ângulo sólido (dentro de uma esfera) cujo eixo é
a direção considerada para esse ângulo quando tende para zero – ver figura. É
medido em candelas [cd].
 É formalmente definida como a magnitude de um campo electromagnético, numa
direção especificada, que tem um nível de potência de 1/683 watt (1,46 x 10-3 W) por
radiano a uma frequência de 540 terahertz (540 THz ou 5,40 x 1014 Hz).
Fundamentos
I = lim
DW®0
Df
DW
=
df
dW

 Iluminância, E, é o limite da razão do fluxo luminoso recebido
por uma superfície, em torno de um ponto considerado para a
área dessa superfície. É medida em lux (lx).
 1 lx = iluminância de uma superfície de 1 m2 sobre o qual incide
um fluxo luminoso de 1 lm.
Fundamentos
E = lim
DS®0
Df
DS
=
df
dS

Parâmetros Luminosos – Exemplo

É geralmente definida em termos de iluminância
média no plano de trabalho (Em).
Plano de trabalho ➛ plano horizontal: 0,75 ~ 1,0 m.
Definida como:
onde:
ΦT = fluxo luminoso total emitido pelas lâmpadas
(luméns, lm);
S = área do plano do trabalho (m2);
η = “fator de utilização”;
d = “fator de depreciação”.
Iluminância média, Em [lux]
Em =
fT
S
×h×d

Iluminâncias recomendas pela NBR 5413

Fator Utilização, η
 Depende de:
 Distribuição de luz da luminária;
 Do rendimento da luminária (razão do fluxo emitido × soma dos
fluxos individuais das lâmpadas);
 Da reflexão do teto, paredes e plano de trabalho (ou piso);
 Da distribuição das luminárias no ambiente;
 Do fator do local, K, dado em função das dimensões do ambiente
e definido como:
onde:
a = comprimento do local;
b = largura do local;
hm = altura da montagem da luminária (distância da fonte de luz
ao plano de trabalho)
K =
a ×b
hm (a + b)

 Pode ser definido como um fator associado com o iluminamento
médio no plano de trabalho após certo período de uso da
iluminação, em comparação com as condições no caso de uma
instalação nova;
 Leva em consideração o fato de que com o decorrer do tempo
haverá acumulação de poeira nos aparelhos de iluminação, o
teto e as paredes ficarão sujas e as lâmpadas fornecerão menor
quantidade de luz.
 Valores usuais:
Fator Depreciação, Fd
Período de manutenção (h)
Tipo de Ambiente 2.500 5.000 7.500
Limpo 0,95 0,91 0,88
Normal 0,91 0,85 0,80
Sujo 0,80 0,66 0,57

 O Fluxo Luminoso final (útil) que irá incidir sobre o plano de
trabalho é avaliado pelo Fator de Utilização.
 Ele indica, portanto, a eficiência luminosa do conjunto lâmpada,
luminária e recinto.
 Determinados catálogos indicam tabelas de Fatores de
Utilização para suas luminárias. Apesar destes serem
semelhantes às tabelas de Eficiência do Recinto, os valores nelas
encontrados não precisam ser multiplicados pela Eficiência da
Luminária, uma vez que cada tabela é específica para uma
luminária e já considera a sua perda na emissão do Fluxo
Luminoso.
 Esta tabela nada mais é do que o valor da Eficiência do Recinto já
multiplicado pela Eficiência da Luminária, encontrado pela
interseção do Índice do Recinto (K) e das Refletâncias(ρ) do
teto, paredes e piso, nesta ordem.
 Ver próxima tabela.
Fator de Utilização, Fu

① Método de Cálculo de Iluminação Geral = Método
das Eficiências = Método dos Fluxos ou Cavidades
Zonais;
② Método Ponto a Ponto (iluminação dirigida).
Cálculos Práticos

 Exemplo 1
Cálculo de Iluminação
Iluminação de um escritório
 Dados Básicos Pré-Cálculo:
a) Local
• Escritório de contabilidade
b) Atividades
• Administrativas (leitura, concentração)
• Uso de computadores
c) Objetivos da iluminação
• Proporcionar boas condições de
trabalho
• Evitar reflexos na tela do computador/
conforto visual
• Evitar alto consumo de energia
d) Dimensões físicas do recinto
• Comprimento: 10,00 m
• Largura: 7,50 m
• Pé-direito: 3,00 m
• Altura do plano de trabalho: 0,80 m
e) Nível de Iluminância Adequado
Consultando-se a norma NBR-5413,
estipula-se a Iluminância Média de
escritórios em Em = 500 lx.
Fator de Depreciação (d): ambiente
salubre, com boa manutenção (em caso
de queima, troca imediata; limpeza das
luminárias a cada 6 meses). d = 0,8
(corresponde a uma margem de
depreciação de 20% da Iluminância Média
necessária).
f) Cores
• Teto: ρteto = 0,70.
Forro de gesso pintado / cor branca.
• Paredes: ρparedes = 0,50.
Pintadas / cor verde-claro; duas paredes
com persiana/cor verde-claro.
• Piso: ρpiso = 0,10.
Carpete / cor verde-escuro.
g) Continua ➛
1. Método das Cavidades Zonais

