MESTRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
MESTRADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Sistemas
Electromecânicos
SISTEMAS
ELECTROMECÂNICOS
SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Mestrado em Engenharia Mecânica
Luminotecnia – Projeto de Instalações de
Iluminação Interior – Exemplos de Cálculo
Joaquim José Rodrigues Monteiro
Departamento de Engenharia Mecânica
Secção de Controlo de Sistemas
joaquim.monteiro@dem.isel.pt
Perfil: Energia, Refrigeração e Climatização
Ano Lectivo de 2023/2024 – Semestre de Inverno
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SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Conceitos Gerais
No projeto de iluminação de recintos de trabalho é frequente definirse a iluminação média (E) ao plano de trabalho. Para tal, considera-se
um plano horizontal imaginário cuja altura pode variar entre 0,8 e 0,9
metros do nível do chão. Cobrindo a área total do espaço a projetar.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Critérios de cálculo
• Estima-se o nível de iluminação médio, E, mais adequado tendo em
conta o tipo de tarefa a executar no recinto a iluminar.
• Calcula-se a instalação de modo a obter um nível de iluminação
médio resultante o mais aproximado possível do estimado.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• O fluxo luminoso Ф incidente, numa qualquer superfície, uma parte
pode vir a ser absorvida, outra refletida e uma outra ainda
transmitida, dependendo do tipo de superfície.
Fluxo Reflectido
Fluxo Incidente
Fluxo Transmitido
Fluxo
Absorvido
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• O fluxo luminoso Ф irradiado pelas lâmpadas, e que não é absorvido
pela armadura, é irradiado parte para cima do plano horizontal e
parte para baixo. Uma parcela de fluxo atinge o plano de trabalho
e uma outra o teto e as paredes.
Abaixo do plano horizontal fluxo luminoso:
(1) incidindo no plano de trabalho;
(2) atingindo a parede abaixo da armadura;
Acima do plano horizontal fluxo luminoso:
(3) incidindo sobre a parede acima da armadura;
(4) atingindo o teto;
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• A componente do fluxo que incide diretamente no plano de trabalho
(1) contribui totalmente para o nível de iluminação E no mesmo.
• Atendendo às características do teto e das paredes, quer no que
respeita às suas cores, quer no que se refere aos materiais
construtivos, parte do fluxo que incide sobre elas (2, 3 e 4) é
absorvida e uma outra parte é refletida.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• Uma pequena parte do fluxo luminoso refletido pelo teto e
pelas paredes atinge o plano de trabalho após repetidas reflexões,
contribuindo igualmente para o nível de iluminação E nesse plano.
• Chama se Fluxo Luminoso Útil Фu ao fluxo luminoso, directo e
indirecto, que atinge o plano de trabalho, o qual, dividido pela área
total da superfície que se pretende iluminar, constituí o nível de
iluminação E nesse plano.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• O método que vamos utilizar no projecto de iluminação geral
interior é o método dos fluxos (*).
• Este método tem por base a fórmula: Φ = E . S; que relaciona o
fluxo luminoso (Φ) com a iluminância, E (quantidade de luz que
incide numa superfície) e a superfície a iluminar (S).
• Φ em lumen (lm)
• E em lux (lumen por metro quadrado)
• S em metro quadrado
(*) Considerar que o plano de trabalho é horizontal e que ocupa toda a área do ambiente.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
• Esta fórmula permite calcular o fluxo luminoso necessário
numa dada área e não o fluxo total que as lâmpadas devem
efetivamente fornecer.
• A iluminância é medida por um luxímetro.
• Alguns exemplos práticos de níveis de iluminância comuns:
Verão, ao meio-dia, sob um céu limpo
100 000 lux
Iluminação pública
5 - 30 lux
Lua cheia, numa noite clara
0.25 lux
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Distribuição do Fluxo Luminoso das Lâmpadas
Φt - Fluxo total fornecido
E - Iluminância indicada para o local
S - Área a iluminar (comprimento vezes largura)
d - Factor ou coeficiente de depreciação
μ - Factor ou coeficiente de utilização
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Sequência de procedimentos num projeto
Antes de iniciar o projeto deve-se avaliar os seguintes elementos:
• Comprimento (c), largura (l) e
altura do local (h).
