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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO TECNOLGICO

CURSO DE PS-GRADUAO EM ARQUITETURA E URBANISMO CURSO DE PS-GRADUAO EM CONSTRUO CIVIL APOSTILA DE CONFORTO AMBIENTAL - ILUMINAO

Fernando Oscar Ruttkay Pereira, PhD Marcos Barros de Souza, Dr.

Florianpolis, SC 2005

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SUMRIO ILUMINAO ............................................................................................................. 001 A BASE FSICA - LUZ ........................................................................................... 001 1. FOTOMETRIA ....................................................................................................... 006

1.1. GRANDEZAS FOTOMTRICAS ............................................................ 007 1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso ............................................... 007 1.1.2. Eficincia Luminosa ...................................................................... 008 1.1.3. Intensidade Luminosa .................................................................. 009 1.1.4. Iluminncia ...................................................................................... 011 1.1.5. Luminncia ........................................................................................ 012

1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAO ....................................... 016 1.2.1. Lei do inverso do quadrado .......................................................... 016 1.2.2. Lei do cosseno ................................................................................ 016 1.2.3. Lei da aditividade ......................................................................... 017

1.3. PROPRIEDADES TICAS DOS MATERIAIS ................................... 017 1.3.1. Reflexo .......................................................................................... 019 1.3.2. Absoro ......................................................................................... 019 1.3.3. Transmisso ................................................................................... 019 1.3.4. Refrao ......................................................................................... 020

2. COR ............................................................................................................................. 022 2.1. CLASSIFICAO DAS CORES ............................................................. 023 2.2. TEMPERATURA DA COR CORRELATA ............................................... 028 2.3. APARNCIA DE COR ............................................................................... 028 2.4. REPRODUO DAS CORES ................................................................... 029 2.5. USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO ...................... 031 2.6. USO DAS CORES NAS SINALIZAES .......................................... 032

3. ILUMINAO ESPACIAL .............................................................................. 034 3.1. ILUMINAO ESCALAR ........................................................................ 034 3.2. VETOR ILUMINAO ............................................................................ 035

4. VISO E PROJETO DE ILUMINAO .................................................. 036 4.1. VISO E PERCEPO .............................................................................. 037 4.2. ADAPTAO VISUAL ............................................................................ 038 4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS ......................................... 038

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4.3.1. Iluminncia mdia (nvel de iluminao mdio) ...................... 039 4.3.2. Contraste ....................................................................................... 040 4.3.3. Acuidade visual ............................................................................. 041 4.3.4. Desempenho visual ....................................................................... 042 4.3.5. Eficincia visual ............................................................................ 043

4.4. OFUSCAMENTO ...................................................................................... 043 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................... 51

ANEXOS

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ILUMINAO PREMBULO "Por que estudar a luz?"

Na sociedade moderna as pessoas passam a maior parte do tempo em ambientes iluminados parcialmente por aberturas, mas predominantemente iluminados artificialmente. Nas estradas, noite, estamos totalmente dependentes dos faris dos veculos e das luminrias das ruas para nossa segurana. Desta forma, a maior parte do ambiente que vemos, seja de trabalho ou no, iluminado artificialmente.

Iluminao inadequada pode causar desconforto e fadiga visual, dor de cabea, ofuscamento, reduo da eficincia visual ou mesmo acidentes. Iluminao artificial tambm um dos sistemas que mais consome energia no ambiente construdo. Boa iluminao aumenta a produtividade, gera um ambiente mais prazeiroso e pode tambm salvar vidas. Portanto, garantir uma iluminao adequada uma das principais responsabilidades no s dos projetistas, mas tambm de administradores e autoridades locais. A BASE FSICA - LUZ

Vrias teorias tem sido utilizadas para descrever o fenmeno da luz. Estas teorias so: A Teoria Corpuscular, a Teoria da Onda, a Teoria Eletromagntica, a Teoria do Quantum e finalmente uma Teoria de Unificao.

Teoria do Corpuscular

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Esta foi a teoria defendida por Isaac Newton (1642-1727), que no sculo XVII imaginou que a luz poderia ser constituda de partculas. Como esta teoria passou a explicar a maior parte dos fenmenos e fatos conhecidos na poca, Newton no quis ir adiante em suas pesquisas, e esta idia tornou-se popular entre seus seguidores. Esta teoria est baseada nos seguintes princpios:

Corpos luminosos emitem energia radiante em partculas;

Que estas partculas so lanadas intermitentemente em linha reta;

Que as partculas atingem a retina e estimulam uma resposta que produz uma sensao visual. ISAAC NEWTON

(1642 1727)

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Teoria das Ondas Embora a teoria corpuscular fosse amplamente aceita,

o fsico holands Cristiaan Huygens (1629-1695) no se deixou convencer por ela e em 1690 lanou uma srie de argumentos que o levavam a crer que a luz deslocava-se em ondas. O que o levou a defender a teoria das ondas ao invs da teoria das partculas, foi a imensa velocidade com que a luz se deslocava. Os princpios bsicos da teoria das ondas so os seguintes:

A luz era resultante da vibrao molecular de materiais luminosos;

Estas vibraes eram transmitidas atravs de uma substncia invisvel e sem peso que existia no ar e no espao, denominada ter luminfero; CRISTIAAN HUYGENS

(1629 1695) (Fonte: BURNIE [1994])

As vibraes transmitidas atuam na retina, simulando uma resposta que produz uma sensao visual.

Anos depois, o fsico Charles Wheatstone (1802-1875) criou o modelo ondulatrio que

mostrava como as ondas luminosas se comportavam. O modelo de Wheatstone mostrava que o ter luminoso fazia o transporte vibrando em ngulo reto com as ondas luminosas, ao contrrio do que acreditava Huygens, para ele o ter vibrava na mesma direo da luz, se espremendo e esticando enquanto transportava as ondas. Atualmente, sabe-se que o ter luminoso no existe.

Thomas Young (1773-1829) juntamente com Augustin Fresnel (1788-1827) conseguiu

reunir importantes evidncias para validar a teoria ondulatria. Young foi o primeiro a concluir que as cores diferentes so produzidas por diferentes comprimentos de onda.

Teoria Eletromagntica Em 1820, o fsico dinamarqus Hans Christian

Oersted (1777-1851) verificou que a posio da agulha de uma bssola era modificada quando esta estava ao lado de um fio condutor percorrido por corrente eltrica. Na mesma poca o fsico e matemtico francs Andr Marie Ampre (1775-1836) demostrou que dois fios condutores percorridos por corrente eltrica sofriam uma fora de atrao ou repulso, dependendo do sentido da corrente eltrica. Neste momento ficou claro que eletricidade e magnetismo se relacionavam de algum modo. Em 1865, o fsico escocs James Clerk Maxwell (1831-1879) explicou matematicamente esse relacionamento, elaborando a teoria do eletromagnetismo. Maxwell percebeu que ao fazer uma corrente eltrica oscilar em dois sentidos, para frente e para trs, esta produz ondas eletromagnticas variveis que se irradiam a uma grande velocidade. Em seus clculos ele

JAMES CLERK MAXWELL (1831 1879)

(Fonte: BURNIE [1994])

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demonstrou que estas ondas eletromagnticas se deslocavam a velocidade da luz, o que o levou a concluir que a prpria luz era uma forma de onda eletromagntica. A teoria defendida por Maxwell baseia-se nos seguintes princpios:

Os corpos luminosos emitem luz na forma de energia radiante; A energia radiante se propaga na forma de ondas eletromagnticas; As ondas eletromagnticas atingem a retina, estimulando a uma resposta que produz

uma sensao visual.

Teoria Quntica

No final da dcada de 1850, o fsico alemo Gustav Kirchoff (1824-1887) descobriu que todos os tomos podem emitir ou absorver determinados comprimentos de onda. Esta descoberta demonstrou a existncia de fortes ligaes entre os tomos e a luz. At o final do sculo XIX os fsicos acreditavam que a luz e outras formas de radiao eletromagntica eram fluxos contnuos de energia. No entanto, no incio do sculo XX essa concepo comeou a apresentar vrios problemas tericos. Max Planck (1858-1947) desafiou a todos sugerindo que a energia na radiao no era contnua, mas dividida em minsculos pacotes, ou quanta. Sua teoria quntica mostrou que em certas circunstncias a luz podia ser concebida como partculas, como acreditavam os seguidores da teoria corpuscular de Isaac Newton. MAX PLANCK (1858 1947)

O tomo formado por um ncleo pequeno e denso, circundado por eltrons, as mesmas partculas que produzem a corrente eltrica. Os eltrons possuem tanto mais energia quanto mais afastados estiverem do ncleo. Se um eltron desloca-se de uma rbita externa para outra mais interna, ele perde energia, que liberada como um quantum de luz, ou fton. A maioria dos tomos possui muitos eltrons e muitos nveis de energia. Os comprimentos de onda da luz que cada eltron pode produzir dependem da quantidade de energia liberada quando ele cai de uma rbita para a outra. Juntos, esses diversos comprimentos de onda do ao tomo seu espectro de emisso caracterstico, cujo exame permite aos cientistas identificar o tipo de tomo que o produziu.

A teoria defendida por Planck possui as seguintes premissas: A energia emitida e absorvida em quantum, ou fton; A magnitude de cada quantum determinada pelo produto de h e f, onde h a

constante de Planck (6,626x10-34 J.s), e f a freqncia de vibrao do fton em Hertz.

Teoria de Unificao Esta teoria foi proposta pelo fsico francs De Broglie (1892-1987) e o fsico alemo

Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte:

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Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja durao determinada pela EQUAO 1.1:

v mh= (1.1)

Onde: o comprimento de onda; h a constante de Planck; m a massa e; v a velocidade da partcula.

impossvel determinar simultaneamente todas as propriedades que so distintas de

uma onda ou de um corpsculo. LOUIS DE BROGLIE

(1892 1987) WERNER HEISENBERG

(1901 1976) Esta teoria foi proposta pelo fsico francs De Broglie (1892-1987) e o fsico alemo

Heisenberg (1901-1976) baseada no seguinte: Todo o elemento de massa em movimento tem associado com ele uma onda cuja

durao determinada pela EQUAO 1.1:

v mh= (1.1)

Onde: o comprimento de onda; h a constante de Planck; m a massa e;

v a velocidade da partcula. impossvel determinar simultaneamente todas as propriedades que so distintas de

uma onda ou de um corpsculo. As teorias, quntica e das ondas eletromagnticas, fornecem a explicao de todas as

caractersticas da energia radiante que interessam a engenharia de iluminao. Luz, ou radiao visvel, energia em forma de ondas eletromagnticas capazes de

excitar o sistema humano olho-crebro, produzindo diretamente uma sensao visual. Ao contrrio do som ou vibrao, que so vibraes mecnicas, ondas eletromagnticas no

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necessitam do meio para sua transmisso. Elas passam atravs de slidos, lquidos ou gases, mas se propagam mais eficientemente no vcuo, onde no h nada para absorver a energia radiante.

