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.

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.

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.

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);
• E_m: 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 E_m, 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

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

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);
• h_m: 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

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

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

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.

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.

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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