eficiencia_dos_conjuntos_oticos_de_aluminio_especular_de_alto_desempenho_energetico

eficiencia_dos_conjuntos_oticos_de_aluminio_especular_de_alto_desempenho_energetico
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FACULDADE DE ARQUITETURA E URBANISMO
SILVIA BIGONI
EFICIÊNCIA DOS CONJUNTOS ÓTICOS DE ALUMÍNIO
ESPECULAR DE ALTO DESEMPENHO ENERGÉTICO
São Paulo
2013
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO,
PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
E-mail da autora: [email protected]
O594e
Bigoni, Silvia
Eficiência dos conjuntos óticos de alumínio especular de alto
desempenho energético / Silvia Bigoni. -- São Paulo, 2013.
252 p. : il.
Dissertação (Mestrado – Área de Concentração: Tecnologia da
Arquitetura) – FAUUSP.
Orientador: Marcelo de Andrade Roméro
1.Iluminação 2.Luminárias 3.Alumínio 4.Tratamento de superfícies
5.Fotometria 6.Ensaios ópticos I.Título
CDU 628.9
SILVIA BIGONI
EFICIÊNCIA DOS CONJUNTOS ÓTICOS DE ALUMÍNIO
ESPECULAR DE ALTO DESEMPENHO ENERGÉTICO
Dissertação apresentada à Faculdade de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade
de São Paulo para obtenção do Título de
Mestre.
Área de concentração: Tecnologia da
Arquitetura
Orientador: Prof. Dr. Marcelo de Andrade
Roméro
São Paulo
2013
Ao meu pai.
Agradeço primeiramente ao meu orientador, Prof. Dr. Marcelo de
Andrade Roméro, pela preciosa orientação, compreensão e dedicação.
Ao amigo e grande incentivador, Me. Eng. Alan Nascimento, meu
profundo agradecimento pela amizade, excepcional paciência, dedicação
incansável, as preciosas contribuições nos últimos meses e, principalmente,
pelas horas destinadas às medições em laboratório.
Ao Me. Arqt. Nelson Solano Vianna, pelo seu apoio antes mesmo do
meu ingresso no mestrado, pela dedicação ativa e, sobretudo, pelas valiosas
contribuições.
Ao Dr. Arqt. Isac Roizenblat, por todos os anos de ensinamentos,
críticas, considerações, discussões e diretrizes seguras que sempre me
ajudaram na vida profissional e acadêmica.
Agradeço a todos aqueles que, de alguma forma, permitiram que esta
obra fosse concluída, entre eles Ruy Barbosa Soares, Silvia Helena Alves de
Oliveira, Corina Bianco, Cristiane Sato, Altimar Cypriano e Luiz Felipe Xavier.
Agradeço, especialmente, ao Sr. Carlos Carolino, pelo apoio e doação
das luminárias e por possibilitar as medições no Laboratório de Fotometria da
sua empresa, Carolino Indústria e Comércio Ltda.
Meus agradecimentos, em particular atenção, para o Srs. Wilson e
Wiliam Sallouti, da empresa FASA Fibra Ótica; ao Sr. Ricardo Belucci Lucchi e
Dante Lucchi, da Lucchi Ltda.; e Sr. Francisco Antônio da Cunha, síndico
responsável pelo Condomínio Porto de Ibiúna, pelos espaços cedidos para a
execução dos ensaios de campo.
Agradeço a minha família pelo eterno apoio.
Este trabalho tem por finalidade indicar uma metodologia de avaliação
das perdas progressivas de iluminâncias, de intensidades luminosas e de
rendimentos que ocorrem nos conjuntos óticos com distintos tratamentos de
superfícies dos alumínios, utilizados na produção de luminárias comerciais com
lâmpadas fluorescentes tubulares.
Alguns critérios foram relacionados como imprescindíveis para a
obtenção de resultados representativos, sendo o parâmetro geográfico o
primeiro deles. Para isso, foram indicadas três instalações onde o critério de
escolha eram os agentes atmosféricos externos, de elevada, média ou menor
poluição ambiental. O segundo foi a escolha de “luminárias de ensaios”, com
conjuntos óticos em alumínios especulares de diferentes características e
propriedades de reflexão. O último critério foi o temporal, com medições
fotométricas praticadas em laboratório e em campo. Foram adotadas para
análise e comparação as medições fotométricas de três conjuntos óticos de
referência (refletor e aleta), bem como luminárias de ensaio de campo em dois
períodos para análise da depreciação dos conjuntos óticos, que totalizaram
uma média de 2.700 h.
Como resultado desta análise, foram feitas considerações que
demonstram que padrões de alumínio de menor ou maior rendimento, com
capacidade reflexiva entre 75% e 95%, apresentam perdas luminosas
consideráveis, e que podem causar divergência entre o projetado pelos
profissionais de iluminação e o executado.
Palavras-chave: Conjunto ótico. Tratamento de superfície. Alumínio.
Luminárias. Depreciação.
This work aims to specify a methodology for evaluating the progressive
loss of illuminance, luminous intensity and performance, which occur in the
optical assemblies of commercial fixtures with fluorescent lamps, whose
aluminium received different types of surface treatment.
In order to obtain representative results, some criteria were listed as
essential, being the geographic parameter the first one. For this, we chose three
facilities using as a criterion of choice the external atmospheric agents of high,
medium or low environmental pollution. The second was the choice of "test
fixtures" with optical assemblies made of specular aluminium with different
reflection characteristics and properties. The last criterion was the time lapse,
with photometric measurements practiced in laboratory and in the field. For
analysis and comparison, we took photometric measurements of three optical
sets used as reference (reflector and fin) and field test fixtures in two different
periods for depreciation analysis of their optical assemblies, which reached an
average of 2700 hours.
As a result, considerations have been made demonstrating that
Aluminium patterns of higher or lower performance with reflective capacity
between 75% and 95%, show considerable light loss, and that this can cause
divergence between what is the projected by the lighting professionals and what
is effectively executed.
Keywords: Optical Assembly. Surface Treatment. Aluminium. Luminaires.
Depreciation.
