Tutorial de Projeto Luminotécnico Feito por Vinícius Marinho Silva
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Vitória da Conquista 06/10/2010
SUMÁRIO
NOMENCLATURA..........................................................................................................3 LISTA DE TABELAS.......................................................................................................4 LISTA DE FIGURAS....................................................................................................... 5 1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................6 2. DISCUSSÃO TEÓRICA...............................................................................................7 3. MEMORIAL DE CÁLCULOS................................................................................... 15 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO.................................................................................29 5. BIBLIOGRAFIA......................................................................................................... 33
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NOMENCLATURA ABNT NBR K U 𝜌 Fpl E P n N 𝜙 LED 𝑄𝑐 𝑄𝑙 𝜂𝑊 IRC GE
Associação Brasileira de Normas Técnicas Normas Brasileiras Índice do local Fator de utilização Refletância [%] Fator de perdas luminosas Iluminância [lx] Potência [W] Quantidade de lâmpadas por luminária Quantidade de luminárias necessárias no recinto Fluxo Luminoso [lm] Light Emiting Diode Quant. de luminárias distribuídas paralelamente ao compr. do recinto. Quantidade de luminárias distribuídas paralelamente à largura do recinto. Eficiência luminosa [lm/W] Índice de reprodução de cor General Eletric
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LISTA DE TABELAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Levantamento das dimensões dos recintos...............................................................16 Relação entre a superfície a refletância correspondente ..........................................18 Relação do fator de utilização para lâmpadas fluorescentes.....................................18 Relação do fator de utilização para os recintos do projeto.......................................19 Relação do fator de perdas luminosas mediante a situação da superfície.................19 Característica da tarefa e do observador quanto a idade...........................................20 Iluminâncias recomendadas (em lux) para diferentes recintos da casa....................20 Relação dos cômodos com as respectivas iluminâncias recomendadas...................21 Pesquisa feita com diferentes tipos de lâmpadas......................................................22 Relação de tipos de lâmpadas com parâmetros de investimento, potência e consumo....................................................................................................................32 11. Valores médios de rendimentos fornecidos por fabricantes de luminárias...............32
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LISTA DE FIGURAS 1. Demonstração de uma residência desenvolvida com projeto luminotécnico....................8 2. Exemplificação de situações desejáveis e indesejáveis para um projetista luminotécnico....................................................................................................................8 3. Tomas A. Edson, inventor da primeira lâmpada...............................................................9 4. Imagem de uma lâmpada incandescente.........................................................................10 5. Estrutura de uma lâmpada incandescente........................................................................10 6. Imagem de lâmpadas halógenas......................................................................................10 7. Imagem de lâmpadas fluorescentes.................................................................................11 8. Estrutura de lâmpadas fluorescentes...............................................................................11 9. Imagem de uma lâmpada de descarga.............................................................................12 10. Estrutura de uma lâmpada de descarga...........................................................................12 11. Imagem de uma lâmpada de LED...................................................................................13 12. Planta da casa referente ao projeto luminotécnico deste trabalho...................................14 13. Ilustração dos conceitos de pé direito e área de trabalho................................................15 14. Imagem ilustrativa da disposição das luminárias fluorescentes compactas dulas na sala de jantar e na sala de estar 1............................................................................................26 15. Exemplificação de uma luminária fluorescente compacta dupla utilizada na sala e nos dormitórios......................................................................................................................27 16. Esboço das disposições das luminárias na residência.....................................................28
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1. INTRODUÇÃO O presente trabalho de Gerenciamento de Energia tem como meta a arquitetura do projeto luminotécnico residencial da planta ilustrada na figura 12 de modo que o mesmo ofereça um equilíbrio entre conforto e economia. Exigindo assim do aluno a aplicação dos conceitos de eficiência energética aprendidos até então em sala de aula na disciplina de Gerenciamento de Energia, não utilizando qualquer artifício computacional em seu auxílio, o que pode ser comprovado no passo a passo do memorial de cálculo presente.
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2. DISCUSSÃO TEÓRICA Entende-se por luminotécnica a ciência que analisa e desenvolve soluções exclusivas para iluminação de um determinado ambiente. Através dela é possível obter o controle da qualidade e quantidade de luz desejável seja o ambiente que for. Numa definição mais conceitual, a luminotécnica é a técnica que estuda e planeja a correta utilização da iluminação artificial em ambientes internos e externos [7].
Figura 1: Demonstração de uma residência desenvolvida com projeto luminotécnico.
Deve-se ter em mente que um verdadeiro projeto de iluminação artificial deve proporcionar ao ambiente iluminação suficiente para as atividades que serão executadas, boa distribuição de iluminância, ausência de ofuscamento, contrastes adequados (equilíbrio de luminâncias), dentre outros. Deve-se estar atendo às perdas desnecessárias de energia por conta de irradiações luminosas em áreas desnecessárias (vide figura abaixo) entrando assim na área do gerenciamento de energia [1] [7].