O espectro eletromagntico, mostrado na FIGURA 1.1, cobre uma grande variedade de

energia radiante, classificadas de acordo com a magnitude de suas freqncias ou comprimento de onda. Numa extremidade do espectro, de grande comprimento de onda (milhares de metros; baixa freqncia) encontram-se as ondas de rdio, enquanto na outra ponta, esto os raios gama e raio X com comprimentos de onda na ordem de 10-12 m (alta freqncia). Apenas uma pequena parte desta energia radiante percebida pelo olho humano; sendo denominada "luz". Esta radiao visvel situa-se no espectro entre 380nm a 780 nm. O sistema olho-crebro no s percebe a radiao dentro desta faixa, mas tambm capaz de descriminar diferentes comprimentos de onda para produzir a sensao de cor.

Infravermelho Ondas de Rdio

Microondas

Vermelho

Laranja

Amarelo

Verde

Azul

Violeta

400 500 600 700 nm

Raios X Ultravioleta

Raios Gama

10-5 10-3 10-1 101 103 105 107 109 1011

FIGURA 1.1 Espectro eletromagntico (comprimentos de onda em nanometros). Radiao ultravioleta

As ondas de ultravioleta possuem mais energia do que a luz e as ondas de infravermelho.

A radiao ultravioleta, em funo de seus efeitos, pode ser dividida em trs parcelas, ultravioleta A, B e C. A radiao ultravioleta UV-A (315 a 400 nm), embora seja a menos prejudicial a sade humana, ela capaz de penetrar profundamente nas camadas da pele, destruindo gradativamente sua elasticidade causando assim o envelhecimento precoce. Superfcies fluorescentes quando bombardeadas por este tipo de radiao so capazes de emitir luz, por isso a radiao UV-A tambm conhecida como luz negra. O UV-A tambm utilizado em sees de bronzeamento e em tratamentos fototerpicos.

A radiao UV-B (280 a 315 nm) a parte mais destrutiva da radiao ultravioleta, pois possui energia suficiente para danificar tecidos biolgicos (queimaduras). Este tipo de radiao conhecido por causar cncer de pele. A camada de oznio da atmosfera capaz de bloquear a maioria da radiao UV-B extraterrestre, por isso uma pequena diminuio desta camada poder aumentar dramaticamente o perigo de cncer de pele na populao humana.

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A radiao UV-C (100 a 280 nm) praticamente absorvida em sua totalidade pelo ar.

Quando os ftons de UV-C colidem com os tomos de oxignio, existe uma troca de energia que proporciona a formao do oznio. Este tipo de radiao raramente observado na natureza, visto que rapidamente absorvido pela atmosfera. Lmpadas germicidas UV-C so freqentemente utilizadas para purificar o ar e a gua, pela sua capacidade de matar bactrias, fungos e microorganismos. Luz

A parcela da radiao eletromagntica compreendida entre os comprimentos de onda de

380 a 780 nm conhecida como luz, sendo a faixa do espectro que o olho humano consegue perceber. Dependendo do comprimento de onda ser a cor da luz percebida pelo olho humano. Nos comprimentos de onda de 380 a 440 nm tem-se a cor violeta, de 440 a 500 nm a cor azul, de 500 a570 nm a cor verde, de 570 a 590 nm a cor amarela, de 590 a 630 nm a cor laranja e finalmente de 630 a 780 nm a cor vermelha. Radiao infravermelho

A radiao eletromagntica nos comprimentos de onda do infravermelho possui menos quantidade de energia por fton do que a radiao ultravioleta e a luz. Este tipo de radiao percebido na forma de calor. Os equipamentos de viso noturna ampliam a radiao infravermelha e tornam visveis as pessoas e os equipamentos que esto escondidos na escurido. Alm de tornar visvel a escurido, a radiao infravermelha tambm tem aplicaes na industria, agricultura e medicina. Para a gerao de infravermelho utilizam-se lmpadas de onda curta (780 a 1.400 nm), onda mdia (1.400 a 3.000 nm) e onda longa (3.000 nm a 1 mm). 1. FOTOMETRIA

O termo fotometria, originado diretamente do grego (s - luz; - medida) definido simplesmente como:

"o ramo da cincia que trata da medio da luz".

A fotometria lida com o balano de energia nos processos de emisso, propagao e

absoro de radiao. A quantidade de radiao pode ser avaliada em unidades de energia ou no seu efeito sobre o receptor: o olho humano, a pelcula fotogrfica, a pele humana, etc. Dependendo do receptor, o resultado ser avaliado nas unidades fsicas habituais ou em unidades especiais, como unidades de luz (ou fotomtricas), unidades fotogrficas ou unidades eritmicas.

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A teoria fotomtrica, formulada por Pierre Bouguer (1698-1758) e elaborada matematicamente por J.H. Lambert (1728-1777), esteve completamente esquecida at meados de 1900 quando, com o surgimento da lmpada eltrica, a humanidade pode aspirar a uma melhor iluminao artificial. Inicialmente, o projetista s necessitava de mtodos de clculo da iluminao produzida por fontes puntuais. Entretanto, com o crescente interesse na iluminao natural (grandes fontes de luz superficiais), projeto de luminrias, propriedades das superfcies quanto absoro, transmisso e reflexo da luz e uma srie de outros problemas, a fotometria tomou seu primeiro impulso na direo de uma generalizao. JOHANN HEINRICH LAMBERT

(1728 1777) No primeiro quarto deste sculo, os projetistas s estavam preocupados em obter a

iluminao necessria nos planos de trabalho (iluminao planar). A experincia prtica tem mostrado que este critrio pode ser bastante inadequado, dependendo da atividade visual considerada. Novos conceitos tm aparecido para explicar e gerar um embasamento terico para a expresso "qualidade da iluminao", que tem sido entendida como todas aquelas propriedades que o projetista no consegue caracterizar com nmeros (quantificar). 1.1. GRANDEZAS FOTOMTRICAS

As grandezas fsicas descritas a seguir podem ser classificadas de acordo com dois critrios independentes:

Composio espectral da radiao: as grandezas fsicas relacionadas com a totalidade do espectro so chamadas de totais e esta qualificao deve ser considerada como implcita. As grandezas relacionadas com um intervalo espectral especfico d, centradas num comprimento de onda , so denominadas monocromticas e usualmente designadas com o smbolo .

Distribuio espacial da radiao: diz-se hemisfrica ou global a quantidade

relativa a todo o espao no qual uma superfcie emite ou recebe radiao. As grandezas so ditas direcionais quando relacionadas a uma direo de propagao da radiao especfica.

1.1.1. Fluxo Radiante e Fluxo Luminoso

Fluxo radiante a potncia [W] da radiao eletromagntica emitida ou recebida por um corpo. O fluxo radiante pode conter fraes visveis e no visveis. Por exemplo, quando uma lmpada ligada no apenas a radiao visvel que vista, a radiao trmica (infravermelho) tambm sentida. O componente de qualquer fluxo radiante que gera uma resposta visual

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chamado de fluxo luminoso - . A unidade no SI para fluxo luminoso lumen [lm]. A FIGURA 1.2 mostra o fluxo luminoso tpico de fontes luminosas conhecidas.

lm 12=lm 000.1=

lm 000.48=

FIGURA 1.2 Fluxo luminoso. 1.1.2. Eficincia Luminosa

Uma fonte de luz ideal seria aquela que converteria toda sua potncia de entrada [W] em luz [lm]. Infelizmente, qualquer fonte de luz converte parte da potncia em radiao infravermelho ou ultravioleta. A habilidade da fonte de converter potncia em luz chamada de eficincia luminosa, :

consumida Potncialuminoso Fluxo= (1.2)

W

lm/W

lm

FIGURA 1.3 Converso da potncia [W] em Fluxo luminoso [lm]. A unidade de eficincia luminosa no sistema internacional de unidades lmen/watt

[lm/W]. A eficincia luminosa permite comparar entre duas fontes luminosas, qual delas

proporcionar um maior rendimento. Infelizmente por questes culturais muitos ainda usam a potncia da fonte como termo comparativo, o que totalmente errado. A FIGURA 1.4 mostra como muitos fabricantes apresentam as suas lmpadas de alta eficincia. A comparao feita em funo da potncia das fontes ao invs da eficincia luminosa.

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9 x 100 W = 23 W

=

FIGURA 1.4 Comparao do fluxo luminoso entre lmpadas. A potncia eltrica da fonte luminosa possibilita estimar o consumo e a eficincia

luminosa estabelece o rendimento do sistema de iluminao. A eficincia luminosa depende do comprimento de onda da radiao. O valor mximo

terico de 683 lm/W o que corresponderia a uma fonte hipottica de radiao monocromtica de comprimento de onda igual a 555 nm (cor verde-amarelo), comprimento este no qual a viso humana apresenta o pico de sensibilidade. A FIGURA 1.5 mostra a variao da eficincia luminosa em funo do comprimento de onda. Em geral, as fontes luminosas apresentam sua energia distribuda ao longo do espectro, apresentando valores de eficincia luminosa bem abaixo dos 683 lm/W.

0

100

200

300

400

500

600

700

380 430 480 530 580 630 680 730 780

Comprimento de onda [nm]

Efic

inc

ia

[lm/W

] Eficincia luminosa mxima

1 W = 683 lm

FIGURA 1.5 Variao da eficincia luminosa em funo do comprimento de onda.

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1.1.3. Intensidade Luminosa Antes de saber o que de intensidade luminosa importante entender o que vem a ser

ngulo plano e ngulo slido. ngulo plano Define-se ngulo plano como sendo o quociente entre o comprimento de arco l e

o raio R da circunferncia.

(1.3) Como o comprimento de uma circunferncia de 2R, o ngulo plano central de

6,28 rad. Assim sendo, 1 radiano o ngulo plano central que subentende um arco de crculo de comprimento igual ao do respectivo raio.

Rl=

FIGURA 1.6 ngulo plano.

R

l

ngulo slido Visto que a luz se propaga no espao, tem-se a necessidade de trabalhar com ngulos

slidos. Define-se ngulo slido como sendo o quociente entre a rea superficial A de uma esfera pelo quadrado de seu raio R.

2RA=

R

(1.4)

A

FIGURA 1.7 ngulo slido (Fonte: RYER [1998]).

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A rea superficial de uma esfera de 4R2, logo o ngulo slido dela ser de 12,56 sr. O esterradiano [sr] para o espao tridimensional o mesmo que o radiano [rad] para o espao bidimensional. Um esterradiano definido como o ngulo slido, que tem seu vrtice no centro da esfera, cuja rea superficial igual ao quadrado de seu raio (A = R2).

Intensidade luminosa Se voc olhar diretamente para um farol e depois repetir a operao mais de lado,

aparente que no s a quantidade total de luz emitida pela fonte que importante. A direo de propagao da luz tambm vital. Luz se propagando numa dada direo, dentro de um ngulo slido unitrio, chamada intensidade luminosa, I, e sua unidade no SI lmen/esterradiano ou candela [cd].

Fonte

FIGURA 1.8 Intensidade Luminosa. Para fontes puntais, onde suas dimenses so muito pequenas se comparadas com a sua

distncia do objeto iluminado (distncia > 5 x maior dimenso da fonte), por definio, a EQUAO 1.5 vlida:

=I (1.5)

Uma tabela ou curva polar (curva fotomtrica) da distribuio da intensidade ao redor de

uma fonte pode ser confeccionada a partir de medies de intensidade luminosa. O diagrama fornece uma boa representao grfica da distribuio espacial, enquanto a tabela mais til para o desenvolvimento de clculos (FIGURA 1.9).

