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Instalações Elétricas Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Esp. Roberto Seraglia Martins Revisão Textual: Prof. Ms. Luciano Vieira Francisco Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas • Luminotécnica • Luz • Iluminação • Tipos de Lâmpadas • Cálculo Luminotécnico · Entender os princípios de escolha e utilização de lâmpadas. OBJETIVO DE APRENDIZADO Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja uma maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como o seu “momento do estudo”. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo. No material de cada Unidade, há leituras indicadas. Entre elas: artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados. Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discussão, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar, lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas Luminotécnica Por definição, luminotécnica, ou luminotecnia, trata-se do estudo da aplicação de iluminação artificial em ambientes interiores ou exteriores. Em termos gerais, podemos dizer que se trata da técnica de iluminar. Luz A luz é uma energia radiante captada pela sensação visual. Quando mencionamos luz, entramos no conceito de espectro óptico ou visível – que é a porção de espectro eletromagnético com radiação composta por fótons que sensibilizam o olho humano, a faixa de radiação de luz visível. Figura 1 – Espectro eletromagnético completo Fonte: Wikimedia Commons O espectro visível está relacionado à capacidade de cada espécie, de modo que muitos animais veem cores que os humanos não veem – e vice-versa. Iluminação Podemos considerar a necessidade de iluminar desde séculos atrás, onde foram dispostos sistemas de iluminação pública de luz intensa, compostos por lâmpadas de arco voltaico para a segurança da população. Foi Thomas Edison quem viabilizou a primeira lâmpada de uso residencial, a qual produzia uma luz amarelada e fraca. A utilização da lâmpada residencial enfrentou muitas barreiras pela necessidade de novas instalações e a utilização da energia elétrica. A novidade sempre enfrenta barreiras pelos usos gerais, pois gera movimentação do que já está consolidado – vemos isso o tempo todo ao se mencionar energia, por exemplo. A energia elétrica está intimamente ligada aos usos da iluminação, exigindo estudos e regulamentações pelo uso sustentável. Assim, a verificação da eficiência dos sistemas de iluminação é mote de leis e decretos. 8 9 Venda de lâmpadas incandescentes está proibida no País a partir de hoje A partir de hoje (30/06/2016), está proibida a venda de lâmpadas incandescentes no Brasil. O Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro) começa a fi scalizar amanhã (1º), por meio dos institutos de Pesos e Medidas (Ipem) estaduais, estabelecimentos comerciais que ainda tenham à disposição lâmpadas incandescentes com potência de 41 watts (W) até 60 W. Quem não atender à legislação poderá ser multado entre R$ 100 e R$ 1,5 milhão. A restrição foi estabelecida pela Portaria Interministerial n.º 1.007/2010, com o objetivo de minimizar o desperdício no consumo de energia elétrica. Uma lâmpada fl uorescente compacta economiza 75% em comparação a uma lâmpada incandescente de luminosidade equivalente. Se a opção for por uma lâmpada de LED, essa economia sobe para 85%. A troca das lâmpadas incandescentes no Brasil começou em 2012, com a proibição da venda de lâmpadas com mais de 150 W. Em 2013, houve a eliminação das lâmpadas de potência entre 60 W e 100 W. Em 2014, foi a vez das lâmpadas de 40 W a 60 W. Este ano, começou a ser proibida também a produção e importação de lâmpadas incandescentes de 25 W a 40 W, cuja fi scalização ocorrerá em 2017. Ex pl or Fonte: https://goo.gl/kHDWpr Para estudar a luminotécnica é necessário conhecer os tipos de lâmpadas, as grandezas físicas envolvidas, diferenças entre as fontes de iluminação e a seleção de material conforme o ambiente a ser iluminado. Tipos de Lâmpadas Atualmente, podemos contar fundamentalmente com três tipos de lâmpadas utilizadas na iluminação residencial e comercial: incandescente, fluorescente e Light Emitting Diodes (LED) – respectivamente, figuras 2, 3 e 4: Figura 2 – Lâmpada incandescente Fonte: iStock/Getty Images Figura 3 – Lâmpada fl uorescente Fonte: iStock/Getty Images Figura 5 – Lâmpada LED Fonte: iStock/Getty Images 9 