ESTUDO DE CASO DE ILUMINAÇÃO COM LÂMPADAS LED E CONVENCIONAIS EM ÁREA DE PRODUÇÃO ODONTOLÓGICA

ESTUDO DE CASO DE ILUMINAÇÃO COM LÂMPADAS LED E CONVENCIONAIS EM ÁREA DE PRODUÇÃO ODONTOLÓGICA1 CASE STUDY OF LIGHTING WITH LED AND CONVENTIONAL LAMPS IN DENTAL PRODUCTION AREA WILLIAN RICARDO BISPO MURBAK NUNES2

Resumo: A iluminação de um ambiente industrial é um requisito extremamente importante no que se refere ao conforto visual do colaborador, implicando em velocidade e precisão na execução das suas atividades. De fato, muitos ambientes de produção industrial não estão em conformidade com a norma NBR 5413, a qual estabelece os requisitos mínimos para obter-se uma iluminação adequada em ambientes, considerando a influência de diversas variáveis. Com base nisto, este trabalho propõe efetuar um estudo de um ambiente de produção industrial com iluminação inadequada. Dois projetos luminotécnicos de readequação são propostos, sendo um com lâmpadas fluorescentes e outro com lâmpadas LED. O proposito das lâmpadas LED’s é prover maior economia no consumo de energia, maior durabilidade implicando menor troca periódica de lâmpadas. Por meio de cálculo metódico e dados expressivos fica evidente que a implantação com a iluminação LED traz redução na conta de energia, melhor desempenho em qualidade do produto, ou seja, conseguir melhorar o processo e diminuir as perdas de produtos. Palavras-chave: lâmpadas LED, lâmpadas fluorescentes, projeto luminotécnico, norma NBR 5413. Abstract: The lighting in an industrial environment is an extremely important with regard to the visual comfort of the employee requirement, implying speed and accuracy in the execution of their activities. In fact, many industrial environments of production are not in accordance with the NBR 5413 standard, which establishes the minimum requirements for an adequate lighting in considering the influence of several variables. Based on this, this paper proposes making a study of an environment of industrial production with inadequate lighting. Two-retrofitting lighting projects are proposed, one with fluorescent lamps and other LED lamps. The purpose of the LED bulbs is to provide greater savings in energy consumption, durability implying lower periodic relamping. Through methodical calculation and expressive data it is evident that the implementation with the LED lighting brings reduction in energy bills, better performance in product quality, ie, able to improve the process and reduce product losses. Key-words: LED lamp, halogen lamp, lighting project, NBR 5413 standard.

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Artigo apresentado a E-TEC Revista de Tecnologia e Ciência do SENAI Londrina, 2014. Mestrando em Engenharia Elétrica, Universidade Estadual de Londrina, [email protected]

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1 INTRODUÇÃO Com os avanços tecnológicos, a procura por inovações que venham trazer economia, durabilidade, eficiência e sustentabilidade estão cada vez mais em evidencia. Assim sendo o LED tornou-se vantajoso por ter todos estes atributos em sua aplicabilidade, podemos obter uma alta eficiência com durabilidade e sustentabilidade. De fato ocorre em muitas indústrias projetos de iluminação incompatíveis com a norma regulamentadora NBR5413, trazendo desconforto visual ao colaborador, má qualidade de processo e entre outros problemas agravantes com uma iluminação precária. Por este motivo, este trabalho propõe implementar, segundo a norma NBR 5413, uma readequação de iluminação de um ambiente industrial de produção de produtos odontológicos, cujo índice de iluminância está incompatível com o estabelecido pela norma. Propõe-se readequar tal índice de iluminância propondo o projeto luminotécnico com dois tipos de lâmpadas, sendo uma convencional (lâmpada fluorescente) e outra uma inovação no mercado nacional, a lâmpada LED. Além de inovadora, a lâmpada LED agride menos o meio ambiente, proporcionando melhor reutilização, pois ao contrário das lâmpadas fluorescentes as de LED não contêm substâncias nocivas. Por fim, o trabalho efetua um comparativo entre os dois projetos implementados, analisando sua viabilidade econômica, impacto energético, durabilidade, economia na conta de energia elétrica, eficiência energética, vida útil entre outros aspectos preponderantes. 2 2.1.

FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Diodo Emissor de Luz

O diodo emissor de luz ou LED (do inglês, Light Emitting Diode), o qual se utiliza do processo que cientificamente é chamado de eletroluminescência através de diodos. É uma fonte de luz moderna e muito nova, o qual existe há mais de 100 anos, mais precisamente no ano de 1907, quando o pesquisador Henry Joseph Round descobriu acidentalmente os efeitos físicos do eletroluminescência. O LED emite luz em um determinado comprimento de onda quando polarizado na posição direta. Isso que dizer, que o LED possui polaridade e só emite luz se estiver com a polaridade positiva (+) e negativa (-) adequada em seus terminais. Além disto, o LED é um semicondutor, isto é, elemento intermediário entre o condutor e o isolante, onde o fluxo de corrente se estabelece se for aplicado uma tensão elétrica adequada. Com o crescimento do emprego dos LED’s em lugar das lâmpadas comuns em iluminação, circuitos que possibilitem a utilização desses componentes em 110 V ou 220 V são bastante procurados. Em seu Application Note NA-1131, a International Rectifier® descreve um circuito que aceita entradas de 90 Vac a 265 Vac fornecendo correntes de 350 mA a uma sequência de LED’s. A curva de referência I/V dos LED’s é crítica. Uma pequena variação na tensão direta se transfere para o LED, causando uma forte variação de brilho. Como a corrente depende da tensão, as variações de tensão refletem-se no brilho dos LED’s de forma indesejável. Assim, a melhor maneira de se controlar o brilho é mantendo um controle preciso da corrente circulante pelos LED’s. Outro fator crítico que ocorre na luminosidade dos LED’s é a dependência desses componentes com a temperatura. Os LED’s possuem um coeficiente negativo natural de temperatura, o que traz um verdadeiro desafio aos projetistas que tentam ligar esses componentes em paralelo. 2

Para ligar LED’s em série, devemos considerar a queda de tensão em cada um, o que também consiste em um problema de projeto, principalmente quando o circuito opera com baixas tensões. No circuito acima temos a retificação direta da tensão da rede por uma ponte de diodos e, depois, sua filtragem é feita por dois capacitores em paralelo. Com esta tensão, um circuito redutor com diodos zener produz uma queda que baixa a tensão para valores entre 16 V e 35 V. Nesta faixa de tensão, a corrente de saída é de 350 mA, esta configuração do circuito possibilita alimentação de até 12 LED’s em série. Se dois LED’s forem ligados em paralelo, um deles sempre conduzirá um pouco mais que o outro, e isso acarretará uma elevação maior da temperatura deste que conduz mais. O resultado é que, com a elevação da temperatura, a corrente irá aumentar mais ainda e, com isso, teremos uma deriva térmica neste componente que desviará toda a corrente para ele, podendo causar sua queima. Mesmo que ele não queime, a distribuição desigual da corrente fará com que um brilhe mais que o outro. 2.2.

Tipos de LED’s

Os LED’s são classificados em três grupos: LED de sinalização, LED de potência e LED’s brancos. Os LED’s de sinalização são conhecidos como radias, foram os primeiros a aparecer no mercado. Atualmente os LED’s de sinalização continuam sendo usados de forma abundante, tendo como característica principal pequeno consumo de energia. Utilizado principalmente me aplicações em que se deseje sinalizar algum ponto do equipamento por iluminação constante ou de forma intermitente, como em modem transponders e decodificadores de sinais. Os LED’s de potência são utilizados para iluminação geral. O termo LED’s de potência devese ao fato que tal dispositivo eletrônico é capaz de produzir uma iluminação suficientemente grande, como se grande potência tivesse, embora suas características mantenham-se sendo o baixo consumo, ou seja, baixa potência. A citar por exemplo, um LED de 7W, pode produzir luz equivalente a uma lâmpada com 50W. Os LED’s de potência são os que servem para iluminação geral, seja arquitetural, industrial, comercial, cênica e automobilístico. As cores dos LED’s verdes, vermelho, âmbar, entre outras cores são oriundas do material utilizado para produção da junção PN do LED. Cada material emite um comprimento de onda, e sabemos que cada comprimento de onda gera um tipo de uma cor de luz saturada, visível ao olho humano. Finalmente, tem-se os LED’s brancos está sendo desenvolvido, possível substituto para as lâmpadas convencionais. Existem diversas formas de obtenção do LED branco. A primeira técnica é usando os elementos químicos da tabela periódica podemos misturar o fósforo amarelo em cima do LED azul gerando o LED branco. A segunda técnica consiste de misturas diretamente de três fontes de luzes monocromático, a mistura do vermelho, verde e azul (conhecido com processo RGB- Red Green Blue produz uma fonte de luz branca através desta combinação). A terceira técnica usa um LED azul para excitar um ou mais fósforo emissores de luz visível. O LED é projetado para deixar um pouco de luz azul entre o fósforo para gerar porção azul do aspecto, enquanto o fósforo converte a porção remanescente da luz azul em porções vermelhas e verdes do espectro. Independente da forma de conseguir a luz branca, o fundamental é que o chamado LED branco, como já falamos, é o divisor de água entre os LED’s de sinalização e os LED’s para iluminação geral. O que possibilita cada vez mais sua utilização em no lugar, que sempre fora das lâmpadas incandescente, halógenas, fluorescente e de descargas HID. Este trabalho utilizar-se-á um LED de potência, próprio para aplicações de iluminação geral. 3

