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Entenda o que é luminotécnica

Você já tentou ler algo no escuro?

Se você conseguiu, provavelmente não foi muito agradável.

Então, você com certeza já sentiu o desconforto de estar em um ambiente com iluminação inadequada, seja no trabalho ou até mesmo no seu quarto, e sabe que uma boa iluminação é imprescindível para a realização das tarefas mais simples do dia a dia.

Pois bem, engenheiros, vamos agora aprender sobre luminotécnica, que simplesmente é o estudo da aplicação de iluminação artificial em ambientes.

Nesse post, descobriremos como calcular a iluminação de um ambiente e também como dispor as luminárias de maneira eficiente.

Ficou curioso para aprender como iluminar? Então fica com a gente!

Conceitos básicos

Já sabemos que iluminação deve assegurar, além do conforto visual, a realização de tarefas de forma rápida e precisa. Mas para que isso seja possível, é preciso que alguns parâmetros sejam considerados, como:

  • A escolha do nível de iluminância mantida;
  • A adequada distribuição da luminância;
  • A limitação do ofuscamento;
  • A avaliação da manutenção;
  • A avaliação da luz natural.

Mas o que é iluminância e luminância?

Se você não sabe, não se preocupe. Para iniciarmos nosso estudo, precisamos conhecer alguns conceitos fundamentais relacionados à luminotécnica, são eles:

Intensidade luminosa

É a intensidade luminosa na direção perpendicular, dada em candela (cd), de uma superfície plana de área igual a 1/600000 m² de um corpo negro à temperatura de fusão da platina, sob a pressão de 1 atm.

Ficou confuso? É a intensidade de luz que sai de uma pequena superfície escura e muito quente.

Fluxo luminoso

É o fluxo luminoso, dado em lúmen (lm), emitido no interior de um ângulo sólido de 1 esferorradiano (sr), por uma fonte  pontual de intensidade igual a 1 candela, em todas as direções.

Caso tenha ficado difícil de entender, para facilitar a visualização do conceito de um lúmem, observe a imagem abaixo.

Conceito de um lúmem.
Conceito de um lúmem

Iluminância

Iluminância, dada em lux (lx), é a relação entre o fluxo luminoso, que incide perpendicularmente sobre uma superfície plana, pela área dessa superfície.

Ou seja, a iluminância é um termo que descreve a medição da quantidade de luz que incide sobre uma determinada área de superfície e é dada pela expressão abaixo:

\mathrm{E=\dfrac{Φ}{A}}

Onde:

  • E: iluminância (lx);
  • Φ: fluxo luminoso (lm);
  • A: área (m²).

Luminância

Primeiramente, luminância é o fenômeno que permite a visualização de objetos, quando iluminados.

Em temos técnicos, luminância é a quantidade de luz, dada em nit ou cd/m², emitida por uma fonte de área emissiva igual a 1 m², em uma determinada direção, com intensidade luminosa de 1 candela (nessa mesma direção).

Curva de distribuição luminosa

É um tipo de diagrama polar pelo qual os fabricantes de luminárias representam a distribuição da intensidade luminosa nas diferentes direções.

Curva de intensidade em função de θ.
Curva de intensidade em função de θ

Eficiência luminosa

É a relação dos lumens emitidos pela lâmpada para cada watt consumido, portanto é dada por lm/W.

Agora, observe a imagem a seguir com um pequeno esquema do que foi apresentado.

Intensidade luminosa x fluxo luminoso x iluminância x luminância.
Intensidade luminosa x fluxo luminoso x iluminância x luminância

Cálculo da iluminação

Indo ao que interessa, veremos agora os dois métodos de cálculo de iluminação mais usados em projetos de iluminação de áreas de trabalho: o método dos lumens e o método do ponto a ponto.

Método dos lumens

O método dos lumens consiste na determinação do fluxo luminoso total, necessário para atender ao nível de iluminância adequado para a atividade a ser executada no ambiente.

A determinação do fluxo luminoso é dada pela expressão abaixo, mas para isso devemos antes atender as etapas apresentadas a seguir.

\mathrm{Φ=\dfrac{S.E_m}{u.d}}

Onde:

  • Φ: fluxo luminoso total (lm);
  • S: área do recinto (m²);
  • Em: nível de iluminância mantida (lx), tabela 1;
  • u: coeficiente de utilização, tabela 2;
  • d: fator de manutenção, tabela 4.

1 – Seleção da iluminância mantida

Para iniciarmos o método dos lumens, devemos selecionar a iluminância mantida, representada por Em, a partir da atividade a ser exercida dentro do ambiente.

Para isso, usaremos os valores contidos na tabela 1 abaixo para posteriormente usarmos para o cálculo do fluxo luminosos total.

Tabela 1 – Nível de iluminância mantida para algumas atividades

Nível de iluminância mantida para algumas atividades.

2 – Escolha das luminárias e lâmpadas

A próxima etapa consiste na escolha das luminárias e lâmpadas, que depende de diversos fatores:

  • objetivo da instalação (comercial, industrial, domiciliar);
  • fatores econômicos;
  • razões da decoração;
  • facilidade de manutenção, etc.

