Luminotécnica: Parte 2) Cálculos

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Luminotécnica Eletrotécnica Geral Eng. Civil Prof. Fernando Passold rte II: Definições / Cálculos
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Luminotécnica: 2a-parte. Cálculos usando método das Cavidades Zonais + Método ponto-à-ponto.

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  • 1. Luminotcnica Eletrotcnica Geral Eng. Civil Prof. Fernando Passold Parte II: Definies / Clculos

2. o estudo da aplicao de iluminao artificial tanto em espaos interiores como exteriores. Definio 3. Luz (ou radiao visvel): radiao eletromagntica capaz e produzir uma sensao visual. Compreendida dentro de uma faixa de comprimentos de onda, , entre 380 ~ 780 nanmetros. O espectro visvel pode ser dividido em certos comprimentos de onda, cada uma causando no olho humano uma impresso de cor: Fundamentos 4. Radiao Visvel 5. Radiao Visvel 6. Fluxo luminoso (): grandeza derivada do fluxo radiante sobre um receptor seletivo cuja sensibilidade epectral definida pelas curvas da CIE (Comisso Internacional de Iluminao). entendido como a quantidade total de luz emitida por segundo por uma fonte luminosa. Medido em lmens (lm) 1 lm = quantidade de luz produzida em 1 segundo por uma radiao eletromagntica com =555 nm e fluxo radiante de 1/680 W. Fundamentos 7. Eficcia luminosa (de uma radiao): razo entre fluxo luminoso e fluxo radiante. Indica o quo poderosa determinada radiao para produzir uma sensao luminosa. Eficincia de uma lmpada = fluxo luminoso produzido / potncia eltrica consumida [lm/W]. Fundamentos 8. Intensidade Luminosa, I, de uma fonte em determinada direo, o limite da razo do fluxo luminoso no interior de um ngulo slido (dentro de uma esfera) cujo eixo a direo considerada para esse ngulo quando tende para zero ver figura. medido em candelas [cd]. formalmente definida como a magnitude de um campo electromagntico, numa direo especificada, que tem um nvel de potncia de 1/683 watt (1,46 x 10-3 W) por radiano a uma frequncia de 540 terahertz (540 THz ou 5,40 x 1014 Hz). Fundamentos I = lim DW0 Df DW = df dW 9. Iluminncia, E, o limite da razo do fluxo luminoso recebido por uma superfcie, em torno de um ponto considerado para a rea dessa superfcie. medida em lux (lx). 1 lx = iluminncia de uma superfcie de 1 m2 sobre o qual incide um fluxo luminoso de 1 lm. Fundamentos E = lim DS0 Df DS = df dS 10. Parmetros Luminosos Exemplo 11. geralmente definida em termos de iluminncia mdia no plano de trabalho (Em). Plano de trabalho plano horizontal: 0,75 ~ 1,0 m. Definida como: onde: T = fluxo luminoso total emitido pelas lmpadas (lumns, lm); S = rea do plano do trabalho (m2); = fator de utilizao; d = fator de depreciao. Iluminncia mdia, Em [lux] Em = fT S hd 12. Iluminncias recomendas pela NBR 5413 13. Iluminncias (NBR 5413) 14. Iluminncias (NBR 5413) 15. Iluminncias (NBR 5413) 16. Fator Utilizao, Depende de: Distribuio de luz da luminria; Do rendimento da luminria (razo do fluxo emitido soma dos fluxos individuais das lmpadas); Da reflexo do teto, paredes e plano de trabalho (ou piso); Da distribuio das luminrias no ambiente; Do fator do local, K, dado em funo das dimenses do ambiente e definido como: onde: a = comprimento do local; b = largura do local; hm = altura da montagem da luminria (distncia da fonte de luz ao plano de trabalho) K = a b hm (a + b) 17. Pode ser definido como um fator associado com o iluminamento mdio no plano de trabalho aps certo perodo de uso da iluminao, em comparao com as condies no caso de uma instalao nova; Leva em considerao o fato de que com o decorrer do tempo haver acumulao de poeira nos aparelhos de iluminao, o teto e as paredes ficaro sujas e as lmpadas fornecero menor quantidade de luz. Valores usuais: Fator Depreciao, Fd Perodo de manuteno (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 18. ndices de Reflexes, 19. ndices de Reflexes, 20. O Fluxo Luminoso final (util) que ira incidir sobre o plano de trabalho avaliado pelo Fator de Utilizao. Ele indica, portanto, a eficiencia luminosa do conjunto lampada, luminaria e recinto. Determinados