• Planta do local, à escala.
• Cor das paredes e tetos.
• Natureza do trabalho a efetuar,
disposição dos móveis ou
máquinas, altura do plano de
trabalho.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
Escala 1:100
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Sequência de procedimentos num projeto
Antes de iniciar o projeto deve-se avaliar os seguintes elementos:
• Tensão da rede.
• Tipo de lâmpadas a utilizar,
sistema de iluminação e tipo
de luminária.
• Iluminância(E) recomendada
para o local.
• Altura de suspensão das
luminárias.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
Escala 1:100
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1. Altura útil (hu) - A altura útil é a distância da fonte de luz ao plano
de trabalho, se o sistema de iluminação for directo, semidirecto
ou difuso, a). Será a distância do tecto ao plano de trabalho se a
iluminação for semi-indirecta ou indirecta, b).
Altura de suspensão
da luminária.
Altura do plano
de trabalho
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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2. Coeficiente de reflexão de teto e paredes.
As cores das paredes e material utilizado têm influência na reflexão da
luz e portanto no fluxo luminoso que chega ao local.
–
–
–
–
cor branca ou muito branca
cores claras
cores médias
cores escuras
0,7
0,5
0,3
0,1
(exemplo)
3. Iluminância (E)
Para cada tipo de local, este valor é obtido por consulta de tabelas,
segundo a norma europeia EN 12464-1.
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4. Sistema de iluminação – O sistema de iluminação (direta, semidireta, difusa, indireta e semi-indireta) e o tipo de luminária
escolhidos vão ter influência no cálculo do fluxo luminoso.
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5. Índice de local (K) – O índice de local depende das dimensões do
recinto. Com efeito, quanto mais estreito e alto for um local, mais luz
as paredes absorvem, Quanto mais largo for o local, menos luz
absorvem.
Emprega-se a seguinte fórmula para calcular o índice do local:
K = (c x l ) /((c + l) x hu)
onde:
c = comprimento do local (m)
l = largura do local (m)
hu = altura útil - altura da luminária até o plano de trabalho (m)
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6. Coeficiente de utilização (µ) – Como já vimos, nem todo o fluxo
emitido (øT) atinge o plano de trabalho (øu). Ao quociente entre o
segundo e o primeiro chama-se coeficiente de utilização:
µ = øu/ øT
O µ depende do índice de local (K) do coeficiente de reflexão de
tecto e paredes e do sistema de iluminação e luminárias utilizadas.
Para determinar este valor, recorre-se à tabela do Factor de
Utilização constante do folheto da luminária escolhida. Cruza-se o
valor do Índice do local (K) com os coeficientes de reflexão do
espaço a ser iluminado.
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6. Coeficiente de utilização (µ)
Exemplo: K=1,25
Coeficiente de reflexão do tecto e paredes: 0,5 e do plano de trabalho: 0,3
Obtém-se um coeficiente de utilização de 53% (0,53)
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7. Factor de depreciação (d) – O envelhecimento das lâmpadas,
bem como o pó que se deposita nelas e luminárias levam a que o
fluxo emitido seja superior àquele que chega à superfície a
iluminar.
Para evitar que em pouco tempo a iluminância se torne demasiado
baixa, deve-se sobredimensionar o valor inicial do fluxo a calcular,
entrando em conta com um factor correctivo que é o factor de
depreciação.
– Ambientes muito limpos
1,15
– Escritórios ou equivalente
1,25
– Oficinas ou equivalente
1,4
– Ambientes muito poeirentos ou sem manutenção
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10. Distribuição dos pontos de luz na planta
‒ Podem utilizar-se luminárias simples, duplas ou triplas, o que
pode por vezes complicar a distribuição.