Figura 2: Exemplificação de situações desejáveis e indesejáveis para um projetista luminotécnico.
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A luz em si é invisível, o que vemos é o objeto iluminado e é exatamente por isso que a luz está diretamente relacionada à cor e à textura que este objeto possui. Como cada pessoa tem uma sensibilidade diferente da outra (para cores e quantidade de luz), a sensação psicológica transmitida será diferente para cada indivíduo. Desde tempos imemoriais, sempre foi preocupação do homem dotar suas moradias de meios adequados para suprir a falta da luz natural. O primeiro recurso foi, naturalmente, o fogo, que produz calor e luz, obtido pela de madeira, carvão e outros. As antigas lâmpadas eram fabricadas em cerâmica ou metal, possuíam uma alça para se segurar e um pavio na outra extremidade e utilizavam algum óleo como combustível. Com o advento do petróleo, o gás passou a ser utilizado na iluminação. No Brasil, em 1851, Irineu Evangelista de Souza, o Barão de Mauá, iniciou a iluminação de ruas por meio do famoso lampião a gás. As primeiras lâmpadas a utilizarem a eletricidade foram as lâmpadas a arco voltaico. No fim do século XIX, através de Thomas Alva Edison, surgiram as primeiras lâmpadas elétricas incandescentes, que, por se revelarem mais práticas para produzir luz, passaram a ser utilizadas em larga escala [2].
Figura 3: Tomas A. Edson, inventor da primeira lâmpada.
Fluxo luminoso é a quantidade de luz emitida por uma lâmpada em todas as direções sua unidade é o Lumem (Im). Intensidade Luminosa é a quantidade de luz emitida por uma fonte luminosa em uma determinada direção. Utilizada em lâmpadas refletoras, onde a intensidade luminosa está ligada ao ângulo do fecho. Sua unidade é candelas (Cd) com símbolo I. Iluminância é o fluxo luminoso que incide em uma área, ou seja, a quantidade de luz que chega a um ponto. Sua unidade é Lux com Símbologia “E”. Índice de Reprodução de Cor (IRC) é a relação entre a cor real de um objeto ou superfície e a aparência percebida diante de uma fonte luminosa. Esse índice varia de 0 a 100%, sendo que, quanto mais próximo de 100%, maior é a fidelidade e precisão das cores dos objetos. Eficiência Luminosa é a relação entre o fluxo luminoso emitido pela lâmpada e a potência consumida sua unidade é o Lumem/Watt – Im/W.
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Rendimento luminoso ou eficiência luminosa é um indicador de eficiência utilizado para avaliar o rendimento da conversão de energia em luz por uma determinada fonte luminosa. É um indicador de mérito que consiste na avaliação do rácio entre o fluxo luminoso (em lumens) e a potência (geralmente medida em watts). Dependendo do contexto, a potência pode ser o fluxo radiante da fonte ou a energia eléctrica consumida pela fonte [1]-[5]. 2.1 TIPOS DE LÂMPADAS 2.1.1 Lâmpadas Incandescentes Pode-se analisar na figura 4 a ilustração e estrutura de uma lâmpada incandescente.
Figura 4: Esquerda: Ilustração de uma lâmpada incandescente. Direita: Estrutura de uma lâmpada incandescente.
Funcionam através da passagem da corrente elétrica por um filamento de tungstênio, que com o aquecimento, gera a luz. Sua eficiência: extremamente baixa, vida útil é de 800 horas, o Índice de Reprodução de cores (IRC) é de 100%. O uso deste tipo de lâmpada pode ser dos mais diversos, destacam-se: geral, residencial, plafons, arandelas, abajures, luminárias de pé. Tensão de rede: 110 ou 220v podendo ser dimerizadas [8]. 2.1.2 Lâmpadas Halógenas Funcionam em tensão de rede (110v/220v ou baixa tensão, possuem filamento de tungstênio e trabalham em conjunto com o gás halogênio). Possuem eficiência alta (baixa tensão de rede), IRC de 100%, vida útil de 2.500 horas, tensão de rede de 110v/220v e 12v. O uso pode ser residencial decorativo e comercial. As lâmpadas de baixa tensão (12v) tem o controle de abertura de faixa (dicroicas e AR) e potência.
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Figura 5: Ilustração de lâmpadas halógenas.
Tais lâmpadas podem ser dimerizadas, o que aumenta a vida útil, reduz o consumo, o fluxo luminoso e torna a luz mais amarela [5]. 2.1.3 Lâmpadas Fluorescentes Funcionam a base de gases, trifósforos (combinação de fósforos e terras raras) para possibilitar alta eficiência, boa aparência e baixo consumo. Reatores são necessários. Existem quatro grupos, são eles: tubulares (comuns e alta resolução), eletrônicas (reatores integrados), circulares e compactas. Lâmpadas (18W/36W/58).
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Figura 6: Imagem de lâmpadas fluorescentes.
Figura 7: Estrutura de lâmpadas fluorescentes.