2.3. Vantagens e Desvantagens do uso do LED Dentre as principais vantagens podemos citar: economia de energia elétrica; durabilidade; resistência à quebra; inexistência de substância tóxica e baixa manutenção. No entanto outros aspectos devem ser salientados quanto a iluminação por lâmpadas LED: a) Dependência de componentes importados: apesar de já contarmos no Brasil com várias empresas que fabricam luminárias com LED, ainda dependemos da importação do componente. Nos bastidores já temos notícias que no próximo ano teremos a primeira fábrica nacional. b) Mão de obra especializada: o uso do LED requer cuidados para que suas vantagens sejam garantidas. Um bom projeto demanda atenção quanto a aspectos de dissipação de calor, lentes de conversão, fonte de alimentação (drivers) e circuitos eletrônicos (dimmer de efeito). c) Investimento e retorno em curto prazo: se compararmos de forma imediatista certamente o preço de uma luminária de LED pode desmotivar a sua compra. Porem se botarmos na ponta do lápis o investimento se paga em médio prazo. O preço desta tecnologia vem caindo a cada dia e já é possível encontrar uma redução de até 50% no preço de uma luminária em alguns fabricantes. d) Adaptação de luminárias já existentes: nem sempre a substituição imediata de uma lâmpada convencional por uma solução de LED é direta. No mercado encontramos algumas soluções de “retrofit” mas o ideal é quando podemos “customizar” a solução de forma a conseguir um resultado final com o efeito desejado a um preço mais em conta. e) Atenção com a oferta dos produtos de baixo custo: fique atento com a oferta de produtos importados. Grande parte oferece uma qualidade compatível com o preço e podem trazer problemas depois de toda a instalação pronta. 2.3. Índice de Reprodução de Cores (IRC) O que sempre buscamos na iluminação é uma fonte de luz que tenha um bom IRC (Índice de Reprodução de Cores), a luz emitida deve gerar vários comprimentos de ondas, cada um proporcionando uma cor, e no somatório destas frequências, conseguimos uma maior abrangência no espectro das cores. O IRC mede quanto a luz artificial se aproxima da natural. Quanto maior o IRC, melhor, sendo este um fator preponderante para comparação de fontes de luz, ou para a escolha da lâmpada. O IRC é o valor percentual médio relativo à sensação de reprodução de cor, baseado em uma série de cores padrões. Para indicar de forma consistente as propriedades de reprodução de cor de uma fonte de luz, idealizou-se um índice de reprodução de cores padrões (no caso 8) sob diferentes iluminantes. O método de avaliação, numa explicação bem simplificada, consiste na avaliação das cores padrões, quando submetidas à luz da fonte a ser analisada e sob a luz de uma fonte de referência que deveria ser um corpo negro(radiador integral), que apresenta um valo de 100%. 2.4

Lâmpada fluorescente

As lâmpadas fluorescentes são comumente utilizadas nos mais variados sistemas de iluminação elétrica, sendo considerado sua eficiência e seu consumo razoavelmente bons. O componente mais importante para esse conceito de iluminação é o mercúrio uma substância tóxica e potencialmente perigosa. O uso dessas lâmpadas cresce cada vez mais no Brasil, concomitante ao descarte irregular pós-consumo.