‒ A distância entre luminárias deverá ser sensivelmente igual ao
dobro da distância das luminárias às paredes, para uma iluminação
mais uniforme.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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Exemplo 1 - Cálculo de Iluminação Geral (Método dos fluxos)
Iluminação da sala de um escritório
Local
‒ Escritório - Escrita, leitura e tratamento de dados
Dimensões físicas do recinto
‒ Comprimento: 10 m
‒ Largura: 7,5 m
‒ Pé-direito: 3 m
‒ Altura do plano de trabalho: 0,8 m
Materiais de construção/equipamentos
‒ Tecto: Forro de gesso pintado/cor branco.
‒ Paredes: pintadas/cor verde claro.
‒ Plano de trabalho: mesas/cor verde escuro.
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Escolha da luminária
‒ A luminária poderá ser de embutir, de alta eficiência e alhetas metálicas
que impeçam o ofuscamento.
Sistema de iluminação
‒ Iluminação directa
Escolha das lâmpadas
‒ O tipo de lâmpadas indicado para este projecto é a fluorescente
LUMILUX®. Ela existe nas versões de 14, 21, 28 e 35W.
‒ Optamos pela versão LUMILUX® HE 28 W/840 Cool White, porque a
sala é ampla, não há limitação física de comprimento da lâmpada, e a
sua aquisição é mais compensadora.
‒ Os dados da lâmpada são obtidos nos catálogos OSRAM. A saber:
 LUMILUX® 28W cor 840
 Fluxo luminoso: 2600 lm
 Temperatura de cor: 4000K Branca Neutra
 Índice de reprodução de cor: 85
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Iluminância recomendada: E = 500 lux
Área a iluminar : S = c x l = 10 x 7,5 = 75 m2
Altura útil: 3 – 0,8 = 2,2 m
Factor de depreciação: Escritório - d = 1,25
Coeficiente de utilização:
‒
Índice do local:
K = (c x l ) / ((c + l) x hu)
K = (10 x 7,5) / ((10 + 7,5) x 2,2)
K≈2
‒
Coeficientes de reflexão:
Tecto branco: 50%
Paredes verde claro: 50%
Plano de trabalho verde escuro: 30%
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Considerando que o coeficiente de utilização é dado pela tabela
seguinte, obtemos um coeficiente de utilização µ = 60%
O fluxo luminoso total será:
Φt = E . S . (d / μ )
Φt = 500 x 75 x (1,25 / 0,60)
Φt = 78125 lm
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Número de pontos de luz
N = øT / øl
N = 78125 / 2600
N ≈32 lâmpadas
Se se utilizar luminárias duplas necessitamos de 16 luminárias a distribuir pelo
espaço a iluminar.
Exemplo de distribuição de 16 luminárias duplas
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Potência total instalada
PT = 1,25 x N x Pl
PT = 1,25 x 32 x 28
PT = 1120 W
Corrente do circuito elétrico de iluminação da sala:
P = U x I x cos φ
I = P / (U x cos φ)
I = 1120 / (230 x 0,85) = 5,73 A
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Exemplo 2 - Cálculo de Iluminação Geral (Método dos fluxos)
Iluminação de Nave de Produção
Local
‒ Linha de produção – Manuseamento de produto acabado
Dimensões físicas dos recintos
Nave central
‒ Comprimento: 25 m
‒ Largura: 8,5 m
‒ Pé-direito: 6 m
‒ Altura do plano de trabalho: 0,8 m
‒
‒
‒
‒
Escritórios
Comprimento: 12,5 m
Largura: 10 m
Pé-direito: 4 m
Altura do plano de
trabalho: 0,8 m
Materiais de construção/equipamentos
‒ Tecto: Placas de losalite/cor cinza.
‒ Paredes: Pintadas/cor azul.
‒ Plano de trabalho: maquinaria/cor cinza escuro.
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Escolha da luminária
‒ A luminária de campânula
de alta eficiência.