Direo da intensidade luminosa

300o

270o

240o 210o 180o 150o 120o

60o

90o

330o 30o0o

120

80

40

ngulo I [cd] 0o 159 5o 153

15o 146 25o 135 35o 117 45o 95 55o 71 65o 46 75o 23 85o 6

FIGURA 1.9 Distribuio da intensidade luminosa.

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1.1.4. Iluminncia

Quando a luz emitida por uma fonte atinge uma superfcie, esta superfcie ser iluminada. Assim, iluminncia (E), a medida da quantidade de luz incidente numa superfcie por unidade de rea. Sua unidade no sistema internacional lumen/m2 ou lux [lx].

AE =

1 lux = 1 lm/m2

1 cd

1 sr

1 m2

(1.6) 1 m

FIGURA 1.10 Iluminncia. Na FIGURA 1.10, a fonte de luz possui uma intensidade luminosa I de 1 candela [cd],

ou 1 lm/sr. O fluxo luminoso se propaga sob um ngulo de 1 esterradiano [sr]. Este fluxo luminoso produzir em uma superfcie de 1 m2 que est afastada da fonte de 1 m, a iluminncia de 1 lux [lx].

Observe que quanto mais distante da fonte luminosa, o fluxo luminoso se expande cada

vez mais, tornando-se menos denso. Portanto, para uma superfcie a 0,5 m da fonte a rea igual a 1/4 da rea a 1 m. Se a 1 m a iluminncia de 1 lux, a 0,5 m, com um fluxo luminoso bem mais denso, a iluminncia de 4 lux.

Alm da distncia entre a fonte e a superfcie, outro fator que influncia no valor da

iluminncia o ngulo entre o feixe luminoso e o vetor normal a superfcie. Quando o fluxo luminoso paralelo ao vetor normal a superfcie, tem-se a iluminncia mxima. Em situaes em que o fluxo luminoso perpendicular ao vetor normal a superfcie a iluminncia ser nula (FIGURA 1.10). Para posies intermedirias, a iluminncia varia de 0 ao valor mximo.

Nr

Nr

Nr

E E = 0

Emx

FIGURA 1.11 Variaes da iluminncia em funo do ngulo de incidncia.

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A iluminncia numa superfcie tambm pode ser relacionada com a intensidade da fonte

luminosa e a sua posio em relao ao fluxo luminoso pela EQUAO 1.7.

cos2 = dIE (1.7)

Onde: I a intensidade luminosa da fonte; d a distncia entre a fonte e a superfcie e; o ngulo formado entre a direo da luz e a normal da superfcie (FIGURA 1.11).

1.1.5. Luminncia

Luminncia pode ser considerada como uma medida fsica do brilho de uma superfcie iluminada ou fonte de luz, sendo atravs dela que os seres humanos enxergam. A luminncia uma excitao visual e a sensao de brilho a resposta visual desse estmulo.

Assim, luminncia L, definida como a intensidade luminosa por unidade de rea

aparente de uma superfcie numa dada direo e sua unidade no SI candela/m2 [cd/m2]. A rea aparente, A, a rea que a superfcie parece ter do ponto de vista do observador (FIGURA 1.12):

Nr

A

FIGURA 1.12 Luminncia de uma superfcie.

A EQUAO 1.8 apresenta a definio de luminncia.

)cos()(

')(

== AI

AI

L (1.8)

A rea aparente A = A . cos , onde A a rea real da superfcie, o ngulo entre o vetor normal a superfcie e a direo de observao e I() a intensidade luminosa na direo considerada.

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FIGURA 1.13 Luminncia.

A luminncia independe da distncia entre o observador e a superfcie fonte de luz. Como pode ser visto na FIGURA 1.13, a medida em que o observador se aproxima, a rea vista por ele diminui, mantendo constante a luminncia da superfcie.

Alternativamente, a luminncia de uma superfcie difusa pode ser calculada pela

EQUAO 1.9, onde o fator de reflexo da superfcie.

= EL (1.9)

O olho humano detecta luminncias da ordem de um milionsimo de cd/m2 at um limite superior de um milho de cd/m2, a partir do qual a retina danificada. Ofuscamento, impedimento da viso, ocorre a partir de 25.000 cd/m2. Assim se explica como os olhos podem ser facilmente danificados pela viso direta da luz solar que apresenta uma luminncia 1.000 vezes maior que o limite mximo.

TABELA 1.1 - Valores de luminncia de algumas fontes

Fonte Luminncia [cd/m2]

Sol 1600 x 106

Cu claro 0,4 x 104

Lmpada de tungstnio de bulbo claro (100 W) 6,5 x 106

Lmpada de tungstnio de bulbo leitoso (100 W) 8 x 104

Lmpada a vapor de mercrio alta presso (400 W) 120 x 104

Lmpada fluorescente (80 W) 0,9 x 104

Lmpada a vapor de sdio baixa presso (140 W) 8 x 104

Papel branco (fator de reflexo 80%) E = 400 lux 100

Papel cinza (fator de reflexo 40%) E = 400 lux 50

Papel preto (fator de reflexo 4%) E = 400 lux 5

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TABELA 1.2 - Grandezas fotomtricas

Grandeza

Nome Smbolo Significado Unidade

Fluxo luminoso

Componente do fluxo radiante que gera uma resposta visual.

Esfera de Ulbricht: a fonte luminosa colocada dentro de uma grande esfera, cujo o interior pintado de branco perfeitamente difusor. Mede-se a iluminncia produzida pela luz difusa atravs de uma pequena abertura, protegendo os raios que saem diretamente da fonte, esta iluminncia proporcional ao fluxo luminoso emitido pela fonte.

Eficincia Luminosa

a razo entre o fluxo luminoso "" produzido por uma fonte e a potncia "P" consumida.

A eficincia luminosa deduzida juntamente com a medio do fluxo luminoso com a esfera de Ulbricht, medindo-se a potncia consumida pela fonte luminosa e seus equipamentos auxiliares, atravs de um wattmetro.

Intensidade Luminosa

o fluxo luminoso "" emitido por uma fonte numa certa direo, dividido pelo ngulo slido "", no qual est contido.

cd Banco fotomtrico: a fonte luminosa em exame comparada com uma fonte de intensidade conhecida. No caso de aparelhos de iluminao, a medio feita por meio de um fotogonimetro: uma clula fotovoltaica gira em volta do aparelho e mede a intensidade luminosa emitida em todas as direes.

Iluminncia

o fluxo luminoso incidente "" numa dada superfcie, dividida pela rea "A"da mesma.

lux Luxmetro: formado por uma fotoclula que transforma a energia luminosa em energia eltrica, indicada por um galvanmetro cuja a escala est marcada em lux.

Luminncia

a intensidade luminosa "I" (de uma fonte ou de uma superfcie iluminada) por unidade de rea aparente "A'" numa dada direo.

Luminancmetro: aparelho que reproduz a imagem da superfcie projetada e cuja a luminncia deve ser medida. A energia eltrica produzida pelo fotosensor ampliada e medida por um galvanmetro calibrado em candelas por m2.

Como medir

lm

P=

Wlm

=II

AE =E

L'A

IL = 2mcd

19

1.2. LEIS FUNDAMENTAIS DA ILUMINAO

A intensidade luminosa "I" e a iluminncia produzida "E" so correlacionadas por duas leis de propagao da luz: 1.2.1. Lei do inverso do quadrado

A iluminao numa superfcie inversamente proporcional ao quadrado da distncia

entre a fonte de luz e a superfcie.

2dIE = (1.10)

Esta lei advm do fato que a luz emitida a partir da fonte para o espao; assim, quanto mais longe estiver a superfcie menor o fluxo de luz que ele ir interceptar. Por outro lado, se a distncia dobrada, a rea iluminada quadruplicada, produzindo uma reduo proporcional na densidade superficial de luz incidente (FIGURA 1.14).

r2 = 2.r1

Superfcie esfrica 2

(4 vezes rea 1)

Superfcie esfrica 1

r1

Fonte de luz

FIGURA 1.14 - Lei do inverso do quadrado da distncia (Fonte: MOORE [1991]). 1.2.2. Lei do cosseno

A iluminao numa superfcie varia com o cosseno do ngulo entre a normal superfcie e o raio de luz. Ela mxima quando o raio normal superfcie, ou seja, quando o ngulo de incidncia = 0. Em qualquer outro caso o raio de luz cobrir uma rea maior, com uma conseqente reduo no nvel de iluminao (FIGURA 1.15).

)cos(2 = dIE (1.11)

20

Distantes da fonte de luz as linhas de fluxo

luminoso so paralelas Iluminncia na

superfcie inclinada 50 lux

ngulo de incidncia (cosseno = 0,5)

FIGURA 1.15 - Lei do cosseno (Fonte: MOORE [1991]). 1.2.3. Lei da aditividade

Esta lei diz que a iluminao total numa superfcie, produzida por vrias fontes de luz, ser a simples soma das iluminaes produzidas por cada uma das fontes:

(1.12) nEEEEE ++++= .......321

1.3. PROPRIEDADES TICAS DOS MATERIAIS

Materiais expostos luz se comportam de vrias maneiras. Quando a luz incide numa

superfcie, uma frao do total incidente refletida, isto , retoma ao hemisfrio de procedncia sem penetrar na matria; uma outra poro, , absorvido dentro do material, configurando-se num ganho de energia, enquanto a ultima frao pode ser transmitido (no caso de superfcies transparentes ou translcidas) para o outro lado (ver FIGURA 1.16).

FIGURA 1.16 - Fluxo luminoso incidente em uma superfcie.

Material semitransparente

Transmisso

Absoro

Reflexo

21

Caso i, r, a e t, sejam, respectivamente, o fluxo luminoso total incidente, refletido, absorvido e transmitido, pode-se denominar:

Refletncia

i r= (1.13)

Absortncia

i a= (1.14)

Transmitncia

i t= (1.15)

resultando em:

(1.16) 1=++ A TABELA 1.3 apresenta os coeficientes de reflexo, absoro e transmisso de alguns

materiais. TABELA 1.3 - Refletncia, absortncia e transmitncia de alguns materiais.

Material Refletncia Absortncia Transmitncia

Alumnio 0,55 -0,90 0,45 - 0,10

Ao polido 0,55 - 0,65 0,45 - 0,35

Nquel 0,55 0,45

Papel branco 0,70 - 0,85 0,30 - 0,10 0,10 - 0,20

Vidro transparente 0,06 - 0,08 0,04 - 0,02 0,80 - 0,90

Gesso 0,80 - 0,90 0,20 - 0,10

Branco de cal 0,80 0,20

Argamassa de cal 0,40 -0,70 0,60 - 0,30

Concreto 0,40 - 0,50 0,60 - 0,50

Tijolo 0,18 - 0,32 0,82 - 0,68

Madeira 0,15 - 0,50 0,85 - 0,50

Espelho 0,70 - 0,85 0,30 - 0,15

22

Os elementos acima representam a percentagem total de luz refletida, transmitida e absorvida, no entanto, no fornecem nenhuma informao a respeito da forma de propagao da luz imposta pela superfcie aps a incidncia.