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- Funcionamento da Lâmpada Fluorescente A lâmpada fluorescente é uma lâmpada de descarga elétrica à baixa pressão. Consiste em tubo de vidro revestido com um pó fluorescente e preenchido com um gás nobre e vapor de mercúrio. Esse vapor gera radiação ultravioleta que é absorvida pelo pó fluorescente do revestimento interno do bulbo, transformando-se em luz visível. Na lâmpada fluorescente a luz é emitida pela passagem da corrente elétrica através de um gás de enchimento à baixa pressão e vapor de mercúrio à baixa pressão parcial. Há um eletrodo em cada extremidade do tubo com um filamento de tungstênio revestido com uma pasta emissiva de elétrons. Aplicando uma corrente elétrica na lâmpada os elétrons passam de um eletrodo para o outro criando um fluxo de corrente elétrica. Os elétrons ao colidirem com os átomos de mercúrio ionizam o metal emitindo radiação ultravioleta, o composto de fósforo que revesti internamente o tubo de vidro absorve a radiação ultravioleta, transformando em radiação eletromagnética na região do espectro de luz visível. O tubo da lâmpada fluorescente é revestido é revestido internamente com uma mistura de compostos de fósforos (pó fluorescente), o revestimento interno do tubo mais comumente utilizado é o halofosfato de cálcio. Os compostos de fósforos são substâncias químicas que emitem luz quando expostos à radiação ultravioleta de baixo nível energético, a combinação de diferentes tipos de fósforos em pó e em várias proporções propicia uma grande variedade de cores e tons. - Tipos de Lâmpadas Fluorescentes Basicamente têm-se lâmpadas fluorescentes do tipo: circular; tubular; e compacta. - Lâmpada Fluorescente no Meio Ambiente As lâmpadas fluorescentes utilizam um processo de descarga de corrente elétrica conduzida pela presença de mercúrio liquido ou vapor e um gás inerte. Com o tempo e devido ao uso o mercúrio transfere-se para o revestimento interno (pó fluorescente), para o vidro e para o eletrodo conectado às bases de alumínio, sendo assim são substituídas ao termino de sua vida útil e descartadas na maioria dos casos conjuntamente com resíduos sólidos domiciliares, degradando o meio ambiente. Se por um lado o mercúrio é o principal componente para a iluminação, por outro lado é um elemento potencialmente perigoso com elevados riscos no meio ambiente, os resíduos de uma única lâmpada fluorescente tubular podem contaminar até 30.000 litros de água (ZANICHELI, 2004). 2.5

Norma NBR 5413: Iluminância de Interiores

Esta norma estabelece os valores de iluminância média mínima em serviço para iluminação artificial em interiores, onde se realizem atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras. Conforme a NBR5413 a Iluminância é o limite da razão do fluxo luminoso recebido pela superfície em torno de um ponto considerado, para a área da superfície quando esta tende para o zero. - Intensidade Luminosa Se a fonte luminosa irradiasse a luz uniformemente em todas as direções, o Fluxo Luminoso se distribuiria na forma de uma esfera. Tal fato, porém, é quase impossível de acontecer, razão pela qual é necessário medir o valor dos lumens emitidos em cada direção. Essa direção é representada por vetores, cujo comprimento indica a Intensidade Luminosa. Em outras 5

palavras é a potência da radiação luminosa em uma dada direção. Como a maioria das lâmpadas não apresenta uma distribuição uniformemente em todas as direções é comum o uso das curvas de distribuição luminosa, chamadas CDL´s. - Fluxo Luminoso É a potência de radiação total emitida por uma fonte de luz em todas as direções do espaço e capaz de produzir uma sensação de luminosidade através do estímulo da retina ocular. Em outras palavras, é a potência de energia luminosa de uma fonte percebida pelo olho humano. Um lúmen é a energia luminosa irradiada por uma candela sobre uma superfície esférica de 1 m2 e cujo raio é de 1 m. Assim o fluxo luminoso originado por uma candela é igual à superfície de uma esfera unitária de raio (r = 1 m). 3 3.1

PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS Tipologia de pesquisa

Investigou-se a norma brasileira, de tal modo a deparar-se com o metodologia empregada para projeto luminotécnicos. 3.2