UNIDADE Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas Lâmpada Incandescente Antes de discorrer sobre este tipo de lâmpada, é interessante saber que incan- descência é a propriedade de emissão de luz por corpos que se encontram em altas temperaturas. Por exemplo, um vulcão em pleno “funcionamento” expele material incandescente (Figura 5). Figura 5 – Vulcão e seus materiais incandescentes Fonte: iStock/Getty Images As lâmpadas incandescentes de maior uso e menor custo são compostas por um bulbo de vidro, uma base rosca metálica e um filamento. É utilizada para transformar energia elétrica em luz. É a incandescência do filamento que produz a luz. É importante observar em seu bulbo qual a potência e a tensão de funcionamento. Se a tensão a que a lâmpada está exposta for a mesma da nominal, teremos o brilho esperado da lâmpada; caso a tensão seja maior ou menor, teremos maior ou menor intensidade de luz, variável esta que poderá prejudicar a lâmpada e o ambiente que esperamos iluminar, ou seja, o brilho da lâmpada está diretamente relacionado à tensão a que está ligada. Obviamente, a tensão nominal da lâmpada não deve ser excedida em nenhuma hipótese, sob risco de queima do filamento ou de redução de sua vida útil. 10 11 Figura 6 – Thomas Edison, o “Pai da lâmpada” Fonte: Wikimedia Commons Thomas Edison inventa a lâmpada incandescente com- ercializável Em um dia como este, no ano de 1879, o norte-americano Thomas Edison transformava o invento da lâmpada incan- descente em algo comercializável, usando uma haste de carvão (carbono). Desde o início do século XIX, vários inventores tentaram construir fontes de luz à base de energia elétrica, e a maior difi culdade era encontrar um fi lamento que não queimasse a lâmpada – atualmente é usado o fi lamento de tungstênio, cuja temperatura chega a 3.000°C. Para evitar a combustão dos fi lamentos, todo o ar da lâm- pada é removido e, em seu lugar, são inseridos gases in- ertes.O grande problema é que o rendimento da lâmpada incandescente é muito baixo: apenas o equivalente a 5% da energia elétrica consumida é transformado em luz, os outros 95% acabam como calor. Thomas Edison registrou 2.332 patentes em sua vida e era conhecido como o “Feiticeiro de Menlo Park”. Ele foi um dos primeiros inventores a aplicar os princípios da produção maciça ao processo da invenção. Ele morreu no dia 18 de outubro, aos 84 anos, em West Orange, Nova Jersey, nos EUA. Ex pl or Fonte: https://goo.gl/Pd8aDB Lâmpada Fluorescente Da mesma forma, antes de conhecer a lâmpada, vejamos o fenômeno: fluores- cência é a capacidade que alguns materiais têm de absorver radiação eletromagné- tica e devolvê-la em um diferente comprimento de onda, eventualmente na faixa visível (figura 7). Figura 7 – A Hypsiboas punctatus possui três moléculas responsáveis pela fl uorescência Fonte: Wikimedia Commons 11 UNIDADE Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas As lâmpadas fluorescentes são diversificadas em cor de luz e tamanho, sendo empregadas em diversos ambientes e com variadas utilizações. São compostas de bulbo – tubo –, base, catodo e estemes. Funcionam pela ionização das moléculas de mercúrio contidas no tubo de vidro por meio das descargas elétricas que ali são aplicadas, gerando radiações visíveis pelo fenômeno da fluorescência desse material. As descargas elétricas são provenientes dos reatores instalados, os quais podem ser eletromagnéticos ou eletrônicos. Os reatores são os equipamentos que mantêm a estabilidade da descarga elétrica para a manutenção da iluminação pela limitação da corrente elétrica dentro da lâmpada. Os reatores eletromagnéticos são mais antigos e cada vez mais em desuso pelo fenômeno estroboscópico que causam, levando ao cansaço visual pela percepção do cérebro a esse fenômeno. Em seu lugar, temos a utilização dos reatores eletrônicos, que eliminam tal efeito e apresentam boa economia pela menor perda elétrica. Lâmpada fluorescente versus meio ambiente – quais são os riscos das lâmpadas fluores- centes? Leia mais em: https://goo.gl/KYRBg5Ex pl or Solução criativa para as lâmpadas fluorescentes: https://goo.gl/srmTG7 Lâmpadas fluorescentes e sua reciclagem: https://goo.gl/u1Pt8JEx pl or Lâmpada LED LED significa Diodos Emissores de Luz – do original inglês, Light Emitting Diodes. São materiais semicondutores que possuem a propriedade de emitir luz ao serem aquecidos pela passagem de corrente elétrica. Entre suas vantagens, podemos relacionar: • Operam em baixa tensão, corrente contínua; • Ausência de ruídos, aquecimento e efeito estroboscópico; • Baixo consumo de energia, boa vida útil. LED não é algo totalmente novo, pois vem sendo utilizado amplamente na indústria eletrônica em nossos equipamentos, tais como computadores, controles remotos e relógios digitais. 