1.3.1. Reflexo

A FIGURA 1.17 mostra como a direo da luz refletida afetada pela textura da

superfcie, variando de difusa (luz refletida igualmente em todas as direes) a especular (luz refletida somente numa direo, isto reflexo de espelho). Superfcies rugosas refletem de modo predominantemente difuso, independente do ngulo de incidncia, fazendo que, desta forma, a luminncia da superfcie seja resultado apenas da iluminao no plano da mesma e de sua refletncia (FIGURA 1.17a). Superfcies polidas e brilhantes produzem reflexo especular (de espelho), com o raio de luz refletido localizando-se no plano de incidncia e com ngulo de reflexo igual ao de incidncia (FIGURA 1.17b). A reflexo especular dita "como de espelho" porque ela mantm a aparncia, direcionalidade e tamanho da fonte original. Superfcies que refletem especularmente podem ser bastante teis, mas igualmente prejudiciais caso as reflexes no sejam adequadamente controladas. Entretanto, em geral, as superfcies encontradas na prtica no so nem perfeitamente difusas nem especulares, refletindo luz em vrias direes em diferentes propores (FIGURA 1.17c).

O uso adequado de reflexes compostas (semi-difusa ou semi-especular) pode ser

bastante til para o controle da direo da luz direta e/ou para suavizar as imagens.

(a)

(b) (c)

FIGURA 1.17 - Reflexo de superfcie especular, difusa e composta.

1.3.2. Absoro Parte do fluxo luminoso incidente em uma superfcie no refletido nem transmitido,

passando a ser absorvido por ela. A parcela absorvida pela superfcie depende das caractersticas da mesma, sendo que sua cor ser definida em funo das parcelas do fluxo luminoso incidente que absorvido e refletido.

1.3.3. Transmisso A transmisso de luz atravs de superfcies no opacas ocorre de um modo similar ao do

mecanismo de reflexo. A luz pode ser transmitida tanto de maneira difusa como colimada ou

23

mesmo de uma forma combinada, produzindo resultados distintos no ambiente lumnico (ver FIGURA 1.18).

(a) (b) (c)

FIGURA 1.18 - Transmisso de superfcie especular, difusa e composta.

A transmitncia de uma superfcie afetada pelo ngulo de incidncia e pelas caractersticas difusoras da mesma. Novos tipos de vidro tm sido estudados e propostos no sentido de aumentar a transmisso da luz natural e a reflexo da radiao trmica.

1.3.4. Refrao O fenmeno de refrao da luz ocorre quando a luz atravessa materiais com ndices de

refrao distintos; a direo do facho de luz e alterada durante sua trajetria atravs do material. Esta modificao na direo causada por uma modificao na velocidade da luz. A velocidade diminui se o novo meio mais denso do que o primeiro, e aumenta, quando este meio menos denso. A modificao na velocidade seguida por um desvio da luz que conhecido como refrao (ver FIGURA 1.19).

11

2

1

2

1

FIGURA 1.19 - Refrao da luz entre dois meios diferentes.

24

A lei da refrao descrita pela EQUAO 1.17, onde 1 e 2 so os ndices refrativos do primeiro e segundo meio respectivamente, 1 o ngulo de incidncia do fluxo luminoso e 2 o ngulo de refrao da luz.

)sen()sen(

1

2

2

1

= (1.17)

A TABELA 1.4 fornece alguns ndices de refrao. Como pode ser visto o ndice de

refrao do ar 1 (ar =1), o que torna a EQUAO 1.17 mais simples, resultando na EQUAO 1.18.

)sen()sen( 221 = (1.18)

TABELA 1.4 - ndices de refrao.

Meio ndice de refrao () Ar 1,00

gua 1,33

Vidro comum 1,50 - 1,54

Cristal 1,56 - 1,78

Como o ngulo de refrao muda com o comprimento de onda, atravs da disperso em prismas possvel promover a separao da luz branca em suas cores integrantes.

25

2. COR

Cor uma importante considerao no projeto de iluminao; possvel que uma instalao de iluminao seja tecnicamente correta quanto a garantir luz suficiente e, ainda assim, causar insatisfao pelo efeito incorreto das cores.

A maioria das superfcies mostra propriedades de reflexo seletivas. Elas absorvem certos comprimentos de onda da luz incidente e, consequentemente, a composio espectral da luz refletida diferente. Esta luz refletida determina a aparncia da cor da superfcie. Estudos e experincias tm demonstrado que a cor tem influncia sobre a sade, o bom humor e o rendimento das tarefas, possibilitando a obteno de:

reaes psicolgicas positivas; interesse visual; aumento de produtividade; melhoria no padro de qualidade; menor fadiga visual; reduo do ndice de acidentes.

Fisicamente, cor uma parte do espectro de ondas eletromagnticas que, ao estimular o

olho humano, permite a distino de diferenas na qualidade da sensao visual. Portanto, como qualquer fenmeno fsico, cor mensurvel em relao a uma unidade. Um corpo que, sob uma luz branca (vermelho+azul+verde) apresentar uma colorao avermelhada, porque est refletindo as ondas de comprimento acima de 650 nm e absorvendo as demais.

FIGURA 1.20 - Incidncia de luz branca em uma superfcie avermelhada.

Sob um ponto de vista subjetivo, a cor a resposta a um estmulo luminoso captado pelo olho e interpretado no crebro. Assim, a cor uma sensao que depende de diversos fatores, tais como: posio que ocupa dentro de um conjunto de cores, iluminao que recebe, composio com outras cores, etc.

Quando duas ou mais cores so superpostas, gera-se uma cor diferente das que lhe deram origem. Existem dois processos atravs dos quais possvel misturar cores:

superposio de luzes coloridas (cor luz); mescla de pigmentos (cor pigmento).

26

No processo de superposio de luzes coloridas, ocorre o somatrio dos comprimentos

de ondas, razo pela qual denomina-se de mistura aditiva. possvel, desta forma, obter-se todas as cores do espectro partindo-se das chamadas cores fundamentais: vermelho, azul e verde. A mistura aditiva sempre produz uma cor mais clara. Este processo de superposio de luzes o que se utiliza nos tubos de imagem de televisores coloridos, sendo que o branco resulta da soma das trs cores fundamentais e o preto corresponde a ausncia de luz.

FIGURA 1.21 - Mistura aditiva (cor luz).

No caso de mescla de pigmentos, ocorre um processo de absoro de parte da luz incidente produzindo uma diminuio dos comprimentos de onda refletidos. Este processo chamado de subtrativo e as cores bsicas so: magenta, cyan e amarelo. Mistura subtrativa sempre produz uma cor mais escura que as originais. O preto obtido pela soma das trs cores bsicas de pigmento, que juntas absorvem todos os comprimentos de onda.

FIGURA 1.22 - Mistura subtrativa (c

or pigmento)

27

2.1. CLASSIFICAO DAS CORES

Ao se descrever uma superfcie vermelha a uma outra pessoa, ela tem uma idia geral sobre a mesma, o problema surge quando se ordena a essa pessoa que reproduza esta superfcie vermelha com exatido. Surge ento a necessidade de especificar a cor com preciso (Qual seu colorido?; Qual seu brilho?). Um dos primeiros sistemas criados e tambm um dos mais conhecidos de classificao de cores, foi desenvolvido em 1915 pelo americano Albert H. Munsell baseado em trs atributos distintos:

Matiz (ou Tom): a qualidade que distingue uma cor da outra, o conceito de cor usando os termos comuns das cores, vermelho, amarelo, azul, etc, com cores de transio e outras subdivises. A matiz depende do comprimento de onda dominante.

Valor (brilho): a medida subjetiva de refletncia, aparncia clara ou escura de acordo

com uma escala de 0 (preto) a l0 (branco). Na prtica so encontrados valores de 1 a 9 definindo uma escala cromtica de valores, que pode ser convertida em refletncia, diretamente relevante para o projeto de iluminao:

100)1( = VV (1.19)

Saturao (ou croma): dada pela intensidade ou pureza da cor. Munsell estabeleceu

uma escala ascendente de at 14 graus para correlacionar as diferenas entre a cor pura e o cinza neutro.

Neste sistema, cada cor possui uma notao feita em trs partes: Matiz-Valor/Saturao. Deste modo um certo tom (matiz) de verde com um valor mdio na escala de brilho (valor) e com 8 graus distante do cinza neutro ser representado da seguinte forma: 5G-5/8.

FIGURA 1.23 - Crculo de cores de Munsell (Fonte: FITT

28

FIGURA 1.24 - Diagrama de cromaticidade (Fonte: FITT [1997]). Um outro sistema de especificao de cores, no to simples como o sistema proposto

por Munsell, foi proposto em 1931 pela CIE (Commission International de L'Eclairage). O sistema proposto pela CIE baseado no seguinte procedimento:

coloca-se um observador em frente a uma tela branca; em uma metade da tela projetada uma fonte de luz arbitrria (fonte teste); na outra metade da tela projetada uma combinao das trs cores primrias de luz

(vermelho (=700 nm), verde (=546,1 nm) e azul (=435,8 nm)); observador tem que ajustar a intensidade das trs cores primrias at que ambos os

lados da tela apresentem a mesma cor e o mesmo brilho. Cabe salientar que, embora os dois lados da tela tenham a mesma cor, eles podem no

possuir a mesma composio espectral e que as quantidades de luz vermelha, verde e azul que especificam a cor observada so valores nicos para a mesma.

Esta classificao feita em funo de trs componentes denominados valores

tristmulos, que so representados pelas letras X, Y e Z. As variaes dos valores tristmulos que ocorrem em funo do comprimento de onda da radiao, permitem a elaborao de trs curvas que delimitam reas iguais com o eixo das abscissas. A FIGURA 1.24 mostra a representao grfica dos tristmulos.

29

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

380 430 480 530 580 630 680 730 780

Comprimento de onda [nm]

Tri

stm

ulos

FIGURA 1.25 - Valores dos tristmulos.

Com a representao dos valores tristmulos em um sistema de eixos cartesianos, possvel construir um diagrama com todas as cores do espectro visvel. Porm, esta representao no to simples por se tratar de um sistema tridimensional. Com o objetivo de transformar o sistema tridimensional em um bidimensional, os valores tristmulos X, Y e Z foram dividido pela soma dos mesmos, resultando nas seguintes equaes:

ZYXXx ++=

(1.20)

ZYXYy ++=

(1.21)

ZYXZz ++= (1.22)

A soma dos trs valores conhecidos como coordenadas de cromaticidade (x, y e z) igual a 1. 1=++ zyx (1.23)

Utilizando-se dois coeficientes tricromticos (x e y) possvel traar um diagrama bidimensional que represente todas as cores do espectro. Este grfico representado no espao

30

bidimensional recebe o nome de Diagrama de Cromaticidade (FIGURA 1.26). Todas as cores possveis da combinao das cores primrias de luz (vermelho, verde e azul) esto dentro da rea limitada pela curva e pela reta conhecida como linha das prpuras, tendo em sua regio central o branco de referncia (x=0,33, y=0,33) com temperatura de cor correlata de 9600 K.