Sistema de iluminação
‒ Iluminação directa
Escolha das lâmpadas
‒ O tipo de lâmpadas indicado para este projecto é a VSBP OSRAM®.
Ela existe nas versões de 250, 270 e 400W.
‒ Optamos pela versão HQI-T 250W, porque o local é zona da produção e ampla e a
sua aquisição é fácil.
‒ Os dados das lâmpadas são obtidos nos catálogos OSRAM.
A saber:
 HQI-T 250 W/N Plus cor 762
 HQI-T 250 W/D Pro cor 960
 Potência: 270 W (2,6 A)
 Potência: 250 W (3 A)
 Fluxo luminoso: 22 500 lm
 Fluxo luminoso: 19 500 lm
 Eficiência luminosa: 83 lm/W
 Eficiência luminosa: 76 lm/W
 Temperatura de cor: 3800 K Branca
 Temperatura de cor: 5500 K Branca
 Índice de reprodução de cor: > 65
 Índice de reprodução de cor: 92
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SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Iluminância recomendada: E = 300 lux
Iluminância recomendada: E = 300 lux
Área a iluminar : S = c x l = 25 x 8,5 = 212,5 m2 Área a iluminar : S = c x l = 12,5 x 10 = 125 m2
Altura útil: 6 – 0,8 = 5,2 m
Altura útil: 4 – 0,8 = 3,2 m
Factor de depreciação: Local sujo - d = 2
Factor de depreciação: Local sujo - d = 2
Coeficiente de utilização:
Coeficiente de utilização:
‒
‒
Índice do local:
K = (c x l ) / ((c + l) x hu))
K = (12,5 x 10) / ((12,5 + 10) x 5,2))
K ≈ 1,80
K = (c x l ) / ((c + l) x hu)
K = (25 x 8,5) / ((25 + 8,5) x 5,2))
K ≈ 1,25
‒
‒
Coeficientes de reflexão:
Coeficientes de reflexão:
Tecto cinza: 50%
Paredes azul: 50%
Plano de trabalho cinza escuro: 30%
Tecto cinza: 50%
Paredes azul: 50%
Plano de trabalho cinza escuro: 30%
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
Índice do local:
30
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SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Considerando que o coeficiente de utilização é dado pela tabela seguinte, obtemos um
coeficiente de utilização µ = 53%
O fluxo luminoso total será:
Φt = E x S x (d / μ )
Φt = 300 x 212,5 x (2,0 / 0,53)
Φt = 240 566 lm
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
Por interpolação:
Φt = 300 x 125 x (2,0 / 0,58)
Φt = 129 310 lm
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SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Número de pontos de luz
N = ΦT / Φl
N = 240 566 / 19 500
N ≈ 12 lâmpadas
N = 129 310 / 22 500
N ≈ 6 lâmpadas
Utilizar as luminárias que tem menor potência dado que terão menor consumo.
Potência total instalada
Lâmpada HQI-T 270 W/N Plus
Lâmpada HQI-T 250 W/D Pro
PT = 1,10 x N x Pl
PT = 1,10 x N x Pl
PT = 1,10 x 12 x 250
PT = 1,10 x 6 x 270
PT = 3,3 kW
PT = 1,78 kW
Portanto, assim, a solução mais eficiente é a escolha de 12 luminárias a distribuir
pelo espaço a iluminar.
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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SISTEMAS ELECTROMECÂNICOS
Número de pontos de luz
N = ΦT / Φl
N = 240 566 / 19 500
N ≈ 12 lâmpadas
N = 129 310 / 22 500
N ≈ 6 lâmpadas
Utilizar as luminárias que tem menor potência dado que terão menor consumo.
Assim, no espaço maior serão aplicadas 12 luminárias simples e no espaço mais
pequeno 6 luminárias simples a distribuir pelos espaços a iluminar.
Exemplo de distribuição de 12 luminárias simples
Luminotecnia – Cálculo Luminotécnico
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