Agradecimentos
Resumo
Abstract
Lista de abreviaturas e siglas
Lista de grandezas e unidades SI
Lista de símbolos
Lista de Figuras
Lista de tabelas e fluxogramas
Glossário
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................... 36
1.1 Considerações iniciais ............................................................................ 36
1.2 Motivação e justificativa .......................................................................... 37
1.3 Objeto ..................................................................................................... 38
1.4 Objetivos. ................................................................................................ 38
1.4.1 Objetivos gerais ................................................................................. 39
1.4.2 Objetivos específicos ......................................................................... 39
2 MÉTODOS E TÉCNICAS ....................................................................... 40
2.1 Introdução ............................................................................................... 40
2.2 Levantamento dos dados secundários ................................................... 41
2.3 Escolha dos sistemas óticos ................................................................... 42
2.3.1 Características dos conjuntos óticos de ensaios ............................... 43
2.3.2 Características das luminárias de ensaios ........................................ 45
2.3.2.1 Quantidades de luminárias de ensaios ............................................ 46
2.3.3 Características das lâmpadas fluorescentes tubulares de ensaios ... 47
2.3.4 Características dos reatores eletrônicos de ensaios ......................... 47
2.4 Escolha da localização onde foram realizados os ensaios ..................... 47
2.5 Escolha dos períodos para a realização dos ensaios em campo e laboratório
................................................................................................................ 49
2.5.1 Ensaios em laboratório ...................................................................... 49
2.5.1.1 Etapas de ensaios ........................................................................... 49
2.5.1.2 Equipamentos utilizados no laboratório para as medições
fotométricas ................................................................................................. 53
2.5.2 Instalações de campo ........................................................................ 56
2.5.3 Condições dos ensaios e procedimentos em campo e laboratório.... 62
2.5.4 Método para determinação dos rendimentos dos sistemas óticos .... 64
3 DADOS SECUNDÁRIOS – ASPECTOS NORMATIVOS, DE
CERTIFICAÇÕES E REGULAMENTAÇÕES ........................................ 66
3.1 Introdução ............................................................................................... 66
3.2 Normas Brasileiras Regulamentadoras (NBRs) ...................................... 66
3.2.1 ABNT NBR 5461:1991 – Iluminação (terminologia) .......................... 66
3.2.2 ABNT NBR 5413:1992 – Iluminância de interiores ............................ 67
3.2.3 ABNT NBR 5382:1985 – Verificação da iluminância de interiores –
Métodos de ensaios........................................................................... 67
3.2.4 ABNT NBR ISO 8995-1:2013 – Iluminação de ambiente de trabalho
(futura) ............................................................................................... 67
3.2.5 ABNT NBR IEC 60598-1:2010 – Luminárias – Parte 1 – Requisitos gerais
e ensaios ........................................................................................... 69
3.2.6 ABNT NBR IEC 60598-2-1:2012 – Luminárias – Parte 2 –
Requisitos particulares – Capítulo 1:Luminárias fixas para uso em
iluminação geral ................................................................................ 69
3.3 Certificações de edifícios sustentáveis ................................................... 70
3.3.1 Certificação LEED ............................................................................. 70
3.3.2 Certificação AQUA............................................................................. 71
3.4 Regulamentações ................................................................................... 72
3.4.1 Procel Edifica: Plano de ação para eficiência energética em
Edificações ........................................................................................ 72
3.4.1.1 Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e
Públicos (RTQ-C) .............................................................................. 73
3.4.1.2 Regulamento de Avaliação da Conformidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e
Públicos (RAC-C) .............................................................................. 75
3.5 Normas internacionais ............................................................................ 76
4 DADOS SECUNDÁRIOS – AS TECNOLOGIAS APLICADAS NOS
SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO COMERCIAL ......................................... 78
4.1 Introdução ............................................................................................... 78
4.2 Luminárias para uso comercial e de serviços ........................................ 80
4.2.1 Classificação das luminárias ............................................................. 89
4.2.2 A concepção da luminária funcional .................................................. 93
4.2.3 Execução do projeto do refletor ........................................................ 96
4.3 Fontes luminosas artificiais ..................................................................... 96
4.3.1 Lâmpadas de filamento incandescente e halógena ........................... 97
4.3.2 Lâmpadas de descarga ..................................................................... 98
4.3.2.1 Lâmpadas de descarga de baixa pressão – fluorescentes
tubulares....................................................................................................... 100
4.3.2.1.1 Lâmpada fluorescente tubular T5 HE ........................................... 102
4.3.2.2 Lâmpadas de descarga de alta pressão .......................................... 105
4.3.3 Tecnologia LED ................................................................................. 108
4.3.4 Eficiência energética das lâmpadas .................................................. 109
4.4 Equipamentos auxiliares ......................................................................... 110
4.4.1 Reator eletromagnético ..................................................................... 110
4.4.2 Ignitor................................................................................................. 112
4.4.3 Reatores eletrônicos .......................................................................... 112
5 DADOS SECUNDÁRIOS – CRITÉRIOS QUANTITATIVOS DE
DESEMPENHO DA ILUMINAÇÃO E DOS SISTEMAS EM USO .......... 117
5.1 Introdução ............................................................................................... 117
5.2 Características fotométricas.................................................................... 117
5.3 Iluminância .............................................................................................. 120
5.4 Luminância.............................................................................................. 122
5.5 Curva de distribuição de intensidade luminosa ....................................... 123
5.5.1 Classificação das luminárias de acordo com o direcionamento
do fluxo luminoso .............................................................................. 124
5.6 Rendimento da luminária ........................................................................ 127
5.7 Fator de Utilização (FU) .......................................................................... 129
5.8 Fluxo zonal da luminária ........................................................................ 131
5.9 Diagrama de luminância ......................................................................... 131
5.10 Índice de ofuscamento unificado (UGR) .............................................. 132
5.11 Fator de manutenção ........................................................................... 134
5.11.1 Fatores de manutenção de referência ............................................... 138
5.11.2 Fator de manutenção do fluxo luminoso LLMF.................................. 139
5.11.3 Fator de sobrevivência da lâmpada LSF ........................................... 139
5.11.4 Fator de manutenção da luminária LMF ............................................ 140
5.11.5 Fator de manutenção da sala RMF ................................................... 140
6 DADOS SECUNDÁRIOS – OS PROCESSOS INDUSTRIAIS EMPREGADOS