Possuem alta eficiência, IRC: 85%, Vida útil: de 7.500 à 10.000 horas, tensão de rede de 110/220v, uso: residencial e comercial podendo ser dimmerizadas com reatores específicos [5] [8].
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2.1.4 Lâmpadas de Descarga Uma descarga (alta pressão) elétrica entre os eletrodos leva os componentes internos (gases sódio, xenon, mercúrio) do tubo de descarga a produzirem luz, levam reatores e ignitores em sua composição. Necessitam de 2 a 15 min. para seu acendimento completo [5].
Figura 8: Imagem de uma lâmpada de descarga.
Figura 9: Estrutura de uma lâmpada de descarga.
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Seus tipos são: 2.1.4.1. Multivapores Metálicos: São lâmpadas que combinam iodetos metálicos, com altíssima eficiência energética, excelente IRC, longa durabilidade e baixa carga térmica. Sua luz é muito branca e brilhante. o Vapor de Sódio: com eficiência energética de até 130 lm/W,de longa durabilidade,é a mais econômica fonte de luz. Com formatos tubulares e elipsoidais, emitem luz branca e dourada, baixo IRC, usadas em portos, estradas, estacionamentos, ferrovias, etc. 2.1.4.2 Vapor de Sódio Branco: Emissão de luz branca, decorrente da combinação dos vapores de sódio e xenon, resultando numa luz brilhante como as halógenas e aparência de cor das incandescentes. Excelente IRC,usadas em hotéis, edifícios históricos, teatros, stands, etc. 2.1.4.3 Vapor Mercúrio: Aparência branca azulada, eficiência de até 55lm/W, usadas em vias públicas e indústrias. 2.1.4.4 Lâmpadas Mistas: Composta por filamento e um tubo de descarga, funcionam em 220v, sem uso de reator. Alternativa para a substituição das lâmpadas incandescentes [1].
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2.1.5 LED´s Lighting Emitted Diodes. Led´s são dispositivos semicondutores que convertem energia elétrica diretamente em energia luminosa, através de chips de minúscula dimensão.
Figura 10: Imagem de uma lâmpada de LED.
Aquecidos, estes materiais condutores são constituídos de cristais de silício e é encapsulado por uma resina de epóxi transparente para direcionar a emissão da luz e proteger o elemento semicondutor. A composição para Led´s coloridos (vermelho,azul,verde,laranja e âmbar) se faz dos elementos químicos (gálio, arsênio, fósforo, alumínio e nitrogênio). A cor branca foi a mais recente a ser desenvolvida. De baixo consumo, vida útil extremamente longa, os led´s estão cada vez mais eficientes superando a eficiência das lâmpadas incandescentes. Os led´s são monocromáticos, emitem luz somente numa faixa do espectro da luz, por isso não se aplica IRC, nem temperatura de cor [1].
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3. MEMORIAL DE CÁLCULOS O projeto luminotécnico descrito neste trabalho está voltado para planta mostrada na figura 12 pertencente a uma família de 3 indivíduos: um jovem de 18 anos, sua mãe (50 anos) e o seu pai, de 53 anos. O método de projeto utilizado será o método lúmem, que poderá ser analisado nos 8 passos a seguir.
Figura 11: Planta da casa referente ao projeto luminotécnico deste trabalho.
Inicialmente, por não haver um plano de trabalho exigido pela família, iniciar-se-á o projeto obedecendo o que diz padrão descrito pela NBR 5413, que afirma: “A iluminância 15
deve ser medida no campo de trabalho. Quando este não for definido, entende-se como tal o nível referente a um plano horizontal a 0,75m do piso”. Logo, para este projeto será considerado o plano de trabalho de 0,75m. O que fornece como parâmetros iniciais os seguintes dados: ht = 0,75m (altura do plano de trabalho) pd = 3,00m (pé direito) hs = 0,80m (que representa o espaço para o forro) PASSO 1: Inicialmente, é necessário estipular a Índice do local (K) que é a relação entre as dimensões do local, neste caso, para iluminação direta, que possui a fórmula dada por: 𝐾=
𝑐∗𝑙 ℎ(𝑐 + 𝑙)
Figura 12: ilustração dos conceitos de pé direito e área de trabalho.
Sendo: c = comprimento do recinto l = largura do recinto h = pé-direito útil hs = distância do teto ao plano de trabalho
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Lembrando que Pé direito útil é a distância real entre a luminária e o plano de trabalho (vide figura 12). De modo que: ℎ = 𝑃𝑑 − ℎ𝑠 − ℎ𝑡 Para o projeto em questão h em todos os aposentos da casa será: ℎ = 3 − 0,80 − 0,75 = 1,45𝑚 Os comprimentos e larguras dos recintos analisados na figura 11 podem ser vistos na tabela 1. Tabela 1: Comprimentos e larguras de todos os cômodos.