FIGURA 1.26 - Diagrama de Cromaticidade (Fonte: FITT [1997])

31

Figura 1.27: Valores do Sistema Munsell e refletncias

32

2.2. TEMPERATURA DA COR CORRELATA

Um corpo aquecido emite radiao eletromagntica, cujo comprimento de onda depende da temperatura do emissor. Com temperaturas at 600 K os comprimentos de onda so maiores que os da faixa visvel. Com o aumento da temperatura, o espectro se move para a poro visvel. Em torno de 6.000 K (radiao solar) a emisso est centrada na banda visvel. A cor da radiao pode ser definida de acordo com a temperatura do emissor, isto , temperatura que um corpo negro deve ter para emitir um espectro similar ao da fonte de luz - temperatura da cor correlata em K. A TABELA 1.4 mostra a temperatura que o corpo negro deve atingir para emitir luz colorida.

TABELA 1.4 - Temperatura da cor correlata da luz colorida.

Cor da luz TCC [K]

Vermelho 800 - 900

Amarelo 3.000

Branco 5.000

Azul 8.000 - 10.000

Azul brilhante 60.000 - 100.000

Cabe salientar que a referncia feita a cores quentes ou frias (quanto a sua aparncia) tem o significado inverso ao da temperatura da cor. O vermelho "quente" tem na verdade a menor temperatura da cor, enquanto o azul "frio" emitido pelos corpos a mais alta temperatura. 2.3. APARNCIA DE COR

As fontes de luz podem ser divididas, com uma certa aproximao de acordo com sua aparncia de cor e temperatura de cor correlata (ver TABELA 1.5).

TABELA 1.5 - Aparncia de cor.

Aparncia de cor TCC [K]

Fria (Branca-azulada) > 5.000 Intermediria (Branca) 3.300 - 5.000

Quente (branca-avermelhada) < 3.000

Diversas experincias tm mostrado que para uma iluminao de boa qualidade, a aparncia de cor das fontes de luz deve estar de acordo com o nvel de iluminao. A TABELA 1.6 mostra a aparncia de cor em funo do nvel de iluminao para ambientes iluminados com lmpadas fluorescentes. Analisando a TABELA 1.6 nota-se que quanto maior for o nvel de iluminao, maior deve ser a temperatura de cor, proporcionando ao ambiente uma aparncia de cor mais fria.

33

TABELA 1.6 - Variao da aparncia de cor em funo do nvel de iluminao.

Aparncia de cor da luz

Quente Intermediria Fria

< 500 agradvel neutra fria

500 - 1.000 1.000 - 2.000 estimulante agradvel neutra

2.000 - 3.000 > 3.000 inatural estimulante agradvel

Iluminncia [lux]

2.4. REPRODUO DAS CORES

Embora a luz branca contenha as sete cores do espectro, nem todas as fontes de luz branca, tais como lmpadas, luz natural ou solar, contm iguais quantidades de cada cor. Por exemplo, luz do sol ao meio-dia apresenta um espalhamento das cores bastante uniforme (FIGURA 1.27a), enquanto uma lmpada incandescente contem uma grande quantidade de vermelho (FIGURA 1.27b). Lmpadas fluorescentes so normalmente deficientes no vermelho, mas apresentam picos de amarelo/verde e algumas partes de azul (FIGURA 1.27c). Lmpadas de vapor de mercrio so deficientes no azul (FIGURA 1.27d).

(a) (b)

(c) (d)

FIGURA 1.27 - Curva de distribuio espectral de algumas fontes de luz.

34

A cor da superfcie a ser percebida , obviamente, influenciada pelo contedo de cores da fonte luminosa - este efeito chamado de reproduo da cor. Veja na TABELA 1.7 como uma luz colorida pode realar ou distorcer a cor dos objetos. , portanto, importante que as fontes de luz proporcionem uma reproduo das cores correta de acordo com os objetivos especficos do projeto. Por exemplo, museus, galerias de arte, indstrias txteis, vitrines, aougues, etc.

TABELA 1.7 - Influncia da cor da luz na cor dos objetos.

Cor da luz

Amarelo Vermelho Azul Verde

Amarelo Amarelo brilhante

Laranja avermelhado

Marrom claro

Amarelo limo

Vermelho Laranja brilhante

Vermelho brilhante

Vermelho azulado

Vermelho amarelado

Azul Prpura claro

Prpura escuro

Azul brilhante

Azul verdoso

Verde Verde amarelado

Verde oliva Azul verdoso

Verde brilhante

Cor do objeto

A reproduo de cor pode ser classificada, sendo o ndice de reproduo de cor Ra da

CIE (Commission Internacionale L'Eclairage) o mais comum. Este ndice derivado de um jogo de 8 cores teste, que so iluminadas por uma fonte de luz de referncia (Ra = 100) e a fonte de luz a ser testada. Compara-se visualmente para definir quo prximo a luz de teste reproduz as cores vistas sob a fonte de referncia. A TABELA 1.8 apresenta as faixas de variao.

TABELA 1.8 - Classificao das fontes de luz conforme o ndice de reproduo de cores.

Grupo de

reproduo de cor

ndice de

reproduo de cor Aplicao tpica

1A Ra 90 Situaes especiais de controle de cor apurado

1B 80 Ra < 90 Quando necessrio um bom julgamento de cor, sua reproduo e aparncia (indstrias txteis, grficas, lojas, museus, hospitais, residncias, hotis, etc.)

2 60 Ra < 80 Reproduo de cor moderada (escritrios, indstrias em geral, escolas, lojas, etc.) 3 40 Ra < 60 Quando a reproduo de cor no importante, mas no se quer distores em excesso. 4 20 Ra < 40 Reproduo de cor desprezvel (iluminao pblica)

35

2.5. USO DAS CORES EM AMBIENTES DE TRABALHO

Um ambiente de trabalho que apresente uma utilizao adequada das cores proporcionar aos seus usurios uma atmosfera agradvel, segura e com menos propenso de danos a sua sade. Este ambiente agradvel diminuir os riscos de fadiga visual evitando assim falhas na execuo das tarefas, logo, resultar em um aumento de produtividade.

Ao escolher a cor dos ambientes de trabalho, deve-se dar preferncia a tons suaves, pois

embora as cores vivas sejam mais interessantes, elas se tornaram cansativas para aqueles que tero que passar uma jornada de trabalho de 8 horas ou mais neste ambiente. Isto no quer dizer que o uso de cores vivas deve ser descartado, muito pelo contrrio, existem certos ambientes que elas proporcionaro um efeito psicolgico muito mais eficaz, tais como: halls de entrada, salas de espera, salas de lazer, etc.

TABELA 1.9 - ndices de reflexo mdia das cores (refletncia).

Cor Refletncia [%]

Branco terico 100 Branco de cal 80 Amarelo 70 Amarelo limo 65 Verde limo 60 Amarelo ouro 60 Rosa 60 Laranja 50 Azul claro 50 Azul celeste 30 Cinza neutro 30 Verde oliva 25 Vermelho 20 Azul turquesa 15 Prpura 10 Violeta 05 Preto 03 Preto terico 00

O fator climtico um dos determinantes na hora do planejamento cromticos dos ambientes de trabalho. Em locais de clima quente, deve-se dar preferncia aos tons azuis e verde claro, que esto associados a frescura das guas, da relva e das folhagens, evitando-se sempre o uso do amarelo, que lembra o fogo e o sol. Embora a utilizao das cores frias traga uma sensao de frescor e tranqilidade, elas podero tornar o ambiente montono e ao mesmo tempo depressivo. Quando o clima mais frio deve-se optar por cores que dem a sensao de calor, como o amarelo, laranja e o vermelho.

Alm dos aspectos

psicolgicos e decorativos que as cores possuem, o que realmente interessa para iluminao do ambiente de trabalho so as suas propriedades de reflexo da luz. A utilizao de cores com altos ndices de reflexo poder melhorar significativamente o rendimento do sistema de iluminao, podendo-se aumentar o nvel de

36

iluminamento geral do ambiente sem que seja necessrio aumentar o fluxo luminoso das fontes de luz. Na TABELA 1.9 so apresentados os ndices de reflexo mdia de algumas cores.

O planejamento cromtico de um determinado local de trabalho depende de vrios fatores, tais como: atividade a ser desenvolvida no local, as dimenses do espao, o tipo de iluminao a ser utilizado, o perfil do usurio (sexo, idade e cultura), etc. Neste planejamento o teto, as paredes e o piso devero receber um tratamento diferenciado.

Cores de tetos e forros: Na escolha da cor do teto deve-se optar por cores mais claras. Quanto mais estas se aproximem do branco, melhor sero as condies de iluminao do ambiente. A luz difusa refletida pelo teto proporcionar uma melhor uniformidade dos nveis de iluminao do ambiente, reduzindo os problemas de sombras excessivas e de ofuscamentos produzidos por reflexes dirigidas. Cores de paredes: O fundo de qualquer ambiente limitado por suas paredes, e sobre este fundo se destaca tudo que nele existe. para este fundo que a viso direcionada quando se afasta de sua atividade, portanto, deve-se evitar diferenas acentuadas entre a cor do plano de trabalho e o fundo, pois isto exigir do olho um grande esforo de adaptao a nova cor, resultando em uma fadiga visual. A cor das paredes e do plano de trabalho dever sempre que possvel possuir o mesmo tom. Pisos: Recomenda-se que o piso tenha uma cor mais escura que as que foram utilizadas para as paredes e o teto.

Na TABELA 1.10 apresentam-se os valores recomendados de refletncia para teto,

paredes de piso.

TABELA 1.10 - Refletncias recomendadas para teto, paredes e piso.

Superfcie Refletncia [%]

Teto 90 - 70

Paredes 70 - 50

Piso 40 - 20 2.6. USO DAS CORES NAS SINALIZAES

A grande vantagem do uso das cores para sinalizao que ela possibilita uma reao instantnea no observador. Um cartaz faz com que um observador pare, leia, analise e s ento depois de todas estas etapas, tome a atitude recomendada pelo mesmo. Para que com as cores a reao fosse imediata, foi necessria uma uniformidade na aplicao destes sinais, de tal forma que o seu significado seja sempre o mesmo.

A norma brasileira NB-76/59 determina as cores dos locais de trabalho com a finalidade de evitar acidentes. A aplicao de cada uma das cores mostrada na TABELA 1.11.

37

TABELA 1.11 - Aplicao das cores com a finalidade de evitar acidentes.

Cor Aplicao

Vermelho Indicar equipamentos de combate a incndio (extintores, hidrantes)

Alaranjado Identificar partes mveis e perigosas de mquinas e equipamentos (polias, engrenagens)

Amarelo Em escadas, vigas, partes salientes de estruturas, bordas perigosas como um sinal de advertncia "cuidado"

Verde Identificar equipamentos de primeiros socorros, macas, e quadros para exposio de cartazes sobre segurana

Azul Indicar equipamentos fora de servio e fontes de energia

Prpura Indicar os perigos provenientes de radiaes eletromagnticas e de partculas nucleares

Branco Demarcar reas de corredor e locais de armazenagem, localizao de equipamentos de socorros, combate ao incndio, coletores de resduos e bebedouros

Preto Indicar os coletores de resduos. A TABELA 1.12 apresenta algumas cores fixadas pela norma brasileira NB-54/57 para

tubulaes, outros cdigos podero ser obtido consultando-se a norma.