NOS SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO ....................................................... 141
6.1 Introdução ............................................................................................... 141
6.2 Processo de obtenção do alumínio ......................................................... 143
6.3 Propriedades físicas e químicas ............................................................ 151
6.4 Processos industriais .............................................................................. 154
6.4.1 Sistemas de classificação do alumínio e suas ligas............................. 156
6.5 Tratamento de superfície no alumínio ..................................................... 164
6.5.1 Anodização .......................................................................................... 164
6.5.2 Processo da anodização ..................................................................... 167
6.5.2.1 Etapas básicas do processo de anodização.................................... 174
6.5.3 Tipos de anodização por tratamento químico ..................................... 181
6.5.4 Anodização em processo contínuo ..................................................... 182
6.5.4.1 Etapas do processo de anodização continua .................................. 183
6.5.4.2 Principais vantagens no processo de pré-anodização..................... 186
6.5.5 Anodização por processo de deposição física do vapor (PVD) .......... 187
6.6 Características dos alumínios objeto de estudo..................................... 190
6.7 Mercado nacional de alumínio utilizado na indústria de iluminação....... 192
6.8 Corrosão ................................................................................................ 193
6.8.1 Meios corrosivos .................................................................................. 196
7 RESULTADOS DOS ENSAIOS ............................................................. 200
7.1 Procedimentos utilizados para os ensaios .............................................. 200
7.2 Resultados dos ensaios dos conjuntos óticos de referência – R A1,
R B1 e R C1 ............................................................................................ 202
7.2.1 Ensaio do conjunto ótico de referência – R A1 .................................... 202
7.2.2 Ensaio do conjunto ótico de referência – R B1 .................................... 203
7.2.3 Ensaio do conjunto ótico de referência – R C1 .................................... 204
7.3 Resultados dos ensaios das luminárias de campo – Instalação 1
FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA A1, FA B1 e FA C1 ....................... 205
7.3.1 Ensaio da luminária de campo – FA A1 – (1.512 h)............................. 205
7.3.2 Ensaio da luminária de campo – FA A1 – (2.640 h)............................. 206
7.3.3 Ensaio da luminária de campo – FA B1 – (1.512 h)............................. 207
7.3.4 Ensaio da luminária de campo – FA B1 – (2.640 h)............................. 208
7.3.5 Ensaio da luminária de campo – FA C1 – (1.512 h) ............................ 209
7.3.6 Ensaio da luminária de campo – FA C1 – (2.640 h) ............................ 210
7.4 Resultados dos ensaios das luminárias de campo – Instalação 2
LUCCHI Ltda., Cotia, SP – LU A1, LU B1 e LU C1 ................................. 211
7.4.1 Ensaio da luminária de campo – LU A1 – (1.576 h)............................. 211
7.4.2 Ensaio da luminária de campo – LU A1 – (2.720 h)............................. 212
7.4.3 Ensaio da luminária de campo – LU B1 – (1.576 h)............................. 213
7.4.4 Ensaio da luminária de campo – LU B1 – (2.720 h)............................. 214
7.4.5 Ensaio da luminária de campo – LU C1 – (1.576 h) ............................ 215
7.4.6 Ensaio da luminária de campo – LU C1 – (2.720 h) ............................ 216
7.5 Resultados dos ensaios das luminárias de campo – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP – PO A1, PO B1, PO C1 ....................... 217
7.5.1 Ensaio da luminária de campo – PO A1 – (1.648 h) ........................... 217
7.5.2 Ensaio da luminária de campo – PO A1 – (2.856 h) ........................... 218
7.5.3 Ensaio da luminária de campo – PO B1 – (1.648 h) ............................ 219
7.5.4 Ensaio da luminária de campo – PO B1 – (2.856 h) ........................... 220
7.5.5 Ensaio da luminária de campo – PO C1 – (1.648 h) ............................ 221
7.5.6 Ensaio da luminária de campo – PO C1 – (2.856 h) ........................... 222
8 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS............................ 223
9 CONSIDERAÇÕES FINAIS, CONCLUSÕES E CONTRIBUIÇÕES DA
DISSERTAÇÃO E SUGESTÃO PARA FUTUROS TRABALHOS ........ 227
9.1 Considerações finais ............................................................................... 227
9.2 Conclusões ............................................................................................. 228
9.3 Contribuições da dissertação .................................................................. 229
9.4 Sugestão para futuros trabalhos ............................................................. 229
BIBLIOGRAFIA REFERENCIADA .............................................................. 231
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ................................................................. 236
ANEXOS ...................................................................................................... 239
Anexo I – Registros fotográficos das etapas dos ensaios em laboratório .... 241
Anexo II – Contribuição de ensaios já executados ....................................... 244
Anexo III – Dados dos produtos empregados nos ensaios .......................... 247
ABAL
Associação Brasileira de Alumínio
ABILUX
Associação Brasileira da Indústria de Iluminação
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ALCOA
Alcoa Alumínio S/A
AMN
Associação Mercosul de Normalização
ANSI
American National Standards Institute
ASHRAE
American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
Engineers
AQUA
Alta Qualidade Ambiental
BIES
British Illuminating Engineering Society
CBA
Companhia Brasileira de Alumínio
CEN
European Committee for Standardization
CENELEC
European Committee for Electrotechnical Standardization
CIE
Commission Internationale de l´Éclairage
COPANT
Comissão Panamericana de Normas Técnicas
DIN
German Institute for Standardization
ELETROBRÁS
Centrais Elétricas Brasileiras
ENCE
Etiqueta Nacional de Conservação de Energia
HQE
Haute Qualité Environnemetale
IAI
International Aluminium Institut
IEC
International Electrotechnical Commission
IES
Illuminating Engineering Society
IESNA
Illuminating Engineering Society of North America
INMETRO
Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia
IPT
Instituto de Pesquisas Tecnológicas
ISO
International Organization for Standardization
GBCB
Green Building Council do Brasil
LED
Light Emitting Diode (Diodo emissor de luz)
LEED
Leadership in Energy and Environmental Design
MRN
Mineração Rio do Norte S/A
NBR
Norma Brasileira Regulamentadora
PROCEL
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
RTQ-C
Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
RAC-C
Regulamento de Avaliação da Conformidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
SGE
Sistema de Gestão do Empreendimento
SI
Sistema Internacional de Unidades
SISCOMEX
Sistema Integrado de Comércio Exterior
QAE
Qualidade Ambiental do Edificio
USGBC
U.S. Green Building Council
Grandezas
Unidade
Símbolo
Área
metro quadrado
m²
Comprimento
metro
m
Concentração
mol por metro cúbico
mol/m³
Consumo por unidade de tempo
quilowatt-hora
KWh
Densidade de potência de iluminação
relativa
watt por metro quadrado
p/a100lx
W/m²/100lx
Massa
quilograma
kg
Massa
tonelada
t
Massa especifica
quilograma por metro cúbico kg/m³
Potência, fluxo de energia
watt
W
Pressão
megapascais
MPa
Quantidade de calor
caloria
cal
Quantidade de matéria
mol
mol
Resistência elétrica
ohm
Ω
Temperatura Celsius
grau Celsius
°C
Tempo
hora
h
Tensão elétrica
volt
V
Trabalho, energia, quantidade de calor
joule
J
Volume
metro cúbico
m³
megawatt-hora
MWh
gigawatt-hora
GWh
Nome
Símbolo
Alumínio
Al
Ácido Bórico
H3BO3
Alumina (Óxido de Alumínio)
Al2O3
Aluminato de sódio
Na2Al2O
Bicarbonato
HCO
Brometo
Br
Carbono
C
Cálcio
Ca
Cloreto
Cl
Cobre
Cu
Criolita
Na3AlFe6
Cromo
Cr
Estanho
Sn
Estrôncio
Sr
Ferro
Fe
Fluoreto
F
Lítio
Li
Magnésio
Mn
Manganês
Mg
Nefelina
NaAlSiO4
Óxido de silício
SiO2
Óxido de titânio
TiO2
Óxido férrico
Fe2O3
Oxigênio
O
Silício
Si
Sódio
Na
Sulfato
So
Zinco
Zn
Figura 1
Fluxograma geral da pesquisa
Figura 2
Luminária composta por corpo e um conjunto ótico
40
(refletor e aleta)
42
Figura 3
Modelo do conjunto ótico adotado para os ensaios
44
Figura 4
Luminária modelo CS-656, adotada como padrão de
ensaio, catálogo do fabricante Carolino Indústria e
Comércio Ltda.