CÔMODOS
c (m)
l(m)
Banheiro 1
1,25
3,25
banheiro 2
1,25
2,2
Suíte
3
3,3
Dormitórios
3,07
2,12
Varanda Sala de jantar+ estar Sala de estar 2 Cozinha Área de serviço
3 2,95 3 2,8 2,88 2,32
3,02 7,32 3,11 2,88 1,15 0,94
Circulação (Hall)
Logo, o índice do local (K) em questão para cada aposento será: Para o banheiro 1: 𝐾1 =
𝑐∗𝑙 1,25 ∗ 3,25 = = 0,62 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(1,25 + 3,25)
𝐾2 =
𝑐∗𝑙 1,25 ∗ 2,20 = = 0,55 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(1,25 + 2,20)
Para o banheiro 2:
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Para a suíte: 𝐾3 =
𝑐∗𝑙 3 ∗ 3,33 = = 1,09 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(3 + 3,33)
Para os dormitórios 1 e 2 (áreas relativamente iguais,possuindo assim diferença de iluminância desprezível, por medida econômica, considerar-se-á o quarto que possuir menor área): 𝐾4 =
𝑐∗𝑙 8,39 = =1 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(3 + 2,8)
Para a varanda: 𝐾5 =
𝑐∗𝑙 9,3 = = 1,03 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(4 + 2,3)
Para Sala de jantar e sala de estar: 𝑐∗𝑙 2,95 ∗ 7,32 = = 1,45 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(2,95 + 7,32)
𝐾6 = Sala de estar 2:
𝐾7 =
𝑐∗𝑙 3 ∗ 3,11 = = 1,05 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(3 + 3,11)
Para a cozinha: 𝐾8 =
𝑐∗𝑙 2,8 ∗ 2,88 = = 0,98 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(2,8 + 2,88)
Para a área de serviço: 𝐾9 =
𝑐∗𝑙 2,88 ∗ 1,15 = = 0,57 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(2,88 + 1,15)
𝐾10 =
𝑐∗𝑙 2,32 ∗ 0,94 = = 0,46 ℎ(𝑐 + 𝑙) 1,45(2,32 + 0,94)
Circulação (Hall)
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PASSO 2: Uma vez estipulado o indice do local (k), virá o próximo passo que é o cálculo do fator de utilização (U) que é O Fluxo Luminoso final (útil) que incidirá sobre o plano de trabalho, é avaliado por este fator. Ele indica, portanto, a eficiência luminosa do conjunto lâmpada, luminária e recinto. Tanto as paredes quanto o teto da residência, por motivos econômicos, foram escolhidos com a cor branca e o piso terá a cor bege. Uma vez escolhidos os parâmetros de superfície, deve-se analisar a tabela 1 que relaciona a superfície à refletância correspondente (𝜌) de cada uma de acordo com a claridade. Tabela 2: relação entre a superfície e a refletância correspondente.
Superfície Refletância (𝜌) Muito Clara 70% Clara 50% Média 30% Escura 10% Preta 0% Logo, o teto, parede e o piso correspondem a, respectivamente: 70%, 50% e 10%. Pode-se agora encontrar o fator de utilização de cada aposento da casa. Deve-se analisar agora o fator de utilização, que relaciona o índice do local (K) com as refletâncias encontradas anteriormente. Veja um exemplo de localização do fator de utilização do banheiro 1, por exemplo. Como o banheiro 1 possui as respectivas refletâncias 70%, 50% e 10% e o K=0,62. Tem-se: Tabela 3: Tabela do fator de utilização para lâmpadas Fluorescentes
Teto (%) Parede (%) Piso (%)
70 50 10
70 30 10
70 10 10
0,4 0,48 0,53 0,58 0,62 0,67 0,7 0,72 0,75 0,76
0,35 0,43 0,49 0,54 0,58 0,64 0,68 0,7 0,73 0,74
0,32 0,39 0,45 0,51 0,55 0,61 0,65 0,68 0,71 0,73
K 0,6 0,8 1 1,25 1,5 2 2,5 3 4 5
50 50 50 50 30 10 10 10 10 FATOR DE UTILIZAÇÃO 0,4 0,35 0,32 0,47 0,32 0,39 0,52 0,48 0,45 0,57 0,53 0,5 0,61 0,57 0,54 0,66 0,63 0,61 0,69 0,66 0,64 0,71 0,69 0,67 0,73 0,72 0,7 0,75 0,73 0,72
30 30 10
30 10 10
0 0 0
0,35 0,42 0,48 0,53 0,56 0,62 0,65 0,68 0,7 0,72
0,32 0,39 0,45 0,5 0,54 0,6 0,64 0,66 0,69 0,71
0,3 0,37 0,43 0,48 0,52 0,58 0,62 0,64 0,67 0,69 19
Logo, para o banheiro 1, 𝑈 = 0,4. Veja a seguir a tabela feita com a análise do fator de utilização de todos os cômodos da casa: Tabela 4: Relação dos fatores de utilização de diferentes recintos da casa
CÔMODOS Banheiro 1 banheiro 2 Suíte Dormitórios Varanda Sala de jantar+estar Sala de estar 2 Cozinha Área de serviço Circulação
K 0,6 0,55 1,09 1 1,03 1,45 1,05 0,98 0,57 0,46
U 0,4 0,4 0,53 0,53 0,53 0,62 0,53 0,53 0,4 0,4
PASSO 3: O próximo passo é determinar o fator de perdas luminosas (Fpl) que consideram o acúmulo de poeira nas luminárias e depreciação das luminárias. Logicamente, por se tratar de uma residência, há a necessidade de que a situação das superfícies das luminárias esteja limpa, consequenciando num Fpl=0,8 deste projeto. Tabela 5: Relação do fator de perdas luminosas mediante a situação da superfície em questão.