TABELA 1.12 - Aplicao das cores em tubulaes.

Cor Aplicao

Vermelho Combate ao incndio

Verde gua

Azul Ar comprimido

Amarelo Gases no liqefeitos

Laranja cido

Lils lcalis

Preto Inflamveis e combustveis de alta viscosidade

Alumnio Gases liqefeitos, inflamveis e combustveis de baixa viscosidade

Branco Vapor

Marrom Qualquer outro tipo de fludo

Cinza claro Vcuo

Cinza escuro Eletrodutos

38

3. ILUMINAO ESPACIAL

As condies de iluminao so usualmente descritas, medidas ou especificadas em termos de iluminncia num dado plano, mais freqentemente num plano de trabalho horizontal (tomada a uma altura entre 0,75 a 0,90 m) e, em algumas vezes, vertical ou inclinado; em outras palavras, iluminao planar.

Iluminao frontal

Entretanto, isto no descreve totalmente as

condies de iluminao. Uma certa iluminao pode ser produzida por um estreito raio de luz, vindo de uma determinada direo, ou por um ambiente aonde a luz vem de todas as direes. Um sensor de luz plano registra a luz proveniente de um hemisfrio e no distingue entre um raio de luz e um ambiente difuso. Existem certos ambientes, tais como praas de esporte, palcos, museus, estradas, saguo de entrada, etc., onde o objeto central da tarefa visual essencialmente tridimensional; nestes casos a iluminao planar oferece pouca informao sobre as reais condies de iluminao (ver FIGURA 1.28).

Iluminao lateral

FIGURA 1.28 - Iluminao espacial.

Um outro conceito utilizado para caracterizar um sistema de iluminao, que no seja

somente a iluminncia no plano de trabalho proposto adotando-se dois novos conceitos: iluminncia escalar e vetor iluminao.

3.1. ILUMINAO ESCALAR

A iluminncia escalar em um ponto a

iluminncia mdia recebida por uma pequena esfera

colocada neste ponto, proveniente de todas as

direes, isto , o fluxo total incidente na esfera,

dividido pela sua superfcie. designado por ES e

medido em lux; sendo a medida da quantidade total

de luz, no considerando sua direo.

FIGURA 1.29 - Iluminao escalar.

39

Utilizando-se a EQUAO 1.6, e admitindo-se que a pequena esfera possui um raio "r", a iluminncia escalar pode ser representada pela EQUAO 1.24:

24 rES =

(1.24) 3.2. VETOR ILUMINAO E1

uma grandeza composta, apresentando magnitude e direo. A magnitude do vetor iluminao em um ponto a diferena mxima de iluminncias entre dois pontos diametralmente opostos na superfcie de uma pequena esfera colocada neste ponto. Sua direo dada pelo dimetro que liga os dois pontos que apresentam a mxima diferena. designado por Emx e medido em lux.

E2

FIGURA 1.30 - Vetor iluminao.

Na FIGURA 1.30 os valores E1 e E2 so os que fornecero o mdulo do vetor iluminao (Emx = E1 - E2). Estes valores podero ser determinados pela EQUAO 1.25.

2rE =

(1.25)

A razo vetor iluminao/iluminao escalar a medida da direcionalidade da luz e tambm serve como um bom indicador das qualidades de modelamento do ambiente. Este valor varia de 0 a 4. Em um ambiente que possua uma iluminao perfeitamente difusa, os valores E1 e E2 so igual, resultando um vetor iluminao nulo e um ndice de modelamento tambm nulo. Ambientes com ndice de modelamento baixo h uma ausncia de sombras, os detalhes no so realados e a percepo de profundidade da cena fica prejudicada. O oposto, ou seja, uma iluminao unidirecional proporciona o ndice de modelamento igual a 4, o valor mximo. Locais com ndice de modelamento alto podem criar sombras demasiado fortes, esconder os detalhes e causar desconforto visual por ofuscamento. Os valores recomendados para ambientes de trabalho situam-se entre 1,2 - 1,5.

40

4. VISO E PROJETO DE ILUMINAO

Viso a habilidade do olho perceber aquela poro do espectro de radiao que definido como luz. A luz entra no olho atravs da pupila, uma abertura na ris que varia seu dimetro para controlar a quantidade de luz admitida. A crnea e o cristalino (lente) focam a luz por retrao para criar uma imagem invertida na retina - superfcie sensvel a luz localizada no fundo do olho - que transmite a informao para o crebro. A retina composta por dois tipos de receptores sensveis luz: cones e bastonetes. Existem trs tipos de cones, cada um cobrindo uma margem espectral distinta; isto que torna possvel a viso a cores. A fvea uma pequena poro da retina que consiste no centro de nossa viso; a regio da fvea contm uma grande quantidade de cones (aproximadamente 6 x 106), que so sensveis a cor e ao detalhe, mas pouco sensveis a luz e movimento. A poro maior ao redor responsvel pela viso perifrica (rea parafoveal). Esta regio contm uma enorme quantidade de bastonetes (em torno de 125 x 106), que so extremamente sensveis a luz (possibilitando a viso no escuro) a ao movimento, mas no possuem sensitividade a cor e ao detalhe (ver FIGURA 1.31).

Filme

Diafragma

Lentes

Abertura

rea Foveal

rea parafoveal

Plpebra Crnea ris Pupila

FIGURA 1.31 O olho humano x Cmera fotogrfica (Fonte: MOORE [1991]). Num primeiro instante, a experincia visual se apresenta como um processo de

orientao e formao de impresses espaciais. A seguir, pelo recebimento de vrias informaes, ocorre um processo de comparaes e ordenamento de prioridades mentais. A viso tambm inclui o processo de comunicao com a identificao de informaes visuais. Por fim, a viso interpreta movimento e mudanas no entorno adjacente, contribuindo para a orientao espacial e segurana no ambiente.

A evoluo da humanidade tem sido feita predominantemente luz do dia e do sol, o que no surpreende pelo fato de que o mximo de sensitividade do olho humano ocorre na faixa do espectro solar. Com pouca luz (luminncia mdia de 0,001 cd/m2), os bastonetes so usados e a sensitividade mxima corresponde a = 0,507 nm, o que designada de viso escotpica. Com mais luz (luminncias na ordem de 3 cd/m2), os cones comeam a operar e a sensitividade mxima deslocada para = 555 nm, designada agora de viso fotpica ou curva V(). Esta

41

defasagem, ou seja, o deslocamento na sensitividade mxima do olho humano denominado Efeito Purkinje (ver FIGURA 1.32).

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

380 430 480 530 580 630 680 730 780

Comprimento de onda [nm]

Sens

itivi

dade

Vis

ual

Viso noturna (Escotpica)

Viso diurna (Fotpica)

FIGURA 1.32 Sensitividade espectral do olho humano.

A curva V() de fundamental importncia nas medies de luz uma vez que internacionalmente usada como base em qualquer medio de luz, independentemente do nvel de iluminao. 4.1. VISO E PERCEPO

A analogia olho-cmera fotogrfica, que pode ser usada para explicar o processo de controle de admisso de luz, foco e criao da imagem visual, se desfaz quando os impulsos nervosos chegam ao crebro. Enquanto a cmera enxerga a cena e a registra, o crebro percebe a cena e a interpreta. Esta interpretao da cena pelo crebro lana mo da memria, experincia, aprendizado, conhecimento e inteligncia. A FIGURA 1.33, por exemplo, mostra como o crebro gera sentido a partir de um conjunto de figuras pretas aparentemente sem nenhum significado (tendncia complementao).

FIGURA 1.33 Exemplo de percepo por tendncia de complementao.

42

4.2. ADAPTAO VISUAL

O olho humano tem uma grande capacidade de adaptao a condies variveis de iluminao. O processo pelo qual os olhos se ajustam a estas condies chamado de adaptao visual. Adaptao a caracterstica dominante na viso humana; de outra forma no se poderia ver em ambientes to distintos como os produzidos pelo dia, noite, luz solar, nuvens, interiores e exteriores. por causa desta capacidade de ajustamento do olho humano que a luminncia, ou brilho, relativa e no absoluta; a luz do dia que parecia ser satisfatria ao entrarmos no cinema parece excessivamente brilhante quando deixamos o cinema. Faris de veculos que incomodam noite quase no so percebidos durante o dia.

O processo de adaptao possui trs componentes: uma resposta neural rpida quando ocorre uma mudana na iluminao; uma resposta mdia do olho com a dilatao ou contrao da pupila para regular a

quantidade de luz admitida no interior do olho; uma resposta retinal lenta com a produo ou remoo de substncias fotos-

qumicas para aumentar ou diminuir a sensitividade luz.

A resposta do olho pela pupila mais um efeito secundrio; uma proporo de luminncias em torno de 8 para 1 pode ser adaptada desta forma. O processo de adaptao principal a lenta resposta retinal/substncias fotos-qumicas que capaz de lidar com diferenas de at 1.000 para 1. Como esta resposta lenta so necessrios alguns minutos para a adaptao completa. Geralmente, a adaptao do claro para o escuro mais lenta (aproximadamente 30 minutos) que a do escuro para o claro (2 a 3 minutos), pois mais fcil remover as substncias fotos-qumicas dos cones do que produzi-las nos bastonetes.

Ao focalizar um novo cenrio, o olho se adapta a luminncia mdia deste. Portanto, existe uma faixa de variao de luminncia para ambos os lados na qual o olho pode funcionar. Existem duas consideraes de projeto importantes que so uma conseqncia da habilidade de adaptao do olho:

margem de adaptao: ao adaptar-se a luminncia mdia da cena, a margem de visibilidade para ambos os lados grande, mas no infinita. Diferenas muito grandes podem gerar perda de visibilidade e ocorrncia de ofuscamento;

velocidade de adaptao: como j foi mencionado, a velocidade de adaptao

bastante lenta comparada com os movimentos humanos normais. Caso haja um aumento muito rpido nos nveis de luz pode ocorrer ofuscamento. Se for um decrscimo muito rpido pode haver perda de visibilidade (ex., entrada e sada de tneis).

43

4.3. DESEMPENHO DAS TAREFAS VISUAIS

Os ambientes construdos (internos e externos) so iluminados para permitir o desenvolvimento de tarefas visuais (leitura, viso, manufatura, consertos, etc.). , portanto, muito importante que se saiba o que influencia a habilidade das pessoas de desempenhar estas tarefas. Existem quatro aspectos fundamentais a serem considerados: luz, contraste, tamanho e tempo.

FIGURA 1.34 Fatores que influem na discriminao visual.

Contrate a diferena de brilho entre a figura e o

fundo. Se o contraste no existir a figura ficar

camuflada

4.3.1. Iluminncia mdia (nvel de iluminao mdio)

De maneira geral, quanto maior for o nvel de iluminao, mais contrada estar a pupila, melhorando a nitidez da imagem "vista" pelo olho. Dezenas de experincias e estudos tm apontado a preferncia por iluminncias que variam entre 1.000 a 2.000 lux para atividades normais de escritrio (FIGURA 1.35). bvio que, na prtica e por questes econmicas, so aceitveis valores abaixo desta faixa. Entretanto, existem outros critrios que devem ser satisfeitos e o que se verifica, na prtica, que se pode admitir valores de iluminncias menores, sem prejuzo do desempenho da tarefa visual.