46
Figura 5
Conjuntos óticos de referências R A1, R B1 e R C1
50
Figuras 6 e
Goniofotômetro manual
54
Goniofotômetro manual, limbos graduados
54
7
Figuras 8 e
9
Figuras 10 e Luxímetro MINOLTA posicionado a 6 metros do
11
goniofotômetro
55
Figura 12
Luxímetro MINOLTA, modelo T-10
55
Figura 13
Estabilizador de tensão linear, modelo TRA-BB/13
56
Figura 14
Localização da instalação 1 -FASA Fibra Ótica,
Peruíbe, SP
Figura 15
Fluxograma da instalação 1- FASA Fibra Ótica,
Peruíbe, SP
Figura 16
56
57
Identificação das luminárias de ensaios - instalação 1FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP – Etapas 2 e 3
57
Figuras 17 e Instalações das luminárias de ensaios FA A1, FA B1 e
18
FA C1, na área de montagem da indústria FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP
58
Figura 19
Localização da instalação 2 - LUCCHI Ltda, Cotia, SP
58
Figura 20
Fluxograma da instalação 2 – LUCCHI Ltda, Cotia, SP
59
Figura 21
Identificação das luminárias de ensaios – instalação 2 –
LUCCHI Ltda, Cotia, SP- Etapas 2 e 3
59
Figuras 22 e Instalação das luminárias de ensaios LU A1, LU B1, LU
23
C1 na área de armazenagem no centro de distribuição
da LUCCHI Ltda, Cotia, SP
60
Figura 24
Localização da instalação 3 do Condomínio PORTO de
IBIÚNA, Ibiúna, SP
Figura 25
Fluxograma da instalação 3- Condomínio PORTO de
IBIÚNA, Ibiúna, SP
Figura 26
61
61
Identificação das luminárias de ensaios – instalação 3 –
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP- Etapas 2 e
3
Figuras 27,
Instalação das luminárias de ensaios PO A1 (sala de
28 e 29
reunião), PO B1 (sala da administração) PO C1 (sala
62
da gerência e recepção) do Condomínio PORTO de
IBIÚNA, Ibiúna, SP
Figura 30
62
Modelo da Etiqueta Nacional de Conservação de
Energia- ENCE, neste caso apresentando níveis de
eficiência A
76
Figura 31
Área de atuação das empresas do setor de iluminação
78
Figura 32
Percentual por área de atuação do setor de iluminação
79
Figura 33
Principais produtos fabricados pelo setor de iluminação
79
Figura 34
Refletores especulares para lâmpadas fluorescentes
tubulares
Figura 35
82
Acabamentos de superfícies de alumínio: acabamento
especular (espelhado), semi-especular, fosco (matt) e
acetinado (texturizado)
83
Figura 36
Reflexão Especular
84
Figura 37
Reflexão Difusa.
84
Figura 38
Reflexão Total = Reflexão Especular + Reflexão Difusa
84
Figura 39
Exemplos a e b de componentes mecânicos das
86
luminárias para lâmpadas fluorescentes tubulares
lineares.
Figura 40
Exemplos modelos d, e e f de luminárias tipo downlight
87
(luz direta)
Figura 41
Sala de conferência, aplicação de luminária tipo
downlight, com lâmpadas fluorescentes tubulares T5
14W/840
87
Figura 42
Exemplos a, b, c e d de luminárias de sobrepor
88
fluorescentes tubulares lineares
Figura 43
Escritório corporativo com aplicação de luminária de
88
sobrepor para lâmpada fluorescente tubular
Figura 44
Família de lâmpadas de descarga
99
Figura 45
Funcionamento da lâmpada fluorescente tubular
100
Figura 46
Combinação de halofosfato e trifósforo no revestimento
101
das lâmpadas fluorescentes
Figura 47
Representação da reflexão da luz com a redução do
102
diâmetro do tubo das lâmpadas fluorescentes tubulares
( T12-36 mm, T10-33,3 mm, T8-26 mm, T5-16mm)
Figura 48
Processo de emissão de luz de um LED
109
Figura 49
Indicação das eficiências luminosas em função do tipo
110
de lâmpada
Figura 50
Representação gráfica das potências envolvidas em um
111
circuito não resistivo
Figura 51
Esfera intregradora ou Esfera de Ulbricht
118
Figura 52
Superfície fotométrica
119
Figura 53
Curva fotométrica horizontal
119
Figura 54
Curva fotométrica vertical
120
Figura 55
Iluminância está relacionada com a densidade de fluxo
121
Figura 56
Curva de distribuição de intensidade luminosa
126
conforme planos
Figura 57
Curva polar de uma luminária fluorescente para
127
lâmpada fluorescente tubular T8, modelo DBL 591
2X32W, INDELPA
Figura 58
Comparativo de sistema com ou sem sistema ótico.
129
Figura 59
Fator de utilização pelo método dos lúmens CIE de
130
uma luminária para lâmpada fluorescente tubular T8
modelo DBL 591 2x32W, INDELPA
Figura 60
Fator de utilização pelo método das cavidades zonais
130
de uma luminária para lâmpada fluorescente tubular T8
modelo DBL 591 2x32W, INDELPA
Figura 61
Ângulos críticos de visualização
132
Figura 62
Diagrama de luminâncias L (cd/m²)
132
Figura 63
Diagrama definindo os índices de ofuscamento UGRL
134
Figura 64
Iluminâncias durante o período de uso de um sistema
135
de iluminação
Figura 65
Elementos metálicos não ferrosos na crosta terrestre
141
Figura 66
Esquema de produção integrada para obtenção do
143
alumínio
Figura 67
Bauxita
145
Figura 68
Fases da produção de alumina – da entrada do minério
148
à saída do produto
Figura 69
Salas de cubas
150
Figura 70
Célula de redução
150
Figura 71
Vazamento de liga de alumínio
155
Figura 72
Classificação do alumínio e suas ligas
159
Figura 73
Processo de laminação
160
Figura 74
Processo de laminação a frio
161
Figura 75
Processo de laminação a quente
161
Figura 76
Processo esquemático de laminação contínua
163
Figura 77
Processo eletrolítico ou eletroquímico
167
Figura 78
Corte esquemático de um feixe de células hexagonais
168
Figura 79
Película anódica no principio de formação em um
169
eletrólito, com ação dissolvente sobre a película
Figura 80
Camada anódica
169
Figura 81
Fluxograma de identificação dos estágios de
175
anodização, conforme aplicação
Figura 82
Fluxograma dos estágios básicos no processo de
176
anodização
Figura 83
Processo de coloração anódica
182
Figura 84
Superfícies e acabamentos por processo de
183
anodização contínua
Figura 85
Processo de anodição da linha contínua: 1.250 mm.