Situação da superfície Limpo Médio Sujo
Fpl 0,80 0,70 0,60
PASSO 4: Uma vez identificada a idade dos indivíduos, deve-se-se agora descobrir os Fatores determinantes da iluminância (E) adequada de cada indivíduo de modo que de acordo com a de peso (vide a tabela 2 da nbr 5410). De acordo com a tabela 2, o filho tem peso -1, a mãe juntamente com o pai tem peso 0, resultando numa soma de -1 o que resulta na utilização de iluminâmcia média, pois de acordo com a NBR 5410 “ deve-se usar a iluminância inferior dos grupos, quando o valor total da soma for igual a -2 ou -3; a iluminância superior, quando a soma for +2 ou +3; e a iluminância média, nos outros casos (caso em questão neste trabalho)”. 20
Tabela 6: Característica da tarefa e do observador quanto a idade, velocidade e precisão e refletância no fundo da tarefa.
Característica da tarefa e do observador Idade Velocidade e precisão Refletância no fundo da tarefa
-1 Inferior a 40 anos Sem importância Superior à 70%
Peso 0 1 40 à 55 anos Superior à 55 anos Importante Crítica 30 à 70% Inferior à 30%
Para a próxima etapa, deve-se analisar a NBR 5413 no que diz respeito à iluminâncias em lux por tipo de atividade (valores médios em serviço), que está descrita na tabela geral, e identificar o tipo de caso no qual o projeto se encaixa. Logicamente, foi escolhido a opção “residências” que, por ser o foco deste trabalho, foi inserida logo abaixo de modo que, no momento oportuno, tais parâmetros serão usados nos cálculos da iluminância recomendada (E). Foi considerado nos cálculos de E os valores médios (valores centrais destacados com cor laranja na Tabela 7 indicando 150 lux). Veja também a tabela fornecida 5.3.65 pela NBR 5413 no que diz respeito à residências. Vale salientar que foi escolhido pelo projetista (aluno) a utilização dos parâmetros gerais das iluminâncias recomendadas (também destacado de laranja na Tabela 7). Tabela 7: Iluminância recomendada (em lux) para diferentes recintos da casa, por tipo de atividade (valores médios em serviço).
Recintos Salas de estar Cozinhas Quartos de dormir Hall, escadas, despensas, garagens
Banheiros
Parâmetros Geral Leitura, escrita, bordado, etc Geral Local (fogão, pia, mesa) Geral Local (espelho pratileira, cama)
Geral Local Geral Local (espelhos)
Min. 100 300 100 200 100 200 75 200 100 200
Med. 150 500 150 300 150 300 100 300 150 300
Max. 200 750 200 500 200 500 150 500 200 500
Aplicando as iluminâncias recomendadas aos cômodos do projeto em questão, temos a seguinte tabela:
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Tabela 8: Relação dos cômodos com as respectivas iluminâncias recomendadas.
CÔMODOS Banheiro 1 banheiro 2 Suíte Dormitórios Varanda Sala de jantar+ estar Sala de estar 2 Cozinha Área de serviço Circulação
E (lx) 150 150 150 150 100 150 150 150 100 100
PASSO 5: O próximo passo é o cálculo de luminárias necessárias. Este cálculo tem como base a equação abaixo: 𝑁=
𝐸∗𝑐∗𝑙 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙
Sendo: N= Quantidade de luminárias necessárias E= Iluminância (escolhida no passo 4) C= comprimento do local em questão L= largura do local quem questão n= Quantidade de lâmpadas por luminária 𝜙= Fluxo Luminoso da lâmpada escolhida (analisar tabela de lâmpadas) U= Fator de utilização (Descrito no passo 2) Fpl= Fator de perdas luminosas (descrita no passo 3) Para a escolha da lâmpada mais econômica, deve-se analisar qual possui a maior eficiência luminosa (𝜂𝑊 ) dada em lm/W. Veja a tabela abaixo que foi feita pelo aluno baseando num levantamento de diferentes lâmpadas presentes do mercado de diferentes empresas levando em conta a potência e o fluxo luminoso fornecido por cada uma para um fornecimento de 220V.