Implementação

Dentre os métodos de projeto luminotécnico utilizou-se o método dos Lumens, por ter uma menor complexidade. O método dos Lumens tem por finalidade principal determinar o número de luminárias necessárias para garantir um valor de iluminamento médio especificado a priori. Ele pode ser resumido nos passos a seguir. - Passo 1 Estabelecer o iluminamento médio do local, em função das dimensões do mesmo e da atividade a ser desenvolvida. Conforme mencionado anteriormente, as normas técnicas possuem valores de referência para o iluminamento médio. De acordo com a NBR 5413, para a determinação da iluminância conveniente é recomendável considerar os seguintes procedimentos: Do anexo B constam os valores de iluminâncias por classe de tarefas visuais. O uso adequado de iluminância específica é determinado por três fatores, de acordo com a Anexo C. O procedimento é o seguinte: 1. Analisar cada característica para determinar o seu peso (-1, 0 ou +1); 2. Somar os três valores encontrados, algebricamente, considerando o sinal; 3. Usar a iluminância inferior do grupo, quando o valor total for igual a –2 ou –3; a iluminância superior, quando a soma for +2 ou +3; e a iluminância média nos outros casos. A maioria das tarefas visuais apresenta pelo menos média precisão. Os valores para iluminância previstos no item 5.3 da NBR 5413 para cada tipo de local ou atividade existem três iluminância indicadas. A seleção do valor recomendado feito da seguinte maneira: Das três iluminâncias, considerar o valor do meio, devendo este ser utilizado em todos os casos; O valor mais alto, das três iluminâncias deve ser utilizado quando: a) A tarefa se apresenta com refletâncias e contrastes bastante baixos; b) Erros são de difícil correção; c) O trabalho visual é critico; d) Alta produtividade ou precisão são de grande importância; e) A capacidade visual do observador estão abaixo da media. 6

O valor mais baixo, das três iluminâncias, pode ser utilizado quando: a) Refletâncias ou contrastes são bastante altos; b) A velocidade e/ou não são importantes; c) A tarefa é executada ocasionalmente. - Passo 2 Estabelecer o tipo de lâmpada e de luminária a serem utilizadas no local. A experiência do projetista é muito importante neste passo, pois um determinado conjunto lâmpada/luminária disponível comercialmente pode-se adaptar melhor a algumas aplicações e não a outras. Por exemplo, iluminação fluorescente convencional é bastante indicada para iluminação de escritórios, e iluminação incandescente é a opção preferencial para galerias de arte, devido a sua excelente reprodução de cores. - Passo 3 Para a luminária escolhida no passo anterior determina-se o Fator de Utilização (Fu). Este coeficiente, menor ou igual a 1, representa uma ponderação que leva em conta as dimensões do local e a quantidade de luz refletida por paredes e teto. A contribuição das dimensões do local é feita através do chamado Índice do Local (K) definido de acordo com: c ⋅l K= h + (c ⋅ l ) onde: c - comprimento do local, considerando formato retangular (m); l - largura do local (m); h - altura de montagem das luminárias (m). O índice do local permite diferenciar locais com mesma superfície total, mas com formato diferente (quadrado, retangular, retangular alongado, etc.), e também incorpora a influência da distância entre o plano das luminárias e o plano de trabalho. De posse do índice do local, o coeficiente de utilização é facilmente obtido através de tabelas cujas outras variáveis de entrada são a fração de luz refletida por paredes e teto. - Passo 4 Para o local de instalação determina-se o Fator de Depreciação (Fd). Este coeficiente, menor ou igual a 1, representa uma ponderação que leva em conta a perda de eficiência luminosa das luminárias devido à contaminação do ambiente. Existem tabelas que fornecem valores deste coeficiente em função do grau de contaminação do local e da freqüência de manutenção (limpeza) das luminárias. - Passo 5 Determina-se o fluxo luminoso total _ (em lúmen) que as luminárias deverão produzir, de acordo com a seguinte expressão: E⋅A ϕ= Fu ⋅ Fd onde: E - iluminamento médio (em lux) estabelecido no Passo 1; S = C x L - área do local (m2). - Passo 6 Determina-se o número necessário de luminárias NL: N=