FIGURA 1.35 Acuidade visual x Nvel de iluminamento (Fonte: IIDA [1997]).

44

Analisando o grfico da FIGURA 1.35 nota-se que at 1.000 lux o rendimento visual cresce enquanto a fadiga visual decresce. A partir deste ponto at 2.000 lux h um aumento discreto do rendimento visual com um acrscimo da fadiga visual. Ultrapassado os 2.000 lux o rendimento visual tende a permanecer constante com um aumento da fadiga. Por isso, recomenda-se que somente em situaes especiais utiliza-se nveis de iluminamento maiores que 2.000 lux.

No Brasil, a Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) atravs da NBR 5413 (abril de 1992) fixa iluminncias mnimas a serem atingidas em funo do tipo de tarefa visual. 4.3.2. Contraste

Contraste definido como a diferena entre a luminncia (brilho) de um objeto e a luminncia do entorno imediato deste objeto. No senso subjetivo, o contraste a determinao da diferena em aparncia de duas partes do campo visual. Objetivamente, contraste, especificamente contraste de luminncia, pode ser expresso por pelas EQUAES 1.26, 1.27 e 1.28:

fundo

fundofigura

LLL

C= (1.26)

maior

menormaior

LLLC = (1.27)

mnimomxima

mnimamxima

LLLLC +

= (1.28)

A Equao 1.26 resultar em contrastes que variam entre 0 e 1 para um objeto que mais escuro que o seu entorno, e de 0 a (infinito) para aquele objeto que mais luminoso que o fundo. Esta equao mais freqentemente utilizada em casos que o fundo mais luminoso que o objetivo.

Os valores de contrastes fornecidos pela EQUAO 1.27 variam entre 0 e 1,

independente de quem apresenta a maior luminosidade, o fundo ou a figura. Esta equao especialmente aplicada em situaes onde no se consegue identificar claramente o fundo da figura.

A EQUAO 1.28 apresenta uma outra maneira de determinar o contraste figuras e seus

respectivos fundos. Esta formulao define o que conhecido como modulao.

45

A luminncia de uma superfcie varia com o ngulo de incidncia da luz e o ngulo de observao. Quando estes ngulos forem semelhantes o contraste ser mnimo e o reflexo da luz incidente pode se tomar um problema, reduzindo a visibilidade de elementos contidos no objeto central de viso. Contraste depende no s do nvel de iluminao, mas tambm das caractersticas de reflexo dos elementos envolvidos. Como o contraste uma medida relativa, a percepo tambm relativa. Um objeto pode parecer mais ou menos brilhante dependendo do brilho do seu entorno.

Em pleno dia pode-se perceber diferenas de luminncias de at 1%, mas sob condies precrias de iluminao at diferenas de 10% podem passar despercebidas. A sensitividade ao contraste melhora com o aumento da luminncia, que por sua vez funo da iluminao, at um certo limite (possibilidade de ocorrer ofuscamento). Uma aplicao importante da sensitividade ao contraste a iluminao de sinalizao de emergncia tipo SADA; deve haver um alto contraste entre o sinal e o ambiente cheio de fumaa para permitir que o mesmo seja visvel. 4.3.3. Acuidade visual

Nitidez de viso ou acuidade visual a medida da habilidade do olho em discernir detalhes. Pode ser definida em termos do ngulo visual contido nos extremos do menor detalhe perceptvel ou contido entre dois objetos que os olhos ainda podem distinguir separadamente. Este ngulo expresso em minutos e a acuidade visual expressa pelo recproco deste ngulo (acuidade = 1/) (ver FIGURA 1.36):

Nveis de iluminao [lux]

FIGURA 1.36 Definio de acuidade visual (Fonte: PILOTTO NETO [1980]).

d

E

A FIGURA 1.37 apresenta

a acuidade visual em funo da iluminao. Acuidade melhora com a iluminao, mas como com a sensitividade ao contraste, a lei da diminuio dos retornos pode ser aqui comprovada; com altos nveis de iluminao a acuidade visual tende constncia. FIGURA 1.37 Acuidade visual em funo do nvel de

iluminao.

46

Tipicamente, um adulto pode perceber detalhes com um ngulo visual de 1' (min), resultando numa acuidade visual de 1. A acuidade visual de uma criana pode chegar at 2,5, enquanto que com a idade a acuidade pode decrescer at menos que 1. Assim, a distncia mxima para viso com preciso, limite de percepo, pode ser obtida pela EQUAO 1.29:

)'1tan(dD

(1.29)

Portanto, o menor detalhe que o olho normal pode distinguir com preciso deve ter uma dimenso de pelo menos 1/3.438 da distncia de observao:

438.3Dd (1.30)

Acuidade visual, e por conseqncia, as distncias do observador ao objeto e as dimenses deste objeto, so tambm afetadas pelo nvel de contraste, contraste de cor, tempo de viso e qualidade tica do olho. O projetista deve estar consciente do grau de detalhe provvel a ser requerido num determinado ambiente. Acuidade normalmente medida atravs do anel de Landolt (FIGURA 1.38). Consiste em crculos com uma interrupo na sua circunferncia. O teste envolve a viso de uma imagem com mais ou menos 100 anis, onde se deve dizer onde a falha ocorre (isto , 12, 3, 6 ou 9 horas).

5a a

FIGURA 1.38 Anel de Landolt para teste de acuidade visual.

4.3.4. Desempenho visual

Os dois aspectos vistos anteriormente so expresses da eficincia visual sob condies estticas. Dado tempo suficiente, a maioria das pessoas sero capazes de perceber um objeto mesmo se o contraste e a acuidade visual forem fracos. Entretanto, eficincia precisa ser medida em relao a tarefas visuais transientes, em relao a mudanas; desta forma, o tempo tambm considerado. Desempenho visual quantificado tanto pelo tempo necessrio para se perceber um objeto, como pelo nmero de objetos percebidos por unidade de tempo. Este aspecto apresenta conseqncias importantes quanto segurana com respeito circulao, escadas, vias de trfego, etc. A FIGURA 1.39 mostra que o tempo necessrio para a realizao de uma determinada tarefa visual diminui com o aumento do nvel de iluminao. Existir um momento em que, aumentar do nvel de iluminao, no diminuir o tempo de realizao da tarefa. Para cada tarefa tem-se o nvel de iluminao ideal.

47

Nveis de iluminao [lux]

Tempo necessrio para ver

FIGURA 1.39 Desempenho visual em funo do nvel de iluminao. 4.3.5. Eficincia visual

Este termo fornece uma descrio geral de como os trs parmetros discutidos acima se combinam para dar uma medida da habilidade do olho em desempenhar tarefas visuais. Ele ajuda a responder:

Qual a menor diferena de luminncia percebida? Qual o menor objeto ou menor detalhe a ser distinguido? Quanto tempo necessrio para o desempenho da tarefa visual?

Assim, a sensitividade ao contraste, a acuidade visual e o desempenho visual so trs

aspectos mensurveis da relao estmulo/resposta; nenhum deles isoladamente descreve completamente esta relao, mas juntos eles fornecem uma boa estimativa da eficincia do processo visual. Sem surpresas, a eficincia visual tambm tender a aumentar com o nvel de iluminao. Aqui tambm a lei da diminuio dos retornos se aplica, alertando para o risco de se exceder nos nveis de iluminao (FIGURA 1.35).

48

4.4. OFUSCAMENTO

Quando o processo de adaptao no transcorre normalmente devido a uma variao muito grande da iluminao e/ou a uma velocidade muito grande, experimenta-se uma perturbao, um desconforto ou at mesmo uma perda na visibilidade que chamada de ofuscamento. O ofuscamento pode ocorrer devido a dois efeitos distintos:

Contraste: caso a proporo entre as luminncias de objetos do campo visual seja maior do que 10:1;

Saturao: o olho saturado com luz em excesso; esta saturao ocorre normalmente quando a luminncia mdia da cena excede 25.000 cd/m2.

Ofuscamentos podem ser

classificados como: desconfortveis ou perturbadores e inabilitadores. (ver FIGURA 1.36). Os primeiros no impedem necessariamente o desenvolvimento da tarefa visual; so atribudos tendncia do olho de fixar em objetos ou pontos brilhantes dentro do campo visual (fontes de luz ou reflexos intensos em superfcies muito polidas). O grau de desconforto produzido por luminrias funo de quatro parmetros: luminncia da fonte, tamanho da fonte, ngulo entre a fonte e a linha de viso do observador e a capacidade de adaptao do observador. FIGURA 1.40 Tipos de ofuscamento

(Fonte: GRIEVE [1990]).

Ofuscamento inabilitador impede o desenvolvimento da tarefa visual, o que pode ser muito perigoso em certas circunstncias. Este tipo de ofuscamento pode ocorrer por trs maneiras:

espalhamento de luz pelo cristalino produzindo uma luminncia na retina encobrindo a imagem da cena;

tempo insuficiente do olho para adaptar-se a uma diferena de luminncias; imagens fantasma, produzidas por flash de cmeras fotogrficas, viso do sol,

faris, etc. O processo da adaptao retinal lento sofre um distrbio devido luz excessiva; o crebro se confunde e continua a ver imagens da fonte de luz, alternando o positivo e negativo numa seqncia decrescente. A viso normal restaurada em um intervalo de tempo de 5 a l0 minutos.

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5. FONTES DE LUZ ARTIFICIAL

HISTRICO

Antes da inveno da lmpada, as casas eram iluminadas pela chama das velas, embora nas maiores cidades os lampies de gs fossem amplamente usados nas ruas, teatros e grandes escritrios, mas, alm de caro, o gs cheirava mal e no havia para ele um sistema geral de distribuio.

A primeira lmpada eltrica foi inventada em 1879, por Thomas Alva Edison, inventor norte-americano que aps testar vrios tipos de filamentos (inclusive fios de barba de colegas), conseguiu produzir uma lmpada que consistia em um filamento de algodo carbonizado colocado dentro de um vidro fechado, onde era feito um vcuo, e que, quando percorrido por corrente eltrica se encandecia gerando luz, da, o nome lmpada incandescente. A primeira lmpada testada com sucesso foi acesa a 21 de outubro de 1879, brilhando por 45 horas consecutivas.

As lmpadas de descarga so originrias de outro invento, feito no comeo do sculo XX, recebendo o nome de lmpada de arco. Esta lmpada consistia na criao de uma descarga eltrica entre dois eletrodos de carvo, sendo que a maior parte da energia luminosa era produzida pela incandescncia de seus eletrodos.

Pesquisas e novas tecnologias tm proporcionado uma variedade enorme de lmpadas

para as mais a, iluminao de em

Na TAB a

grupo h uma s construtivas, pot a, vida til e custo.

TABELA

GRUP

Dg

diversas aplicaes (residencial, comercial, industrial, iluminao pblicergncia, etc.).