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Tabela 9: Pesquisa feita com diferentes tipos de lâmpadas com suas respectivas potências, fluxo luminoso e eficiências.
nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tipo de lâmpada lâmpada incandescente lâmpada incandescente lâmpada incandescente lâmpada incandescente lâmpada Fluorescente Compacta lâmpada Fluorescente Compacta lâmpada Fluorescente Compacta lâmpada Fluorescente Compacta lâmpada Fluorescente Compacta
Potência (W) Fluxo luminoso (lm) Eficiência luminosa (lm/W) 40 415 10,37 60 715 11,92 75 890 11,9 100 1350 13,5 9 450 50 11 550 50 15 825 55 20 1100 55 26 1482 57
Este passo é um dos mais importantes para um projetista luminotécnico (senão o mais importante) porque é nele que será feita a análise da lâmpada com a maior eficiência a ser utilizada no projeto. Logo, nota-se que a lâmpada de maior eficiência é a que apresenta o valor maior na divisão
∅ 𝑃
.
Temos então como a lâmpada mais eficiente a número 11 (Fluorescente tubular trifósforo), pois: ∅ 𝜂𝑊 = 𝑃 𝜂𝑊 =
1482 = 57 (𝑙𝑚/𝑤) 57
Calculando as luminárias necessárias de cada recinto: Para o banheiro 1: 𝑁1 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 1,25 ∗ 3,25 = = 1,29 = 1 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8
Para o banheiro 2: 𝑁2 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 1,25 ∗ 2,20 = = 0,87 = 1 lâmpada fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8
Para a suíte: 𝑁3 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 3 ∗ 3,33 = = 2,38 = 2 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
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Ou, considerando n (quantidade de lâmpadas por luminária) igual a 2, tem-se 𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 3 ∗ 3,33 = = 1,19 = 1 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎á𝑟𝑖𝑎 fluorescente Compacta dupla 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝟐 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
𝑁3 =
Para os dormitórios 1 e 2 (áreas relativamente iguais, possuindo assim diferença de iluminância desprezível, por medida econômica, considerar-se-á o quarto que possuir menor área): 𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 8,39 = = 2 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 Fluorescentes Compactas 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
𝑁4 =
Ou, considerando n (quantidade de lâmpadas por luminária) igual a 2, tem-se 𝑁4 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 8,39 = = 1 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛á𝑟𝑖𝑎 fluorescente Compacta dupla 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝟐 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
Para a varanda: 𝐸∗𝑐∗𝑙 100 ∗ 9,3 = = 1,5 = 2 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
𝑁5 =
Ou, considerando n (quantidade de lâmpadas por luminária) igual a 2, tem-se 𝑁5 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 100 ∗ 9,3 = = 0,75 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝟐 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8 = 1 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛á𝑟𝑖𝑎 fluorescente Compacta dupla
Para Sala de jantar e sala de estar: 𝑁6 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 2,95 ∗ 7,32 = = 4,4 = 4 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,62 ∗ 0,8
Ou, considerando n (quantidade de lâmpadas por luminária) igual a 2, tem-se 𝑁6 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 2,95 ∗ 7,32 = = 2,2 = 2 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛á𝑟𝑖𝑎𝑠 fluorescentes Compacta dupla 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝟐 ∗ 1482 ∗ 0,62 ∗ 0,8
Sala de estar 2: 𝑁7 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 3 ∗ 3,11 = = 2,23 = 2 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎𝑠 fluorescente compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
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Ou, considerando n (quantidade de lâmpadas por luminária) igual a 2, tem-se 𝑁7 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 3 ∗ 3,11 = = 1,12 = 1 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎á𝑟𝑖𝑎 fluorescentes Compacta dupla 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝟐 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8
Para a cozinha: 𝑁8 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 150 ∗ 2,8 ∗ 2,88 = = 1,04 = 1 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,98 ∗ 0,8
Para a área de serviço: 𝑁9 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 100 ∗ 2,88 ∗ 1,15 = = 0,5 = 1 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,57 ∗ 0,8
Circulação (Hall) 𝑁10 =
𝐸∗𝑐∗𝑙 100 ∗ 2,32 ∗ 0,94 = = 0,5 = 1 𝑙𝑎𝑚𝑝𝑎𝑑𝑎 fluorescente Compacta 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8
PASSO 6: Neste passo, será feito o cálculo de distribuição das luminárias para cada cômodo. De modo que: 𝑐 𝑙 𝑄𝑐 = 𝑄𝑙 = √𝑐 ∗ 𝑙 √𝑐 ∗ 𝑙 𝑁 𝑁 Sendo: Qc = Quantidade de luminárias distribuídas paralelamente ao comprimento do recinto; Ql = Quantidade de luminárias distribuídas paralelamente à largura do recinto; c = Comprimento do recinto; l = Largura do recinto; N = Quantidade de lâmpadas por luminária. Para os cômodos que possuem apenas uma lâmpada, esta deve se localizar no centro geográfico do recinto. Para os outros casos, utiliza-se as equações acima. São estes casos: Para Sala de jantar e sala de estar: 𝑄𝑐 =
𝑐 √𝑐 ∗ 𝑙 𝑁
=
2,95 √2,95 ∗ 7,32 2
= 0,8978 = 1
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𝑄𝑙 =
𝑙 √𝑐 ∗ 𝑙 𝑁
=
7,32 √2,95 ∗ 7,32 2
= 2,23 = 2
Logo, nota-se que se distribuirão na horizontal 1 luminaria e na vertical duas de acordo com a imagem a seguir. PASSO 7: Neste passo deve-se encontrar o valor da iluminância média e comparar com o encontrado pelos cálculos anteriores levando em consideração a aproximação do número de lâmpadas N para valores superiores feita pelo projetista que, por sua vez, deve corresponder aos valores tabelados fornecidos pela NBR5413 para cada cômodo da casa. Esta etapa estará sendo analisada nos resultados e discussões que se encontra no próximo tópico deste trabalho. 𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝐸= 𝑐∗𝑙 PASSO 8: Este passo é distribuição dos pontos de iluminação, trata-se do passo final. Onde 𝑎=
𝑐 2,95 = = 2,95 𝑄𝑐 1
𝑏=
𝑙 7,32 = = 3,6 𝑄𝑙 2
Sendo: a = Distância da luminária em relação ao comprimento do recinto. b = Distância da luminária em relação à largura do recinto. Veja a figura a seguir para notar sua atuação num projeto. Este recorte é a parte que cabe à sala de espera juntamente com a sala de jantar, que ficaram juntas no calculo pelo fato de entre elas não haver uma parede.