184
Fábrica da ALMECO, San Giuliano Milanese (MI), Itália
Figura 86
Etapas do rebobinador, anodização e desbobinador da
185
linha continua 1.250mm. Fábrica da ALMECO, San
Giuliano Milanese (MI), Itália
Figura 87
Linha de corte de bobinas da linha continua 1.250mm.
185
Fábrica da ALMECO, San Giuliano Milanese (MI), Itália
Figura 88
Redução da rugosidade da superfície (rugosidade e
186
dissolução de micro-picos durante laminagem) por
polarização anódica em um banho de ácido
concentrado
Figura 89
Bobinas de alumínio natural e bonina de alumínio pré-
186
anodizado
Figura 90
Influência da liga e revestimento na reflectância final do
187
material
Figura 91
Camadas reflexivas e protetoras do alumínio pelo
188
sistema PVD (Physical Vapour Deposition), desde o
substrato do alumínio
Figura 92
Linha de produção pelo sistema PVD (Physical Vapour
188
Deposition). Fabrica ALMECO, Bemburg, Alemanha
Figuras 93 e Vista das cabines de controle e estágio de entrada
94
189
onde o processo de deposição a vácuo é iniciado
Figuras 95 e Processo magnetron- sputtering
189
96
Figuras 97 e Processo de anodização PVD (Physical Vapour
98
Deposition)
Figura 99
Elevação das reflexões das superfícies óticas,
conforme processo de anodização
189
191
Figura 100
Reflexão total (%) de distintos materiais metálicos
191
Figura 101
Redução na intensidade da luz com múltiplas reflexões
192
Figura 102
Estimativa do uso do alumínio no mercado nacional (t)
193
Figura 103
Ciclo dos metais
194
Figura 104
Distância entre goniofotômetro e a fotocélula do
201
luxímetro
Figuras 105
Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
e 106
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1
Figuras 107
Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
e 108
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1
Figuras 109
Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
e 110
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1
Figuras 111, Identificação das luminárias de campo – FA B1, LU C1
112 e 113
e PO A1
Figuras
Registro fotográfico dos conjuntos óticos de referência
114,115 e
R A1, R B1 e R C1
241
241
242
242
242
116
Figuras
Registro fotográfico das luminárias de campo – FA A1,
117,118 e
Fa B1 e FA C1, após período de 1.512 horas de
119
funcionamento
Figuras
Registro fotográfico das luminárias de campo – FA A1,
120,121 e
Fa B1 e FA C1, após período de 2.640 horas de
122
funcionamento
Figura 123
Ensaio de determinação dos índices de refletância –
243
243
245
Alumínio Nacional – IPT
Figura 124
Ensaio de determinação dos índices de refletância –
246
Alumínio 100/030/B – IPT
Figura 125
Dados técnicos da lâmpada fluorescente tubular T5 HE
247
FH 14/28W - Osram do Brasil
Figura 126
Dados técnicos do reator eletrônico QUICKTRONIC
248
QTP 5 14-35W/230-240V – Osram do Brasil
Figura 127
Esquema de ligação do reator eletrônico
249
QUICKTRONIC QTP 5 14-35W/230-240V – Osram do
Brasil
Figura 128
Dados técnicos alumínio ALCOA
250
Figura 129
Dados técnicos alumínio 100/030/B – 100/040/B –
251
ALMECO
Figura 130
Dados técnicos alumínio VEGA 95100 – ALMECO
252
Tabela 1
Propriedades dos alumínios empregados nos conjuntos
44
óticos
Tabela 2
Propriedades reflexivas dos alumínios empregados nos
45
conjuntos ótico.
Tabela 3
Quantidade de luminárias utilizadas para os ensaios de
46
campo e laboratório
Tabela 4
Período das medições em laboratório da Etapa 1
52
Tabela 5
Período das medições em laboratório da Etapa 2
52
Tabela 6
Período das medições em laboratório da Etapa 3.
53
Tabela 7
Identificação das luminárias de ensaios- Instalação 1 –
57
FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP
Tabela 8
Identificação das luminárias de ensaios- Instalação 2 –
59
LUCCHI Ltda, Cotia, SP
Tabela 9
Identificação das luminárias de ensaios- Instalação 3 –
61
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP
Tabela 10
Registro das datas das instalações, retiradas e períodos de
63
funcionamento dos sistemas
Tabela 11
Constantes zonais para intervalos de 10°
65
Tabela 12
Planilha padrão para tabulação das ilumininâncias ,
65
intensidades luminosas e rendimento no plano transversal
longitudinal
Tabela 13
Matérias-primas na fabricação de luminárias
80
Tabela 14
Classificação adotada de iridescência dos alumínios
85
Tabela 15
Grau de proteção indicado pelo primeiro numeral
91
característico contra ingresso de corpos sólidos externos
Tabela 16
Grau de proteção indicado pelo primeiro numeral
92
característico contra ingresso de água
Tabela 17
Descarga elétrica e pela pressão interior da lâmpada
99
Tabela 18
Temperatura de cor correlata (Tcp)
102
Tabela 19
Características das lâmpadas fluorescentes tubulares T5
103
HE (High Efficiency)
Tabela 20
Características das lâmpadas fluorescentes tubulares T5
104
HO (High Output)
Tabela 21
Classificação da CIE de luminárias para iluminação geral,
125
de acordo com fluxo luminoso
Tabela 22
Exemplos de luminâncias que definem os índices de
134
ofuscamento UGRL
Tabela 23
Exemplos de fatores de manutenção para sistemas de
137
iluminação de interiores com lâmpadas fluorescentes
tubulares
Tabela 24
Fatores de manutenção para sistemas de iluminação de
138
interiores com lâmpadas fluorescentes, conforme condições
da instalação
Tabela 25
Parâmetros do consumo da alumina
149
Tabela 26
Insumos para aprodução de alumínio primário
150
Tabela 27
Propriedades do alumínio
152
Tabela 28
Propriedades físicas típicas do alumínio/aço/cobre.
154
Tabela 29
Impurezas e seus efeitos
170
Tabela 30
Formulação típica de uma solução de polimento eletrolítico.
178
Tabela 31
Composto ideal para a redução da formação de gases
179
tóxicos no processo de polimento
Tabela 32
Concentrações típicas de impureza na atmosfera.