ELA 5.1 so mostrados os sete principais tipos de lmpadas. Dentro de cadgrande variedade de lmpadas disponveis que diferem em caractersticancia, eficincia luminosa, reproduo de cores, temperatura da cor correlat

5.1 Classificao geral das lmpadas.

O TIPO DE LMPADA

GLS

Incandescentes halgenas

Fluorescentes (Tubular e compactas)

Vapor de sdio baixa presso

Vapor de sdio alta presso

Incandescentes

escarga asosa

Baixa presso Vapor de mercrio

Vapor metlico

Alta presso

(HID)

50

Para facilitar a identificao dos diversos tipos, as lmpadas foram codificadas. A TABELA 5.2 mostra os cdigos para cada tipo de lmpada. Estes cdigos normalmente so acompanhados da potncia da lmpada e, se necessrio, outros detalhes, tais como: vida mdia, ndice de reproduo de cores, posio de funcionamento, etc.

TABELA 5.2 Codificao das lmpadas.

TIPO DE LMPADA DESCRIO

Lmpada de filamento GLS Iluminao para servios gerais TH Tungstnio - halgena PAR Lmpada de filamento com refletor parablico revestido de

alumnio internamente, seguido pelo dimetro nominal da lmpada em oitavos de polegada

PAR-E Lmpada PAR com potncia reduzida e eficincia ptica aumentada, seguido pelo dimetro nominal da lmpada em oitavos de polegada

R Bulbo de vidro contendo um refletor interno, seguido do dimetro em milmetros

K Tubular e linear de tungstnio - halgeno M Lmpadas de display com filamentos

Lmpada fluorescente tubular MCF Lmpadas para circuitos com starter MCFE Lmpadas para circuitos sem starter MCFA Lmpadas para circuitos sem starter com fio terra MCFR Lmpadas MCF com refletor interno T5, L 16 mm de dimetro nominal (5/8 de polegada) T8, TLD, L 26 mm de dimetro nominal (1 polegada) T12, TL, L 38 mm de dimetro nominal (1,5 polegadas)

Lmpada fluorescente compacta SL, SLD, SLR, Globalux Lmpadas que incorporam o reator e o starter PLEC, PLET, SLDE, Dulux EL Lmpadas que incorporam controles eletrnicos PLS-2P, PLC-2P, 2D-2P, 4L-2P, Dulux S, Dulux D, Biax S, Double Biax,

Lmpadas de 2 pinos com starter interno, requerendo um reator externo

PLS-4P, PLC-4P, PLL, 2L, 2D-4P, 4L-4P, Dulux F, Dulux L, Dulux SE, Dulux DE, Biax SE, Double Biax

Lmpadas de 4 pinos que requerem starter e reator externos ou reatores eletrnicos

Lmpadas vapor de sdio baixa presso

SLI Tubo linear com dupla terminao SOX Tubo em forma de U, com terminao simples SOX-E SOX com a eficcia aumentada

Lmpadas vapor de sdio alta presso

SON, SON-E, NAV-E, LU-D Lmpadas com bulbo elipsoidal difuso exterior com terminao simples

SON-I SON com starter interno SON-EXTRA Tubo duplo com terminao simples SON-T, NAV-T, LU-T Bulbo tubular claro exterior e terminao simples SON-T COMFORT SON-T com melhoramento da definio de cores NAV-DSX-T SON-T com melhoramento da definio de cores sem mercrio SON-TD, SON-L, NAV-TS, LU-TD Bulbo tubular claro exterior e terminao dupla SON-R, NAV-R SON com refletor interno

51

SON-H, NAV-T, LU-H SON com mercrio SON-DL, SON COMFORT, NAV-DL, LU-DX, LU-CL

SON com melhoramento da definio de cores

TABELA 5.2 Codificao das lmpadas (continuao).

TIPO DE LMPADA DESCRIO

Lmpadas vapor de sdio alta presso

SON-S, SON PLUS, NAV Super, LU-XL

SON com aumento da eficcia

SON-ST, SON-T PLUS, NAV-T Super

SON-T com aumento da eficcia

SDW-T, LU95 SON branca, bulbo tubular exterior com terminao simples Lmpada vapor de mercrio Alta presso

MB, HQ Lmpada de mercrio a alta presso com bulbo exterior MBF, HQL, HPL-N, HR-DX, HAX Lmpada de mercrio a alta presso com bulbo exterior contendo

fsforos MBFR, HQLR, HPL-R MBF com refletor interno HPL COMFORT, HQL-DL, HWDX, HR-WDX

MBF com melhoramento da eficcia e do IRC

Lmpada blindadas vapor de mercrio Alta presso

MBTF, HWL, ML, HMLI Combinao das lmpadas MBF com filamento que atua como um reator

MBTFR, HWLR, MLR MBFT com refletor interno Lmpada vapor metlico MBI, HQI, HPI, MVR, MXR, HgMI Lmpada com bulbo exterior difuso ou claro, com terminao

simples MBIF, MVR-C, MBID MBI com bulbo exterior contendo fsforo MBIL, HQI-TS Tubo de arco linear, com terminao dupla MBI-T, HPI-T, HQI-T Bulbo exterior tubular claro, com terminao simples MHD Compacta com terminao dupla MHN-T, HQI-T, MVR Bulbo exterior tubular, com terminao dupla MHN-TD, NDL, HQI-TS, MQI/N Tubular com dupla terminao, baixa potncia (aparncia fria) MHW-TD, HQI-TS, WDL, MQI/W Tubular com dupla terminao, baixa potncia (aparncia

quente) CSI, CID Compacta, podendo possuir refletor interno Posies de funcionamento /U Universal (geralmente no marcado na lmpada) /V Vertical /H ou /HOR Horizontal /BD ou /VBD Base em baixo /BDH Base em baixo com inclinao para a horizontal /BU ou /VBU Base em cima /BUH Base em cima com inclinao para a horizontal /BUS Base em cima, com dispositivo de acionamento

Na comparao e seleo da lmpada mais adequada, pode-se utilizar um conjunto de

critrios como segue abaixo:

52

Energia nominal Condiciona o fluxo luminoso e o dimensionamento da instalao do ponto de vista eltrico (condutores, tipos de proteo, etc.).

Eficincia luminosa Condiciona o quanto uma lmpada pode ser econmica no consumo de energia. A TABELA 5.3 apresenta a eficincia luminosa de diversas fontes luminosas.

Vida til A maioria das lmpadas apresenta um decaimento do fluxo luminoso durante o funcionamento e uma durao mdia; a vida til consiste no perodo no qual a lmpada considerada econmica, considerando-se os dois aspectos anteriores. Reproduo de cores O ndice de reproduo de cores condiciona o maior ou menor apreciao das cores quando comparadas sob a luz natural (IRC Luz Natural = 100). Temperatura da cor correlata Este parmetro condiciona a tonalidade da luz (ou aparncia da cor). Diz-se que uma lmpada emite uma luz "quente" ou "fria", quando prevalecem radiaes do espectro de cor avermelhada ou azulada, que est associado escala de temperatura de cor correlata. A luz fria possui a temperatura da cor correlata elevada, enquanto que a luz quente apresenta temperatura da cor correlata baixa. Dimenses Condicionam a construo das luminrias (manipulao da direo e concentrao do feixe de luz, necessidade de equipamentos auxiliares, custo, etc.).

53

TABELA 5.3 - Eficincia luminosa de vrias fontes luminosas.

FONTE LUMINOSA EFICINCIA LUMINOSA [lm/W]

Artificiais Vela Lamparina a leo Lmpada original de Edison Lmpada de Edison (1910) Incandescente Halgena Fluorescente Vapor de Mercrio Vapor Metlico Vapor de sdio a baixa presso Vapor de sdio a alta presso Microondas

Naturais

Luz direta do sol Luz difusa da abbada (mdia) Luz difusa da abbada (cu bem claro) Cu claro + sol (mdia) Cu encoberto

0,1 0,3 1,4 4,5

14 20 16 20 50 80 30 60 60 80 90 100 120 - 140 80 - 140

90 95 120 150 110 110

Na seqncia sero apresentadas as caractersticas dos diversos tipos de lmpadas, que podero variar conforme o fabricante, sendo necessrio consultar os catlogos especficos para obter maiores detalhes e dados mais precisos.

5.1. LMPADAS INCANDESCENTES A produo de luz numa lmpada incandescente obtida pela elevao da temperatura

de um filamento at um valor capaz de produzir irradiao na poro visvel do espectro; isto alcanado pela ao de aquecimento da corrente eltrica. Para que o filamento no queime, ele encerrado num bulbo de vidro, em cujo interior se produz vcuo (lmpadas de baixa potncia) ou se introduz um gs inerte (mdia e grande potncia).

A lmpada incandescente composta dos seguintes elementos: bulbo, filamento, meio

interno, base.

54

FIGURA 5.1 Partes principais de uma lmpada incandescente

1 Filamento

2 Meio interno

3 Bulbo

4 Base

(Fonte: GARCIA JNIOR [1996]). Filamento Quanto maior a temperatura do filamento, maior ser a poro da energia irradiada na regio visvel do espectro e maior a eficcia da lmpada. Para que se consiga uma boa eficcia luminosa o material do filamento deve apresentar um elevado ponto de fuso, baixa presso de vapor, alta resistncia e ductibilidade. Devido a uma combinao favorvel destas propriedades, o filamento de tungstnio utilizado na maioria das lmpadas incandescentes. Um aumento da eficcia luminosa obtido espiralando-se o filamento. O filamento duplamente espiralado (o que aumenta ainda mais a eficcia e diminui, ao mesmo tempo, o tamanho do filamento) usado em muitos tipos de lmpadas incandescentes em geral. Meio interno Para que o filamento no se queimasse antigamente era feito vcuo dentro do bulbo, tendo como objetivo a retirada do oxignio. Hoje em dia introduzido dentro do bulbo um gs inerte que cria uma presso interna, diminuindo assim a evaporao do filamento. Nitrognio e argnio so os gases mais comumente usados. Um outro gs tambm utilizado o criptnio, porm devido ao seu alto custo ele somente utilizado em lmpadas especiais, onde a eficcia luminosa mais importante que o preo (lmpadas de farol de automvel). Bulbo O filamento de uma lmpada incandescente colocado em um invlucro de vidro selado, chamado bulbo. O bulbo poder ser transparente, branco ou colorido. Bulbos brancos leitosos usados para amenizar os problemas de ofuscamentos, podero ser produzidos cobrindo-se a superfcie interna do bulbo com um silicato branco. O bulbo tambm disponvel em uma grande variedade de formas, conforme pode ser visto na FIGURA 5.2.

55

FIGURA 5.3 Bases para lmpadas incandescentes

(Fonte: GARCIA JNIOR [1996])

FIGURA 5.2 Tipos de bulbos tpicos de lmpadas incandescentes

a Prola

b Cogumelo

c Lustre

d Vela

e Decorativa linear

f Vitrine

g Tubular

h Piloto

(Fonte: GARCIA JNIOR [1996]). Bases A base serve para fixar a lmpada ao seu suporte, fazendo a ligao desta com o circuito eltrico de alimentao. Existem bases do tipo Edison (ou roscadas) e do tipo Baioneta (ou de encaixe), fabricadas geralmente de lato, alumnio ou nquel. As bases so identificadas por uma letra e um nmero. A letra corresponde ao tipo (E para tipo Edison e B para tipo Baioneta) e o nmero indica o dimetro da base em milmetros. A FIGURA 5.3 mostra alguns tipos de bases. Eficcia luminosa das lmpadas

incandescentes A eficcia luminosa mxima teoricamente pos