 Exemplo 1
a) Local
b) Atividades
trabalho
conforto visual
• Largura: 7,50 m
luminárias a cada 6 meses). Fd = 0,8
necessária).
f) Cores
g) Continua ➛
Índice do Local, K:
K = 1,95
ρteto = 0,70.
ρparedes = 0,50
ρpiso = 0,10
Fd = 0,8
K =
a ×b
hm (a + b)

 Exemplo 1
a) Local
b) Atividades
trabalho
conforto visual
• Largura: 7,50 m
luminárias a cada 6 meses). d = 0,8
necessária).
f) Cores
g) Continua ➛
Índice do Local, K:
K = 1,95
ρteto = 0,70.
ρparedes = 0,50
ρpiso = 0,10
K =
a ×b
hm (a + b)
Fator de Utilização:
Fu = 0,58

g) Características do fornecimento de
energia elétrica:
• Tensão estável na rede (220V)
• Custo de kWh: US$ 0,15
• Acendimento individualizado
(interruptor na entrada da sala)
• Pontos de energia próximos às mesas.
h) Tonalidade de Cor da Luz:
Para o ambiente de um escritório e
Iluminância de 500 lx, recomenda-se
que a Tonalidade de Cor da luz seja
Branca Neutra (aproximadamente
4000K).
i) Reprodução de Cor:
Aconselha-se que o Índice de
Reprodução de Cor para este tipo de
trabalho seja superior a 80.
As lâmpadas fluorescentes de pó
trifósforo são as mais adequadas.
j) Escolha das Lâmpadas
Os dados anteriores nos levam a
concluir que o tipo de lâmpada indicado
para este projeto é a fluorescente
LUMILUX® T5 HE (OSRAM). Ela existe
nas versões de 14, 21, 28 e 35W.
Optaremos pela versão LUMILUX® T5
HE 35W/840, porque o salão é amplo,
não há limitação física de comprimento
da lâmpada e sua utilização é mais
compensadora.
Os dados da lâmpada (catálogos
OSRAM)
• LUMILUX® T5 HE 35W/840
• Fluxo luminoso: 3.650 lm
• Temperatura de cor: 4000K Branca
Neutra
• Índice de Reprodução de Cor: 89
k) Continua ➛

g) Características do fornecimento de
energia elétrica:
• Tensão estável na rede (220V)
• Custo de kWh: US$ 0,15
• Acendimento individualizado
(interruptor na entrada da sala)
• Pontos de energia próximos às mesas.
h) Tonalidade de Cor da Luz:
Para o ambiente de um escritório e
Iluminância de 500 lx, recomenda-se
que a Tonalidade de Cor da luz seja
Branca Neutra (aproximadamente
4000K).
i) Reprodução de Cor:
Aconselha-se que o Índice de
Reprodução de Cor para este tipo de
trabalho seja superior a 80.
As lâmpadas fluorescentes de pó
trifósforo são as mais adequadas.
j) Escolha das Lâmpadas
Os dados anteriores nos levam a
concluir que o tipo de lâmpada indicado
para este projeto é a fluorescente
LUMILUX® T5 HE (OSRAM). Ela existe
nas versões de 14, 21, 28 e 35W.
Optaremos pela versão LUMILUX® T5
HE 35W/840, porque o salão é amplo,
não há limitação física de comprimento
da lâmpada e sua utilização é mais
compensadora.
Os dados da lâmpada (catálogos
OSRAM)
• LUMILUX® T5 HE 35W/840
• Fluxo luminoso: 3.650 lm
• Temperatura de cor: 4000K Branca
Neutra
• Índice de Reprodução de Cor: 89
k) Continua ➛
Em = 500 lx
φ = 3.650 lm
Z =2 (lâmpadas por luminária)