12 13 Mas o que é o LED, afi nal? Saiba mais em: https://goo.gl/Rywf2 Ex pl or Cálculo Luminotécnico Para atender à necessidade de iluminação de um ambiente, torna-se impor- tante pensar: • Na quantidade de luz necessária; • Na reprodução de cor; • No equilíbrio e ofuscamento. Existem normas que devem ser atendidas de acordo com as necessidades visuais e o bem-estar humano na utilização do ambiente, pois o conforto visual é fator de relevante influência na qualidade e produtividade do colaborador. Por exemplo, a Norma Regulamentadora (NR) 17 discorre sobre a luminosidade no ambiente de trabalho, especialmente nos seguintes itens: • 17.5.3 – Em todos os locais de trabalho deve haver iluminação adequada, natural ou artificial, geral ou suplementar, apropriada à natureza da atividade: » 17.5.3.1 – A iluminação geral deve ser uniformemente distribuída e difusa; » 17.5.3.2 -A iluminação geral ou suplementar deve ser projetada e instalada de forma a evitar ofuscamento, reflexos incômodos, sombras e contrastes excessivos; » 17.5.3.3 – Os níveis mínimos de iluminamento a serem observados nos locais de trabalho são os valores de iluminâncias estabelecidos na Norma Brasileira (NBR) 5413, registrada no Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro); » 17.5.3.4 – A medição dos níveis de iluminamento previstos no subitem 17.5.3.3 deve ser feita no campo de trabalho onde se realiza a tarefa visual, utilizando-se de luxímetro com fotocélula corrigida para a sensibilidade do olho humano e em função do ângulo de incidência; » 17.5.3.5 – Quando não puder ser definido o campo de trabalho previsto no subitem 17.5.3.4, este será um plano horizontal a setenta e cinco centímetros do piso. 13 UNIDADE Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas • NBR ISO 8995-1 – Norma brasileira, em vigor, sobre a iluminação em locais de trabalho. Determina requisitos para novas obras e reformas e visa aumentar a eficiência no ambiente corporativo. Especifica os requisitos de iluminação para locais de trabalho internos e as condições para que os profissionais desempenhem tarefas visuais de maneira eficiente, com conforto e segurança durante todo o período de atividade. Esta regra aborda ainda aspectos quantitativos e qualitativos da iluminação. É direcionada a ambientes internos de trabalho, de modo que todas as novas obras e reformas devem estar adequadas à determinação. A Norma substitui a NBR 5413 – iluminância de interiores –, com última revisão em 1992, e a NBR 5382 – iluminação de ambientes de trabalho –, que havia sido inicialmente publicada em 1977. Para mais informações, acesse: https://goo.gl/VGDXdY Ex pl or 14 15 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Iluminação de estádios de futebol: o caso do estádio Raulino de Oliveira DA ROSA, C. C. D. Iluminação de estádios de futebol: o caso do estádio Raulino de Oliveira. 2017. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2017. Estudo do impacto do desempenho de relés fotocontroladores sobre o consumo da iluminação pública LOMELINO, M. V. Estudo do impacto do desempenho de relés fotocontroladores sobre o consumo da iluminação pública. [S.l.: s.n.], 2016. Projeto luminotécnico com tecnologia LED para algumas áreas do Centro de Tecnologia da UFRJ RAMOS, L. W. T. Projeto luminotécnico com tecnologia LED para algumas áreas do Centro de Tecnologia da UFRJ. 2016. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016. A redução das emissões de CO2 como premissa e ferramenta para projeto e ampliação de sistemas elétricos industriais RODRIGUES, M. F. et al. A redução das emissões de CO2 como premissa e ferramenta para projeto e ampliação de sistemas elétricos industriais. Revista Eletrônica de Energia, v. 5, n. 2, 2016. 15 UNIDADE Luminotécnica e Tipos de Lâmpadas Referências CAVALIN, G.; CERVELIN, S. Instalações elétricas prediais: conforme Norma NBR 5410:2004. 20. ed. São Paulo: Érica, 2010. CREDER, H. Instalações elétricas. 14. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. LIMA FILHO, D. L. Projetos de instalações elétricas prediais. 10. ed. São Paulo: Érica, 2006. 16