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Figura 13: Imagem ilustrativa da disposição das luminárias fluorescentes compactas dispostass na sala de jantar e na sala de estar 1.
Figura 14: Exemplificação de uma luminária fluorescente compacta dupla utilizada na sala e nos dormitórios.
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Quantos aos demais recintos da casa, as lâmpadas ficarão dispostas no centro dos quartos.
Figura 15: Esboço da disposição das luminárias da residência.
Comprova-se assim que é possível elaborar um projeto luminotécnico sem a utilização de softwares (lumine, Dialux, dentre outros) embora os mesmos, por já terem sido previamente programados, consigam fazer esta mesma tarefa com velocidade muito superior(segundos) porém, para méritos didáticos, esta foi uma importante prática. 28
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Caberá a este tópico do projeto a análise se os arredondamentos na quantidade de lâmpadas por luminária corresponderam ao estipulado pela NBR 5413 que consta na tabela 8. Uma vez calculado o número de Lâmpadas no passo 5 com a utilização da fórmula: 𝑁=
𝐸∗𝑐∗𝑙 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙
Sendo E = Iluminância (escolhida no passo 4) C = comprimento do local em questão L = largura do local quem questão N = Quantidade de lâmpadas por luminária 𝜙 = Fluxo Luminoso da lâmpada escolhida (analisar tabela de lâmpadas) U = Fator de utilização (Descrito no passo 2) Fpl = Fator de perdas luminosas (descrita no passo 3) Tem-se que verificar se o valor da iluminância recomendada (E) está de acordo com o número de lâmpadas escolhida pelo projetista uma vez que este está trabalhando com o máximo de retenção de gastos. Isolando “E” tem-se 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
Para o banheiro 1 foi decidido utilizar 1 lâmpada fluorescente compacta. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1 ∗ 1842 ∗ 0,4 ∗ 0,8 = = 147 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝐾, 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜) 𝑐∗𝑙 1,25 ∗ 3,25
Para o banheiro 2 foi decidido utilizar 1 lâmpada fluorescente compacta. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 1 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8 = = 160 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝐾, 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 𝑐∗𝑙 1,25 ∗ 2,25
Para a suíte foi decidido utilizar 1 luminária fluorescente compacta dupla. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7.