196
Tabela 33
Tabulação do conjunto ótico de referência - R A1
202
Tabela 34
Tabulação do conjunto ótico de referência - R B1
203
Tabela 35
Tabulação do conjunto ótico de referência - R C1
204
Tabela 36
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
205
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA A1
Período de seis meses (1.512 h)
Tabela 37
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
206
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA A1
Período de doze meses (2.640 h)
Tabela 38
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
207
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA B1
Período de seis meses (1.512 h)
Tabela 39
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
208
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA B1
Período de doze meses (2.640 h)
Tabela 40
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
209
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA C1
Período de seis meses (1.512 h)
Tabela 41
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 1 – FASA
210
Fibra Ótica, Peruíbe, SP – FA C1
Período de doze meses (2.640 h)
Tabela 42
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 2 – LUCCHI
211
Ltda, Cotia, SP – LU A1
Período de seis meses (1.576 h)
Tabela 43
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI
212
Ltda, Cotia, SP – LU A1
Período de doze meses (2.720 h)
Tabela 44
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 2 – LUCCHI
213
Ltda, Cotia, SP – LU B1
Período de seis meses (1.576 h)
Tabela 45
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI
214
Ltda, Cotia, SP – LU B1
Período de doze meses (2.720 h)
Tabela 46
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 2 – LUCCHI
215
Ltda, Cotia, SP – LU C1
Período de seis meses (1.576 h)
Tabela 47
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI
216
Ltda, Cotia, SP – LU C1
Período de doze meses (2.720 h)
Tabela 48
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 3 –
217
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP – PO A1
Período de seis meses (1.648 h)
Tabela 49
Tabulação da luminária de ensaio - Instalação 3 –
218
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP – PO A1
Período de doze meses (2.856 h)
Tabela 50
Tabulação da luminária de ensaio –Instalação 3 –
219
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP- PO B1
Período de seis meses (1.648 h)
Tabela 51
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 –
220
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP – PO B1
Período de doze meses (2.856 h)
Tabela 52
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 –
221
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP- PO C1
Período de seis meses (1.648 h)
Tabela 53
Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 –
222
Condomínio Porto de IBIÚNA, Ibiúna, SP – PO C1
Período de doze meses (2.856 h)
Tabela 54
Redução percentual dos rendimentos das luminárias de
223
campo em relação aos conjuntos óticos de referência
Tabela 55
Desvios das medições das luminárias de campo – PO A1,
226
PO B1 e PO C1
Tabela 56
Diferença entre os rendimentos dos modelos de referência
226
ensaiados
Tabela 57
Ensaios de câmara úmida executados no IPT
244
Fórmula 1 Fluxo luminoso
118
Fórmula 2 Fluxo luminoso
118
Fórmula 3 Iluminância
121
Fórmula 4 Iluminância média
121
Fórmula 5 Luminância
122
Fórmula 6 Luminância para difusores perfeitos
123
Fórmula 7 Coeficiente de reflexão
123
Fórmula 8 Índice de ofuscamento unificado
133
Fórmula 9 Fator de manutenção
136
Abrilhantamento
Produção de superfícies brilhantes por polimento químico
ou eletrolítico da superfície do metal.
Ácido
Ácido é toda a substância que se ioniza em presença de
água e se origina, como um dos íons, o cátion H+.
Álcalis
É qualquer substância que libera única e exclusivamente o
ânion OH– em solução aquosa.
Alumínio
O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de
número atômico 13 (13 prótons e 13 elétrons), com massa
atômica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o
elemento metálico mais abundante da crosta terrestre.
O alumínio é um metal que aparenta ser inerte à ação da
atmosfera, devido a uma fina camada de óxido que se
forma naturalmente sobre sua superfície. O metal alumínio
é um elemento que reage com ácidos e álcalis com
evolução de hidrogênio.
Anodização
É um processo eletrolítico que promove a formação de
uma camada controlada e uniforme de óxido na superfície
do alumínio.
Anodo
Em eletrólise, o eletrodo no qual os íons negativos são
descarregados e os íons positivos formados, podendo
ocorrer outras reações de oxidação.
Aparência de cor
Expressão geral para a impressão de cor recebida pela
observação de uma fonte de luz.
Bauxita
Óxido de alumínio hidratado. É o minério mais importante
do alumínio
Camada de óxido
Filme protetor formado na superfície do alumínio e suas
anódico
ligas pelo processo de anodização.
Característica nominal Conjunto de valores nominais e das condições de
(de uma lâmpada)
funcionamento que servem para caracterizar e denominar
uma lâmpada.
Catodo
Em eletrólise, o eletrodo no qual os íons positivos são
descarregados e os íons negativos formados, podendo
ocorrer outras reações de oxidação.
Certificação
É um conjunto de atividades desenvolvidas por um
organismo independente da relação comercial com o
objetivo de atestar publicamente,
por
escrito, que
determinado produto, processo ou serviço está em
conformidade com os requisitos especificados. Podem ser
normas nacionais, estrangeiras ou internacionais.
Conjunto ótico
O conjunto ótico é parte de uma luminária e é composto
de refletor e aleta: A1, B1 e C1. Não faz parte do connjuto
ótico o corpo da luminária. Neste trabalho o conjunto ótico
é o objeto de ensaio.
Cor
Aparência de um objeto que depende da composição
espectral da luz incidente, do fator espectral de refletância
ou de transmissão do objeto e da resposta espectral de
um observador.
Corpo da luminária
O corpo da luminária é o chassi da luminária, normalmente
confeccionada em chapa de aço tratada com acabamento
em pintura eletroestática epóxi pó na cor branca. É a parte
que fixa e sustenta o refletor, aleta, porta-lâmpadas,
lâmpadas e equipamento auxiliar.
Coloração
Acabamento colorido, produzido, por exemplo, pela
imersão de uma camada de óxido anódica não selada em
um banho com corante adequado, ou em uma solução
produtora de pigmento.
Curva de
De uma fonte, é a curva traçada sobre uma esfera
isointensidade
imaginária com centro no meio luminoso da fonte, e
ligando todos os pontos correspondentes às direções que
têm a mesma intensidade luminosa, ou uma projeção
dessa curva sobre um plano.
Nota: o termo "curva isocandela", anteriormente utilizado,
está obsoleto.
Curva de
Lugar geométrico dos pontos de uma superfície nos quais
isoluminância
a iluminância tem o mesmo valor.
Nota: o termo "curva isolux", anteriormente utilizado, está
obsoleto.
Diagrama de
Gráfico
isointensidade
isointensidade.
formado
por
uma
rede
de
curvas
de
Distância de ensaio
Para medições fotométricas, é a distância entre o centro
luminoso de uma fonte e a superfície do detector.
Eficiência luminosa
É a capacidade de conversão de energia elétrica em
luminosa, expressa pela razão entre o fluxo luminoso
emitido por uma fonte de luz (em lumens) e a potência
elétrica consumida por essa mesma fonte (em Watts).
Unidade: lm/W.
Fator de perdas
Razão da iluminância média no plano de trabalho após
luminosas
certo
tempo
de
utilização
de
uma
instalação
de
iluminação, para a iluminância média obtida nas mesmas
condições para a instalação considerada nova.
Notas:
a)
o
termo
“fator
de
depreciação"
era
utilizado
anteriormente para designar o inverso da razão acima;
b) as perdas luminosas consideram a acumulação de
poeira nas luminárias e nas superfícies do compartimento,
e também a depreciação das lâmpadas;
c) o termo “fator de manutenção", anteriormente utilizado e
considerado obsoleto, volta a ser utilizado.
Fator de fluxo de um
Razão do fluxo luminoso emitido por uma lâmpada de
reator
referência, funcionando com reator comercial, para o fluxo
luminoso
emitido
pela
mesma
lâmpada
quando
funcionando com o reator de referência.