ϕ ϕ LUMINÁRIA

onde: 7

ϕ - fluxo luminoso total calculado no passo 5; ϕ LUMINÁRIA - fluxo luminoso (em lúmens) de uma luminária (este valor é conhecido uma vez escolhidas a luminária e a lâmpada - Passo 2). - Passo 7 Ajusta-se o número de luminárias de forma a produzir um arranjo uniformemente distribuído (por exemplo, certo número de linhas cada uma com o mesmo número de colunas de tal forma que o número de luminárias resulte o mais próximo possível do valor determinado no Passo 6). - Passo 8 Uma vez ajustado o número efetivo de iluminarias por linha e coluna, efetuar o cálculo da iluminância efetiva no plano de trabalho. 4

APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Quanto ao ambiente industrial em questão tem-se a seguir algumas especificações. Trata-se de um ambiente de produção de embalagem de escova de dente, com mesa de trabalho a uma altura de 0,8m acima do piso. Parede com cores: azul claro, amarelo e branco. Teto composto por uma manta prateada. Chão de cor cinza. Média de idade dos funcionários neste ambiente é menor que 40 anos. E neste ambiente, velocidade e precisão são requisitos importantes. O ambiente possui as seguintes dimensões: l=10 m, c=17 m e h=7,2 m. 4.1. Projeto luminotécnico com lâmpadas fluorescente A seguir tem-se o roteiro de dimensionamento conforme a norma NBR5413, utilizando lâmpadas fluorescente. - Aparelho de iluminação escolhido. Luminária TCS 029; duas lâmpadas TLDRS 32/64 – 7.750 lm 2 x 7.750 = 15.500 lm, IRC 72, Temperatura de Cor de 5200K, vida mediana de 12000 horas. - Iluminância Conforme a Tabela 1 da NBR5413, tem-se que o ambiente enquadra-se na classe B. E com base na Tabela 2 da mesma norma, a somatória dos pesos preponderantes resulta em um valor igual a -1, que implica em utilizar o valor médio de iluminância média do item 5.3 da NBR5413 determina-se que a iluminância adequada para o ambiente em questão é do item 5.3.40 da norma, isto é, E = 500 lx, levando em conta que as especificações iniciais do ambiente. - Fator ou índice do local K Tem-se: l = 10m ; c = 17m e hm = (8-0,8-1) = 7,2m (distância da luminária do teto e mesas a 0,8m). Da expressão de fator K obtém-se: c ⋅l K= = 0,95 h + (c ⋅ l ) - Refletância Da tabela de refletância das cores obtém-se com base das especificações do ambiente que as 8

refletâncias serão: teto=50%; chão: 45% e paredes=68%. - Fator ou coeficiente de utilização Fu Consultando o catálogo da luminária, determina-se o fator de utilização Fu para a luminária escolhida, com K = 0,97 (letra I) e considerando para o local uma refletância (50% teto, 50% parede, 50% piso), obtém-se Fu = 0,38, para a lâmpada Nº15. - Fator de depreciação Fd Considerando ambiente normal e manutenção a cada 7500h, obtém-se da tabela de depreciação Fd = 0,8. - Fluxo luminoso Da expressão do fluxo luminoso tem-se que: E ⋅ (c ⋅ l ) 500 ⋅ (17 ⋅ 10) E⋅A ϕ= = = Fu ⋅ Fd Fu ⋅ Fd 0,38 ⋅ 0,8 ϕ = 279605lm - Número de luminárias Assim o número de luminárias será a divisão do fluxo luminoso total pelo valor de cada luminária, dado pelo valor de fluxo luminoso de cada lâmpada fluorescente: 279695 ϕ N= = = 18 ϕ LUMINÁRIA 2 * ϕ LAMPADAHO - Distribuição de luminárias: Com base no número encontrado pode-se então distribuir as luminárias no ambiente de maneira uniforme. 4.2. Projeto luminotécnico com lâmpadas LED A seguir tem-se o roteiro de dimensionamento conforme a norma NBR5413, utilizando lâmpadas LED.