Para tanto, é necessário a consulta do catálogo dos fabricantes de luminárias e lâmpadas para auxiliar nessa escolha.

Para exemplificar do que se trata um catálogo, observe a tabela 2 abaixo, fornecida pela Philips.

Tabela 2 – Coeficientes de utilização

Exemplo de um catálogo.

Neste catálogo, também é possível encontrarmos o fator de utilização (u) das luminárias, que será usado posteriormente para o cálculo do fluxo luminosos total. Mas para isso são necessárias duas informações: o índice do local (k) e a refletância, que veremos nos passos seguintes.

3 – Determinação do índice do local

Este passo dá subsídio para a escolha do coeficiente de utilização (u), juntamente com a etapa seguinte. Dessa forma, o índice do local relaciona as dimensões do ambiente, comprimento, largura e altura de montagem de iluminação (direta, semidireta, indireta ou semi-indireta) e é dado por:

\mathrm{k=\dfrac{c\:l}{h_m(c+l)}}

Onde:

  • c: comprimento do local (m);
  • l: largura do local (m);
  • hm: altura de montagem da luminária, que pode ser a distância da fonte de luz ao plano de trabalho ou distância do teto ao plano de trabalho (m).

4 – Determinação da refletância

Nesta etapa, para a determinação da refletância dos tetos, paredes e pisos, é necessário apenas observar os índices contidos na tabela 3 abaixo.

Vale ressaltar que a refletância é composta por 3 números XYZ, onde:

  • X: representa a superfície do teto;
  • Y: representa a superfície da parede;
  • Z: representa a superfície do piso.

Tabela 3- Índice de reflexão típica

Índice de reflexão típica.

5 – Determinação do coeficiente de utilização

Pois bem, de posse do índice do local (k) e da refletância, estamos em condições de buscar o coeficiente de utilização (u) na tabela 2, que relaciona o fluxo luminoso inicial emitido pela luminária (fluxo total) e o fluxo recebido no plano de trabalho (fluxo útil).

6- Determinação do fator de manutenção de referência

Neste passo, determinamos o fator de manutenção, que relaciona o fluxo emitido no fim do período de manutenção da luminária e o fluxo luminoso inicial da mesma. Para isso usaremos os valores contidos na tabela 4.

Tabela 4 – Exemplos de fatores de manutenção para sistemas de iluminação de interiores com lâmpadas

Exemplos de fatores de manutenção para sistemas de iluminação de interiores com lâmpadas.

7 – Espaçamento entre luminárias

Por fim, o espaçamento máximo entre luminárias, que depende da abertura do feixe luminoso (direto, semidireto, semi-indireto, difuso ou indireto) e está em função da altura de montagem, está indicado na tabela 5.

Tabela 5 – Espaçamento das luminárias entre si com relação às alturas de montagem

Espaçamento das luminárias entre si com relação às alturas de montagem.

8 – Quantidade e disposição das luminárias

O número necessário de luminárias é calculado em função do fluxo total, calculado nos passos anteriores, e do fluxo da luminária escolhida no passo 2, pela expressão abaixo:

\mathrm{n=\dfrac{Φ}{φ}}

Onde:

  • n: número de luminárias;
  • Φ: fluxo luminoso total (lm);
  • φ: fluxo por luminária (lm).

Conhecido o número total de luminárias necessárias, basta agora distribuí-las uniformemente no ambiente, de acordo com o esquema abaixo.

Distribuição típica de luminárias.
Distribuição típica de luminárias

Método do ponto a ponto

O segundo método para o cálculo da iluminação é baseado na lei de Lambert, que afirma que:

“A iluminância produzida em um ponto de uma superfície é proporcional à intensidade luminosa da fonte na direção da superfície, proporcional ao cosseno do ângulo de incidência que o raio luminoso faz com a normal ao plano e inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte à superfície”.

Neste método, o processo ocorre de maneira um pouco diferente do método anterior, já que antes é necessário decidir quantas luminárias serão utilizadas, seus tipos e disposição para, então, ser possível prever se o nível de iluminamento em um ponto desejado é suficiente para determinada tarefa.

Exemplo de uma situação em que o método do ponto a ponto pode ser usado.
Exemplo de um esquema do método do ponto a ponto

Sendo assim, o iluminamento em um dado ponto é calculado de acordo com a expressão abaixo:

\mathrm{Ep_h=\dfrac{I}{h^2}\cdot{cos^3θ}} (plano horizontal)

\mathrm{Ep_v=\dfrac{I}{h^2}\cdot{(sen^2θ.cosθ)}} (plano vertical)

Onde:

  • Ep: iluminamento em um ponto P (lm/m²);
  • I: intensidade luminosa da fonte na direção de P (cd);
  • h: altura de montagem da luminária, que pode ser a distância da fonte de luz ao ponto ou distância do teto ao ponto (m).
  • θ: ângulo entre a vertical à superfície receptora e a fonte de luz (graus).

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Fonte:

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO/CIE 8995-1: Iluminação de ambientes de trabalho – parte 1: Interior. Rio de Janeiro, 2013. 46 p.

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 16. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.

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