Fator de manutenção
Razão do fluxo luminoso em dado momento da vida de
do fluxo luminoso (de
uma lâmpada, para o seu fluxo nominal inicial, com a
uma lâmpada)
lâmpada funcionando em condições especificadas.
Nota: essa razão é geralmente expressa em porcentagem.
Fator de utilização
De uma instalação de iluminação e em relação a uma
superfície de referência dada, é a razão do fluxo luminoso
recebido pela superfície de referência, para a soma dos
fluxos luminosos das lâmpadas individuais da instalação.
Fluxo acumulado
De uma fonte e para um ângulo sólido dado, é o fluxo
luminoso emitido, nas condições de funcionamento
especificadas, no interior de um cone com eixo vertical
dirigido para baixo, e que encerra esse ângulo sólido.
Fluxo luminoso
Valor de fluxo luminoso inicial de um dado tipo de
nominal (de um tipo
lâmpada, declarado pelo fabricante ou pelo fornecedor
de lâmpada)
responsável, com a lâmpada funcionando em condições
especificadas. Unidade: lumén – lm.
Fluxo luminoso inicial Fluxo luminoso após o tempo de sazonamento da
(de uma lâmpada)
lâmpada, definido por norma pertinente.
Fotometria
Medição das grandezas relativas às radiações, avaliadas
de acordo com uma dada função de eficácia luminosa
espectral.
Fotômetro
Instrumento destinado a medir grandezas fotométricas.
Goniofotômetro
Fotômetro destinado a medir a distribuição angular de uma
grandeza luminosa característica de uma fonte, de uma
luminária, de um meio ou de uma superfície.
Índice de reprodução
Avaliação quantitativa do grau das cores psicofísicas de
de cor
um objeto iluminado, sob ensaio, pelo iluminante, e a do
mesmo objeto iluminado pelo iluminante de referência,
sendo o estado de adaptação cromática considerado de
maneira correta.
Intensidade luminosa
(Iy ,I)
De uma fonte, numa dada direção, é a razão do fluxo
luminoso de Φy que sai da fonte e se propaga no
elemento de ângulo sólido, cujo eixo coincide com a
direção considerada para esse elemento de ângulo sólido:
Unidade: candela – cd.
Iluminação
Aplicação de luz a uma cena e/ou objetos, e suas
circunvizinhanças, para que possam ser vistos de maneira
adequada.
Nota: este termo é também utilizado, na linguagem
corrente, com o sentido de "sistema de iluminação" ou
"instalação de iluminação".
Iluminância (Ey,E)
Em um ponto de uma superfície, é a razão do fluxo
luminoso, incidente num elemento da superfície que
contém, pela área deste elemento, o ponto dado.
Unidade: lux-lx
Iluminância mantida
Valor abaixo do qual a iluminância média da superfície
(Ēm)
especificada não poderá ser reduzido.
Jateamento abrasivo
Tratamento de superficie por projeção de particulas –
como, por exemplo, alumina, glóbulos, areia ou vidro –
projetado por corrente de ar. Pode ser realizado com
abrasivos finos suspensos em água ou outros liquidos
(úmidos ou vapor)
Lâmpada
Fonte fabricada a fim de produzir luz.
Lâmpada de
Lâmpada de descarga escolhida para a finalidade de
referência
ensaiar reatores de lâmpadas de descarga, e que, quando
associada a um reator de referência sob condições
especificadas, tem características elétricas próximas dos
valores procurados que constam da norma pertinente.
Lâmpada - padrão
Lâmpada destinada a servir como padrão fotométrico
secundário
secundário.
Lâmpada fluorescente Lâmpada de descarga em que a maior parte da luz é
emitida por uma camada de material fluorescente,
excitada pela radiação ultravioleta de descarga.
Luminância
(Numa dada direção, num ponto na superfície de uma
fonte ou receptor, ou num ponto no caminho do facho).
Quociente do fluxo luminoso, saindo, chegando ou
passando através de elemento de superfície neste ponto e
propagado em direções definidas num cone elementar
contendo a direção dada, pelo produto do ângulo sólido do
cone e a área de projeção ortogonal do elemento de
superfície num plano perpendicular à essa direção.
Unidade: candela por metro quadrado, cd/m².
Luminancímetro
Instrumento destinado a medir luminância.
Luminária
Aparelho que distribui, filtra ou modifica a luz emitida por
uma ou mais lâmpadas, e que contém, exclusive as
próprias lâmpadas, todas as partes necessárias para fixar
e protegê-las e, quando necessário, os circuitos auxiliares
e os meios de ligação ao circuito de alimentação.
Luminária de ensaio
Adotada como padrão de iluminação para os ensaios dos
conjuntos óticos de referência em laboratório e das
instalações de campo. Modelo de sobrepor CS-656 para
duas lâmpadas fluorescentes tubulares T5 28W e reator
eletrônico.
Luminosidade
Atributo da sensação visual segundo a qual uma superfície
parece emitir mais ou menos luz.
Luxímetro
Instrumento destinado a medir iluminância.
Luz artificial
Obtida através de fontes luminosas como as lâmpadas,
que geram luz através de eletricidade.
Luz natural
É a parte visível da radiação solar.
Manutenção
Os níveis de iluminação recomendados para cada tarefa
são fornecidos como iluminância de manutenção. A
iluminância de manutenção depende das características
de manutenção da lâmpada, da luminária, do ambiente e
do programa de manutenção. O projeto de iluminação
deve ser desenvolvido com o fator de manutenção total
calculado para o equipamento de iluminação selecionado,
para o tipo de ambiente e para o cronograma de
manutenção especificado. Não se recomenda que o fator
de manutenção calculado seja inferior a 0,70. Recomendase consultar norma CIE 97/2005.
Norma técnica
Norma é o documento técnico que estabelece as regras e
características mínimas que determinado produto, serviço
ou processo deve cumprir, permitindo uma perfeita
ordenação e a globalização dessas
atividades
ou
produtos.
Normalização
Atividade que estabelece, em relação a problemas
existentes
ou
potenciais,
prescrições
destinadas
à
utilização comum e repetitiva com vistas à obtenção do
grau ótimo de ordem em um dado contexto.
Oxidação quimica
Formação de um filme óxido sobre a superficie do metal
pela ação de agentes oxidantes quimicos.
Polimento químico
Polimento de uma superfície por imersão em uma solução
de reagentes químicos.
Potência nominal (de
Valor da potência de um tipo de lâmpada, declarado pelo
um tipo de lâmpada)
fabricante ou fornecedor responsável, com a peça
funcionando em condições especificadas.
Unidade: watts –W.
Reator
Dispositivo usado com lâmpada de descarga para
estabilizar a corrente na descarga.
Refletância (fator de
Razão do fluxo radiante ou refletido pelo fluxo incidente.
reflexão)
Refletor
Dispositivo destinado a modificar a distribuição espacial do
fluxo
luminoso
emitido
por
uma
fonte
de
luz,
essencialmente por meio do fenômeno reflexão.