- Aparelho de iluminação escolhido Luminária CLI-HB004; 10380 lm; potência elétrica consumida de 97 W; vida útil > 50000h.. Maiores informações podem ser obtidos no Anexo E. - Iluminância Conforme a Tabela 1 da NBR 5413, tem-se que o ambiente enquadra-se na classe B. E com base na Tabela 2 da mesma norma NBR 5413, a somatória dos pesos preponderantes resulta em um valor igual a -1, que implica em utilizar o valor médio de iluminância média do item 5.3 da NBR5413 - Iluminâncias em lux, por tipo de atividade (valores médios em serviço) determina-se que a iluminância adequada para o ambiente em questão é do item 5.3.40 da norma, isto é, E = 500 lx, levando em conta que as especificações iniciais do ambiente. - Fator ou índice do local K Tem-se: l = 10m ; c = 17m e h = (8-0,8-1) = 7,2m (distância da luminária do teto e mesas de trabalho a 0,8m). Da expressão de fator K obtém-se: 9

K=

c ⋅l = 0,95 h + (c ⋅ l )

- Refletância: Da tabela de refletância das cores obtém-se com base das especificações do ambiente que as refletâncias serão: teto=50%; chão: 45% e paredes=68%. Seguindo a tabela do anexo A, o índice do local será dotado pela letra I. - Fator ou coeficiente de utilização Fu: O fluxo luminoso final (útil) que incidirá sobre o plano de trabalho, é avaliado pelo Fator de Utilização. Ele indica, portanto, a eficiência luminosa do conjunto lâmpada, luminária e recinto. O produto da Eficiência do Recinto ηr, vide anexo D, pela Eficiência da Luminária ηl, nos dá o Fator de Utilização (Fu). Fu = ηl ⋅ ηr Consultando o anexo D, atentando-se para a tabela com p1=0,5, p2=0,5 e p3=0,3, curva fotométrica A1.2, índice de local K =0,9, obtém-se ηr igual a 0,63. Com isto o fator de utilização será: Fu = ηl ⋅ ηr = 0,98 ⋅ 0,63 Fu ≅ 0,61 - Fator de depreciação Fd Considerando ambiente normal e manutenção a cada 50000h, obtém-se da tabela do fabricante Conexe LED®, Fd = 0,95. - Fluxo luminoso Da expressão do fluxo luminoso tem-se que: E ⋅ (c ⋅ l ) 500 ⋅ (17 ⋅ 10) E⋅A ϕ= = = Fu ⋅ Fd Fu ⋅ Fd 0,6 ⋅ 0,95 ϕ = 149122lm - Número de luminárias Assim o número de luminárias será a divisão do fluxo luminoso total pelo valor de cada luminária, dado pelo valor de fluxo luminoso de cada lâmpada LED: ϕ 149122 N= = = 14,3 ≅ 14 lâmpadas LED ϕ LUMINÁRIA 10380 No entanto, se as cores do ambiente forem todas modificadas para cor branca, de modo que a refletância aumente, será necessário um número menor de lâmpadas LED. Com isto o fator de utilização será: Fu = ηl ⋅ ηr = 0,98 ⋅ 0,9 Fu ≅ 0,88 O novo fluxo luminoso será de E ⋅ (c ⋅ l ) 500 ⋅ (17 ⋅ 10) E⋅A ϕ= = = Fu ⋅ Fd Fu ⋅ Fd 0,88 ⋅ 0,95 ϕ = 101674lm Assim o número de luminárias será: ϕ 101674 N= = = 9,79 ≅ 10 lâmpadas LED ϕ LUMINÁRIA 10380 10

- Distribuição de luminárias: Com base no número encontrado pode-se então distribuir as luminárias no ambiente de maneira uniforme na forma de 4 fileiras, distribuídas da seguinte forma: 1x3+1x2+1x2+1x3, isto é duas fileiras laterais contendo 3 lâmpadas LED e duas fileiras centrais contendo 2 lâmpadas LED. - Análise e comparativo dos projetos No que se refere ao sistema de iluminação com lâmpadas fluorescente e lâmpadas LED’s a Tabela 1 explicita os dados mais relevantes para efeitos de comparação entre os dois projetos luminotécnicos executados. Tabela 1: Comparativo entre os projetos luminotécnicos com lâmpada fluorescente e lâmpadas

Custo para aquisição e manutenção Vida útil Quantidade Consumo total Custo de energia anual Custo de aquisição