k) Escolha da Luminária:
A luminária poderá ser de embutir, de
alta eficiência e com aletas metálicas
que impeçam o ofuscamento. Os
modelos mais modernos possuem
refletores parabólicos que limitam a
angulação do facho luminoso, tornando-
se adequados para o seu emprego em
salas de computadores.
l) Cálculo da Quantidade de Luminárias
Uma vez já definidas todas as bases
conceituais para o cálculo, seguiremos a
sequência da planilha.
m) Adequação dos Resultados ao Projeto
A quantidade de lâmpadas deve ser
arredondada para o valor múltiplo mais
próximo da quantidade de lâmpadas
por luminária (neste caso, não haveria
necessidade), de tal forma que a
quantidade de luminárias (N) sempre
seja um número inteiro.
n) Definição dos Pontos de Iluminação
Escolhe-se a disposição das luminárias
levando-se em conta o layout do
mobiliário, o direcionamento correto da
luz para a mesa de trabalho e o próprio
tamanho das luminárias.
Continua ➛

o) Definição dos Pontos de Iluminação
tamanho das luminárias. Neste
exemplo, sugere-se a disposição destas
em três linhas contínuas lateralmente às
mesas de trabalho, evitando o
ofuscamento sobre a tela de
computador. Para tanto, a quantidade
de luminárias (N = 11) deverá ser elevada
para N = 12, para que possa ser
subdividida por dois. A dimensão de 10m
comporta a linha contínua formada por
6 luminárias, cada uma de
aproximadamente 1,67m, não havendo
perigo de não adaptação ao projeto.
p) Avaliação do Consumo Energético
Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem
ser calculados da seguinte maneira:
Obs.: 70 W = Considerando a utilização
do reator QTi 2x35W, uma vez que,
devido à operação em alta
o) Continua ➛

o) Definição dos Pontos de Iluminação
tamanho das luminárias. Neste
exemplo, sugere-se a disposição destas
em três linhas contínuas lateralmente às
mesas de trabalho, evitando o
ofuscamento sobre a tela de
computador. Para tanto, a quantidade
de luminárias (n = 11) deverá ser elevada
para n = 12, para que possa ser
subdividida por dois. A dimensão de 10m
comporta a linha contínua formada por
6 luminárias, cada uma de
aproximadamente 1,67m, não havendo
perigo de não adaptação ao projeto.
p) Avaliação do Consumo Energético
Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem
ser calculados da seguinte maneira:
Obs.: 70 W = Considerando a utilização
do reator QTi 2x35W, uma vez que,
devido à operação em alta
o) Continua ➛
n = 11
n =
Em × A
j × Fu × Fd

2. Método Ponto a Ponto
Exemplo orientativo para
leitura das curvas de
distribuição luminosa
(CDL), cálculo da
intensidade luminosa nos
diferentes pontos e a
respectiva Iluminância
(ver figura exemplo ao
lado).

 Consultando a luminária, cuja
CDL está representada na página
x, e supondo que esta luminária
esteja equipada com 2 lâmpadas
fluorescentes LUMILUX® T5 HE
35W/840 (φ=3.300 lm), qual será
a Iluminância incidida num ponto
a 30o de inclinação do eixo
longitudinal da luminária, que se
encontra a uma altura de 2m do
plano do ponto (fig ao lado) ?
 LUMILUX® T5HE35W/840
φ = 3.300 lm
 Luminária para 2x LUMILUX®
35W/840
n = 2
Na CDL, lê-se que: I30° =340cd

35W/840 (φ=3.300 lm), qual será
φ = 3.300 lm
35W/840
n = 2
 Como este valor refere-se a 1000
lm, tem-se que:
I30o =
340
1000
2 × 3300( ) = 2.244 cd

35W/840 (φ=3.300 lm), qual será
φ = 3.300 lm
35W/840
n = 2
lm, tem-se que:
I30o =
340
1000
2 × 3300( ) = 2.244 cd
E =
Ia ×cos3
a
h2
(Iluminância)

Cálculo Iluminância Ponto a Ponto
 1 única fonte incidente:  + de 1 fonte incidente:
E =
Ia ×cos3
a
h2
E =
I1
h2
+
Ia ×cos3
a
h2å
A Iluminância (E) em um ponto é o
somatório de todas as Iluminâncias
incidentes sobre esse ponto provenientes
de diferentes pontos de luz.

35W/840 (φ=3.300 lm), qual será
φ = 3.300 lm
35W/840
n = 2
lm, tem-se que:
I30o =
340
1000
2 × 3300( ) = 2.244 cd
E =
Ia ×cos3
a
h2
(Iluminância)
E =
2.244
4
×cos3
30o
( )= 365 lux

Os principais aplicativos na área de luminotécnica são:
1 • RADIANCE : http://radsite.lbl.gov/radiance
2 • AGi32: http://www.agi32.com
3 • LUMEN DESIGN: http://www.lighting-technologies.com
4 • ECOTECT: http://www.squ1.com
5 • RELUX: http://www.relux.biz
6 • DIALUX: http://www.dial.de
7 • SOFTLUX: http://www.itaim.ind.br
Obs: os 4 primeiros são pagos. Os 3 últimos gratuitos.
Software

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