catalogos indicam tabelas de Fatores de Utilizao para suas luminarias. Apesar destes serem semelhantes as tabelas de Eficiencia do Recinto, os valores nelas encontrados no precisam ser multiplicados pela Eficiencia da Luminaria, uma vez que cada tabela especfica para uma luminaria e ja considera a sua perda na emisso do Fluxo Luminoso. Esta tabela nada mais do que o valor da Eficiencia do Recinto ja multiplicado pela Eficiencia da Luminaria, encontrado pela interseo do Indice do Recinto (K) e das Refletancias() do teto, paredes e piso, nesta ordem. Ver prxima tabela. Fator de Utilizao, Fu 21. Fator de Utilizao, Fu 22. Mtodo de Clculo de Iluminao Geral = Mtodo das Eficincias = Mtodo dos Fluxos ou Cavidades Zonais; Mtodo Ponto a Ponto (iluminao dirigida). Clculos Prticos 23. Exemplo 1 Calculo de Iluminacao Iluminao de um escritrio Dados Basicos Pre-Calculo: a) Local Escritorio de contabilidade b) Atividades Administrativas (leitura, concentrao) Uso de computadores c) Objetivos da iluminacao Proporcionar boas condioes de trabalho Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual Evitar alto consumo de energia d) Dimensoes fisicas do recinto Comprimento: 10,00 m Largura: 7,50 m Pe-direito: 3,00 m Altura do plano de trabalho: 0,80 m e) Nivel de Iluminancia Adequado Consultando-se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminancia Mdia de escritorios em Em = 500 lx. Fator de Depreciao (d): ambiente salubre, com boa manuteno (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminarias a cada 6 meses). d = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciao de 20% da Iluminancia Mdia necessaria). f) Cores Teto: teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. Paredes: paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. Piso: piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro. g) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais 24. Exemplo 1 Calculo de Iluminacao Iluminao de um escritrio Dados Basicos Pre-Calculo: a) Local Escritorio de contabilidade b) Atividades Administrativas (leitura, concentrao) Uso de computadores c) Objetivos da iluminacao Proporcionar boas condioes de trabalho Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual Evitar alto consumo de energia d) Dimensoes fisicas do recinto Comprimento: 10,00 m Largura: 7,50 m Pe-direito: 3,00 m Altura do plano de trabalho: 0,80 m e) Nivel de Iluminancia Adequado Consultando-se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminancia Mdia de escritorios em Em = 500 lx. Fator de Depreciao (d): ambiente salubre, com boa manuteno (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminarias a cada 6 meses). Fd = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciao de 20% da Iluminancia Mdia necessaria). f) Cores Teto: teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. Paredes: paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. Piso: piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro. g) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais ndice do Local, K: K = 1,95 teto = 0,70. paredes = 0,50 piso = 0,10 Fd = 0,8 K = a b hm (a + b) 25. Exemplo 1 Calculo de Iluminacao Iluminao de um escritrio Dados Basicos Pre-Calculo: a) Local Escritorio de contabilidade b) Atividades Administrativas (leitura, concentrao) Uso de computadores c) Objetivos da iluminacao Proporcionar boas condioes de trabalho Evitar reflexos na tela do computador/ conforto visual Evitar alto consumo de energia d) Dimensoes fisicas do recinto Comprimento: 10,00 m Largura: 7,50 m Pe-direito: 3,00 m Altura do plano de trabalho: 0,80 m e) Nivel de Iluminancia Adequado Consultando-se a norma NBR-5413, estipula-se a Iluminancia Mdia de escritorios em Em = 500 lx. Fator de Depreciao (d): ambiente salubre, com boa manuteno (em caso de queima, troca imediata; limpeza das luminarias a cada 6 meses). d = 0,8 (corresponde a uma margem de depreciao de 20% da Iluminancia Mdia necessaria). f) Cores Teto: teto = 0,70. Forro de gesso pintado / cor branca. Paredes: paredes = 0,50. Pintadas / cor verde-claro; duas paredes com persiana/cor verde-claro. Piso: piso = 0,10. Carpete / cor verde-escuro. g) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais ndice do Local, K: K = 1,95 teto = 0,70. paredes = 0,50 piso = 0,10 K = a b hm (a + b) Fator de Utilizao: Fu = 0,58 26. g) Caracteristicas do fornecimento de energia eletrica: Tenso estavel na rede (220V) Custo de kWh: US$ 0,15 Acendimento individualizado (interruptor na entrada da sala) Pontos de energia proximos as mesas. h) Tonalidade de Cor da Luz: Para o ambiente de um escritorio e Iluminancia de 500 lx, recomenda-se que a Tonalidade de Cor da luz seja Branca Neutra (aproximadamente 4000K). i) Reproduo de Cor: Aconselha-se que o Indice de Reproduo de Cor para este tipo de trabalho seja superior a 80. As lampadas fluorescentes de po trifosforo so as mais adequadas. j) Escolha das Lampadas Os dados anteriores nos levam a concluir que o tipo de lampada indicado para este projeto a fluorescente LUMILUX T5 HE (OSRAM). Ela existe nas versoes de 14, 21, 28 e 35W. Optaremos pela verso LUMILUX T5 HE 35W/840, porque o salo amplo, no ha limitao fsica de comprimento da lampada e sua utilizao mais compensadora. Os dados da lampada (catalogos OSRAM) LUMILUX T5 HE 35W/840 Fluxo luminoso: 3.650 lm Temperatura de cor: 4000K Branca Neutra Indice de Reproduo de Cor: 89 k) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais 27. g) Caracteristicas do fornecimento de energia eletrica: Tenso estavel na rede (220V) Custo de kWh: US$ 0,15 Acendimento individualizado (interruptor na entrada da sala) Pontos de energia proximos as mesas. h) Tonalidade de Cor da Luz: Para o ambiente de um escritorio e Iluminancia de 500 lx, recomenda-se que a Tonalidade de Cor da luz seja Branca Neutra (aproximadamente 4000K). i) Reproduo de Cor: Aconselha-se que o Indice de Reproduo de Cor para este tipo de trabalho seja superior a 80. As lampadas fluorescentes de po trifosforo so as mais adequadas. j) Escolha das Lampadas Os dados anteriores nos levam a concluir que o tipo de lampada indicado para este projeto a fluorescente LUMILUX T5 HE (OSRAM). Ela existe nas versoes de 14, 21, 28 e 35W. Optaremos pela verso LUMILUX T5 HE 35W/840, porque o salo amplo, no ha limitao fsica de comprimento da lampada e sua utilizao mais compensadora. Os dados da lampada (catalogos OSRAM) LUMILUX T5 HE 35W/840 Fluxo luminoso: 3.650 lm Temperatura de cor: 4000K Branca Neutra Indice de Reproduo de Cor: 89 k) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais Em = 500 lx = 3.650 lm Z =2 (lmpadas por luminria) 28. k) Escolha da Luminria: A luminaria podera ser de embutir, de alta eficiencia e com aletas metalicas que impeam o ofuscamento. Os modelos mais modernos possuem refletores parabolicos que limitam a angulao do facho luminoso, tornando- se adequados para o seu emprego em salas de computadores. l) Calculo da Quantidade de Luminarias Uma vez ja definidas todas as bases conceituais para o calculo, seguiremos a sequencia da planilha. m) Adequacao dos Resultados ao Projeto A quantidade de lampadas deve ser arredondada para o valor multiplo mais proximo da quantidade de lampadas por luminaria (neste caso, no haveria necessidade), de tal forma que a quantidade de luminarias (N) sempre seja um numero inteiro. n) Definicao dos Pontos de Iluminacao Escolhe-se a disposio das luminarias levando-se em conta o layout do mobiliario, o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o proprio tamanho das luminarias. Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais 29. o) Definicao dos Pontos de Iluminacao Escolhe-se a disposio das luminarias levando-se em conta o layout do mobiliario, o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o proprio tamanho das luminarias. Neste exemplo, sugere-se a disposio destas em tres linhas contnuas lateralmente as mesas de trabalho, evitando o ofuscamento sobre a tela de computador. Para tanto, a quantidade de luminarias (N = 11) devera ser elevada para N = 12, para que possa ser subdividida por dois. A dimenso de 10m comporta a linha contnua formada por 6 luminarias, cada uma de aproximadamente 1,67m, no havendo perigo de no adaptao ao projeto. p) Avaliacao do Consumo