Lâmpadas Fluorescente

Lâmpadas LED’s

R$ 95,31

R$ 1320,00

12 000 h 16 1760 W R$ 3.883,12 R$ 912,00

50 000 h 10 970 W R$ 2140,13 R$ 13.200,00

Da Tabela 1 vale ressaltar que a vida útil é o número de horas decorrido quando se atinge 70% da quantidade de luz inicial devido à depreciação do fluxo luminoso de cada lâmpada, somado ao efeito das respectivas queimas ocorridas no período, ou seja, 30% de redução da quantidade de luz inicial. A cada vez que você liga e desliga uma lâmpada fluorescente a sua vida útil é diminuída por causa das reações químicas realizadas para a produção de luz visível, causando desgaste nos elementos da lâmpada e podendo até queimar a lâmpada e o reator conforme ao passar do tempo. A lâmpada LED escolhida para o projeto tem vida útil de 50.000 horas e uma alta eficiência, além de serem resistentes a impactos, não quebram e ainda não queimam. Dessa forma reduzem drasticamente as trocas periódicas de lâmpadas. Avaliando a economia de energia provinda com o uso das lâmpadas LED o retorno financeiro será de aproximadamente R$ 1.743,00 anualmente. Isso implica determinado o retorno de investimento provindo somente pela retorno financeiro de energia a implementação do sistema com lâmpadas LED’s resultará em um tempo de retorno de 7 anos e meses.

5 CONCLUSÕES Este trabalho propôs o estudo da iluminação de ambiente de produção industrial odontológico, readequando-o conforme as diretrizes estabelecidas pela norma brasileira NBR5413. A partir de dois projetos luminotécnicos com dois tipos de lâmpadas distintos comerciais obteve-se dados relevantes para a avaliação do custo de investimento e tempo de retorno para com a implementação de lâmpada LED’s no ambiente investigado. Nota-se que a lâmpada LED é viável devido a sua alta eficiência e baixo consumo, mesmo tendo um preço muito elevado se comparada com a lâmpada fluorescente. Percebe-se que no decorrer de um 1 ano por exemplo a economia em apenas um setor da empresa será de R$1.743,00. I inconveniente nesta implementação com lâmpadas LED’s é o tempo de retorno ser a longo prazo, que se deve principalmente ao custo dos modelos comerciais brasileiros. 11

REFERÊNCIAS ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR5413 - Iluminância de Interiores. Rio de Janeiro, 1990. MOTTIER, Patrick. LEDs for Lighting Applicatins. França: Editora British Library, 2009. SILVA, Mauri Luiz da. LED: A luz dos novos projetos. 1º Edição. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2012. ZANICHELI, C. Reciclagem de lâmpadas: aspectos ambientais e tecnológicos. Faculdade de Engenharia Ambiental. Centro de Ciências Exatas Ambientais e de Tecnologias. Pontifícia Universidade Católica de Campinas. Campinas, SP, 2004. 22 p.

ANEXO Anexo A - Índices de reflexão. Refletâncias das diversas cores

Refletâncias das diversas cores

Branco

75 a 85%

Marfim

63 a 80%

Creme

56 a 72%

Amarelo Claro

64 a 75%

Marrom

17 a 41%

Verde Claro

50 a 65%

Anexo B - Fatores determinantes da iluminância adequada. Peso

Características da tarefa e do observador

-1

0

+1

Idade

Inferior a 40 anos

40 a 55 anos

Superior a 55 anos

Velocidade e precisão

Sem importância

Importante

Crítica

Refletância do fundo da tarefa

Superior a 70%

30 a 70%

Inferior a 30%

Anexo C - Iluminância por classe de tarefas visuais. Classe A Iluminação geral para áreas usadas interruptamente ou com tarefas visuais simples

Iluminancia (lux) 20-30-50 50-75-100 100-150-200

Tipo de atividade Áreas públicas com arredores escuros Orientação simples para permanência curta Recintos não usados para 12

trabalho continuo; depósitos Tarefas com requisitos 200-300-500

visuais limitados, trabalho bruto de maquinaria, auitórios Tarefas com requisitos

B

500-750-1000

visuais normais, trabalho médio de maquinaria,

Iluminação geral para

escritórios.

área de trabalho

Tarefas com requisitos 1000-1500-2000

especiais, gravação manual, inspeção, indústria de roupas Tarefas visuais exatas e

2000-3000-5000

tamanho pequeno

C Iluminação adicional para tarefas visuais difíceis

prolongadas, eletrônica de Tarefas visuais muito exatas,

5000-7500-10000

montagem de microeletrônica

10000-15000-20000

Tarefas visuais muito especiais, cirurgia

Anexo D – Eficiência do recinto

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Anexo E – Modelo da lâmpada LED

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