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𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 2 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8 = = 143 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝐾, 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 𝑐∗𝑙 3 ∗ 3,33
Para os dormitórios 1 e 2 foi decidido utilizar 1 luminária fluorescente compacta dupla. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
𝐸=
=
2 ∗ 1 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8 = 1,49,8 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝐾, 𝑞𝑢𝑎𝑠𝑒 𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑎𝑡𝑜 ) 8,39
Para a varanda foi decidido utilizar 1 luminária fluorescente compacta dupla. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 2 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8 = = 139,9 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝐾, 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 𝑐∗𝑙 9,3
Para a Sala de jantar e sala de estar foi decidido utilizar 2 luminárias fluorescentes compactas dupla. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 2 ∗ 2 ∗ 1482 ∗ 0,62 ∗ 0,8 = = 140 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝑘, 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 𝑐∗𝑙 2,95 ∗ 7,32
Sala de estar 2 foi decidido utilizar 2 lampadas fluorescente compactas. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 1 ∗ 2 ∗ 1482 ∗ 0,53 ∗ 0,8 = = 135 𝑙𝑢𝑥 (𝐷𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 𝑐∗𝑙 3 ∗ 3,11
Para a cozinha foi decidido utilizar 1 luminária fluorescente compacta. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
=
1 ∗ 1482 ∗ 0,98 ∗ 0,8 = 144 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝑘, 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑖𝑝𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜) 2,8 ∗ 2,88
Para a área de serviço foi decidido utilizar 1 luminária fluorescente compacta. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 1 ∗ 1 ∗ 1482 ∗ 0,57 ∗ 0,8 = 200 𝑙𝑢𝑥 2,88 ∗ 1,15 Neste caso, como o arredondamento para uma lâmpada se tratava de um valor entre 0 e 1 acabou sendo brusco, uma vez que não existe “meio” lâmpada. Neste caso seria necessário mudar a lâmpada pois ela fornece mais lumens que o pequeno ambiente suporta, uma lâmpada incandecente que oferece exatos 750 lm resolveria. A lâmpada que 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
=
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poderíamos escolher dentre as que temos poderia ser lâmpada incandecente número 2 da tabela 8 que possui de 60W e 650 lm. Teremos assim 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
=
1 ∗ 1 ∗ 650 ∗ 0,57 ∗ 0,8 = 90 𝑙𝑢𝑥 (𝑂𝑘, 𝑒𝑠𝑡á 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡á𝑣𝑒𝑙) 2,88 ∗ 1,15
Na área de Circulação (Hall) foi decidido utilizar 1 lâmpada fluorescente Compacta. Verificando se os valores de E (lux) estão de acordo com o que está na tabela 7. 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
=
1 ∗ 1 ∗ 1482 ∗ 0,4 ∗ 0,8 = 207 𝑙𝑚 2,32 ∗ 0,94
Já neste caso, por se tratar também de uma área muito pequena sua exigência de iluminância é menor, uma lâmpada com luminância que tivesse metade da luminância presente nesta equação acima resolveria o problema. A lâmpada escolhida foi a lâmpada incandecente número 2 da tabela 8 que possui de 60W e 650 lm. Substituindo a lâmpada correta: 𝐸=
𝑁 ∗ 𝑛 ∗ 𝜙 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝑝𝑙 𝑐∗𝑙
=
1 ∗ 1 ∗ 650 ∗ 0,4 ∗ 0,8 = 96 𝑙𝑢𝑥 (𝐹𝑖𝑐𝑜𝑢 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑜𝑟𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎) 2,32 ∗ 0,94
Chegou-se a conclusão de que o projeto está de acordo com a norma vigente NBR 5413 e os conceitos aprendidos durante o curso foram válidos para a deste trabalho com foco na luminotécnica, encerrando-se assim este projeto com propósitos didáticos. Do ponto de vista econômico pode-se analisar seguinte tabela. Tabela 10: Relação de tipos de lâmpadas com parâmetros de investimento, potência e consumo.
Investimento inicial com lâmpadas Potência média de consuma das Lâmpadas Consumo de energia Lâmpadas trocadas Gasto com energia Total
Incandescente R$ 36 60W 6480 KWh 110 R$ 2.628 R$ 2.859
Fluorescente R$ 700 18W 1944 KWh 14 R$ 778 R$ 1.618
LED R$ 1.500 8W 1080 KWh Zero R$ 345 R$ 1.845
Analisando a tabela 10 chega-se à conclusão de que, à primeira vista, a utilização de lâmpadas fluorescentes parece ser cara à primeira vista, mas, à longo prazo, o investimento é barato pelo fato da economia energética diária. As lâmpadas de LED são muito eficientes, porém ainda estão em fase de testes e possuem tempo de vida útil pequeno. Resta como melhor opção, logicamente, as lâmpadas fluorescentes. Lembrando que este trabalho foi
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feito no ano de 2010 e é bem possível (quase certo) que a lâmpada à LED domine o mercado quando sua tecnologia for completamente dominada. Outro ponto muito importante que foi decidido no início do projeto e que foi discutido em sala de aula foi o fato da disposição das luminárias. Tabela 11: Valores médios de rendimentos fornecidos por diversos fabicantes de luminárias
Luminárias Abertas com lâmpadas nuas Com refletor ou embutidas abertas Com refletor e lamelas de alta eficiência Com refletor, embutida com lamelas Tipo "plafond" com acrílico anti-ofuscante De embutir com acrílico anti-ofuscante
Rendimento 0,9 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5
Portanto, para um maior rendimento no projeto, foi escolhido as lâmpadas abertas com lâmpadas nuas.
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5. BIBLIOGRAFIA [1] http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/ManualOsram.pdf [2] NBR 5413: Iluminância de interiores. ABNT { Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1992. [3] Creder, H. Instalações Elétricas, 14ª edição, São Paulo - 2002 [4] http://www.unnaluz.com.br/luminotecnica-o-que-e/ [5] http://pt.wikipedia.org/wiki/Luminot%C3%A9cnica [6] http://habitimoveisbebedouro.blogspot.com.br/2013/01/lâmpada-led-uma-solucao-debaixo.html [7] http://veja.abril.com.br/301209/1-reinvencao-luz-p-218.shtml [8] http://www.empalux.com.br/?a1=l
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