Energetico Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem ser calculados da seguinte maneira: Obs.: 70 W = Considerando a utilizao do reator QTi 2x35W, uma vez que, devido a operao em alta o) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais 30. o) Definicao dos Pontos de Iluminacao Escolhe-se a disposio das luminarias levando-se em conta o layout do mobiliario, o direcionamento correto da luz para a mesa de trabalho e o proprio tamanho das luminarias. Neste exemplo, sugere-se a disposio destas em tres linhas contnuas lateralmente as mesas de trabalho, evitando o ofuscamento sobre a tela de computador. Para tanto, a quantidade de luminarias (n = 11) devera ser elevada para n = 12, para que possa ser subdividida por dois. A dimenso de 10m comporta a linha contnua formada por 6 luminarias, cada uma de aproximadamente 1,67m, no havendo perigo de no adaptao ao projeto. p) Avaliacao do Consumo Energetico Os itens 34, 35 e 36 da planilha podem ser calculados da seguinte maneira: Obs.: 70 W = Considerando a utilizao do reator QTi 2x35W, uma vez que, devido a operao em alta o) Continua 1. Mtodo das Cavidades Zonais n = 11 n = Em A j Fu Fd 31. 1. Mtodo das Cavidades Zonais 32. 1. Mtodo das Cavidades Zonais 33. 1. Mtodo das Cavidades Zonais 34. 2. Mtodo Ponto a Ponto Exemplo orientativo para leitura das curvas de distribuio luminosa (CDL), calculo da intensidade luminosa nos diferentes pontos e a respectiva Iluminancia (ver figura exemplo ao lado). 35. 2. Mtodo Ponto a Ponto Consultando a luminaria, cuja CDL esta representada na pagina x, e supondo que esta luminaria esteja equipada com 2 lampadas fluorescentes LUMILUX T5 HE 35W/840 (=3.300 lm), qual sera a Iluminancia incidida num ponto a 30o de inclinao do eixo longitudinal da luminaria, que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto (fig ao lado) ? LUMILUX T5HE35W/840 = 3.300 lm Luminaria para 2x LUMILUX 35W/840 n = 2 Na CDL, le-se que: I30 =340cd 36. 2. Mtodo Ponto a Ponto Consultando a luminaria, cuja CDL esta representada na pagina x, e supondo que esta luminaria esteja equipada com 2 lampadas fluorescentes LUMILUX T5 HE 35W/840 (=3.300 lm), qual sera a Iluminancia incidida num ponto a 30o de inclinao do eixo longitudinal da luminaria, que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto (fig ao lado) ? LUMILUX T5HE35W/840 = 3.300 lm Luminaria para 2x LUMILUX 35W/840 n = 2 Na CDL, le-se que: I30 =340cd Como este valor refere-se a 1000 lm, tem-se que: I30o = 340 1000 2 3300( ) = 2.244cd 37. 2. Mtodo Ponto a Ponto Consultando a luminaria, cuja CDL esta representada na pagina x, e supondo que esta luminaria esteja equipada com 2 lampadas fluorescentes LUMILUX T5 HE 35W/840 (=3.300 lm), qual sera a Iluminancia incidida num ponto a 30o de inclinao do eixo longitudinal da luminaria, que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto (fig ao lado) ? LUMILUX T5HE35W/840 = 3.300 lm Luminaria para 2x LUMILUX 35W/840 n = 2 Na CDL, le-se que: I30 =340cd Como este valor refere-se a 1000 lm, tem-se que: I30o = 340 1000 2 3300( ) = 2.244cd E = Ia cos3 a h2 (Iluminncia) 38. Clculo Iluminncia Ponto a Ponto 1 nica fonte incidente: + de 1 fonte incidente: E = Ia cos3 a h2 E = I1 h2 + Ia cos3 a h2 A Iluminancia (E) em um ponto o somatorio de todas as Iluminancias incidentes sobre esse ponto provenientes de diferentes pontos de luz. 39. 2. Mtodo Ponto a Ponto Consultando a luminaria, cuja CDL esta representada na pagina x, e supondo que esta luminaria esteja equipada com 2 lampadas fluorescentes LUMILUX T5 HE 35W/840 (=3.300 lm), qual sera a Iluminancia incidida num ponto a 30o de inclinao do eixo longitudinal da luminaria, que se encontra a uma altura de 2m do plano do ponto (fig ao lado) ? LUMILUX T5HE35W/840 = 3.300 lm Luminaria para 2x LUMILUX 35W/840 n = 2 Na CDL, le-se que: I30 =340cd Como este valor refere-se a 1000 lm, tem-se que: I30o = 340 1000 2 3300( ) = 2.244cd E = Ia cos3 a h2 (Iluminncia) E = 2.244 4 cos3 30o ( )= 365lux 40. Os principais aplicativos na area de luminotcnica so: 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 so pagos. Os 3 ultimos gratuitos. Software