Refletor especular
Parte de uma luminária, desenhado para refletir o fluxo
luminoso das lâmpadas nas direções requeridas, por meio
de reflexão especular.
Reflexão
Devolução
de
modificação
radiação
da
por
uma
frequência
superfície,
dos
sem
componentes
monocromáticos, nos quais a radiação é composta.
Reflexão especular
Reflexão sem difusão de acordo com as leis de reflexão
óptica, como um espelho.
Reflexão difusa
Difusão
por
reflexão,
na
qual,
sob
uma
escala
monocromática, não há reflexão regular.
Rendimento óptico
Razão do fluxo total de uma luminária, medido em
condições
especificadas,
para
a
soma
dos
fluxos
luminosos das lâmpadas individuais, quando estas estão
dentro da luminária.
Rendimento (de uma
Razão do fluxo total emitido pela luminária, medido em
luminária)
condições práticas especificadas e com suas próprias
lâmpadas e equipamentos, para a soma dos fluxos
luminosos das lâmpadas individuais funcionando fora da
luminária, com os mesmos equipamentos e em condições
especificas.
Sistema ótico
O sistema ótico é o conjunto do corpo da luminária, refletor
e aleta.
Tarefa visual
Os elementos visuais da tarefa a ser realizada.
Temperatura de cor
É uma escala que apresenta numericamente a relação
entre a cor da luz emitida por um determinado corpo de
prova (corpo negro) e a luz emitida por uma fonte artificial.
Unidade: K (Kelvin)
Tempo de
Tempo necessário para que uma lâmpada estabeleça uma
acendimento
descarga em arco eletricamente estável, com a peça
funcionando em condições especificadas, e o tempo
sendo medido a partir do instante em que o circuito é
energizado.
Tensão de
Tensão entre os eletrodos necessária para iniciar a
acendimento
descarga numa lâmpada.
Tensão de
Tensão entre os eletrodos durante o funcionamento de
funcionamento
uma lâmpada de descarga, em condições estáveis (valor
eficaz no caso de corrente alternada).
Utiliância
De uma instalação de iluminação, e em relação a uma
superfície de referência dada, é a razão do fluxo luminoso
recebido pela superfície de referência, para a soma dos
fluxos totais das luminárias individuais da instalação.
Unidade: (U)
Vida (de uma
Tempo durante a qual a lâmpada funciona até se tornar
lâmpada)
inútil, ou ser considerada inútil de acordo com critérios
especificados.
Nota: a vida de uma lâmpada é expressa em horas.
Vida média
Média das vidas individuais das lâmpadas submetidas ao
ensaio de vida, com as lâmpadas funcionando em
condições especificadas, e o fim da vida sendo julgado de
acordo com critérios especificados.
36
1.1 Considerações iniciais
Com a criação do Programa Nacional de Conservação de Energia
Elétrica (PROCEL), em dezembro de 1985, foi incrementado em nosso meio
o conceito de conservação de energia elétrica, ou seja, de combate ao
desperdício de energia (MOREIRA, 1999).
O conceito de eficiência energética pode ser entendido como a
obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia elétrica. Portanto,
um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona
as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia
(LAMBERTS, DUTRA, PEREIRA, 1997).
Muitas campanhas contra o desperdício surgem diariamente. Novas
tecnologias são adotadas, bem como são criados equipamentos de baixo
consumo e maior eficiência energética. Entretanto, além da utilização destes
recursos, visualiza-se a necessidade da elaboração de regulamentações,
fiscalização e acompanhamento efetivos, como também que os arquitetos e
engenheiros tenham mais conhecimento sobre eficiência energética ao nível
do projeto ou da especificação de materiais e equipamentos, pois os
desperdícios podem ser reduzidos na fase de concepção do projeto, evitando
a necessidade de maior produção de eletricidade no país. É mais fácil
economizar energia do que fornecê-la (GELLER, 1994). Trata-se de uma
constante busca, pois gerar energia está diretamente relacionado ao grande
impacto ambiental causado pela construção de novas usinas, deslocamento
de populações inteiras para a instalação de hidroelétricas, inundações,
poluição e riscos com a segurança pública, isto quando na construção de
termoelétricas e usinas nucleares.
Hoje, deparamo-nos com uma grande preocupação, que é a
necessidade de encontrar a melhor dinâmica entre o modelo ideal de
conservação de energia elétrica e de desenvolvimento sustentável. Qualquer
atividade construtiva comporta a utilização, redistribuição e concentração de
alguns recursos energéticos e de materiais retirados do planeta.
Construir é uma função humana natural, mas implica numa tarefa de
planejamento e esboço ambiental, gerenciamento de recursos e ecologia
aplicada (YEANG, 2001).
37
1.2 Motivação e justificativa
Conforme dados da Eletrobrás (2009), da energia elétrica consumida
no Brasil, 42% é utilizada por edificações residenciais, comerciais e públicas,
sendo que, no setor residencial, o consumo de energia chega a 23% do total
nacional, chegando a 11% nos setores comerciais e a 8% no público. Isto se
dá principalmente em forma do consumo de energia em iluminação artificial,
tornando-se assim necessária a conscientização da indústria, dos designers
de produtos, dos projetistas de iluminação e dos grandes consumidores e a
busca constante de matérias-primas, tecnologias e soluções de iluminação
energeticamente eficientes.
A significativa parcela de energia consumida por essas edificações
pode ser controlada, evitando-se um aumento exagerado, por meio de
soluções que, mesmo aparentemente mais onerosas, mostram-se viáveis a
médio ou longo prazo, garantindo o conforto do usuário a um menor custo.
Um bom exemplo é maximizar o uso de equipamentos e luminárias mais
eficientes.
Alguns trabalhos realizados mostram que o refletor em alumínio
eleva a eficiência da iluminação. Segundo GHISI, LAMBERTS, 1998, “as
luminárias com refletor em alumínio sem aletas representam a melhor
solução em termos de minimização de carga instalada em iluminação,
seguidas muito próximas pelas luminárias com refletor de alumínio e aletas
brancas”. Neste estudo, verificou-se que as luminárias com difusor são as
que exigem maior carga em iluminação, podendo ser 55,3% superior às
luminárias com refletor de alumínio sem aletas.
As referências na literatura sobre sistemas de iluminação são
extensas e abrangentes; diferentemente do que ocorrem sobre o fator de
manutenção dos sistemas de iluminação, as informações são escassas e
não mostram a condição real dos fatores de manutenção ou depreciação
aplicados pelos projetistas da iluminação, a fim de que seja levada em
consideração a devida depreciação, conforme o tempo de funcionamento e o
fluxo luminoso entregue inicialmente à instalação, que diminui com o
envelhecimento das lâmpadas e do acúmulo de sujeira nas luminárias.
38
Outra condição pouco explorada neste aspecto é a corrosão que
ocorre nos refletores óticos, quando estes sistemas estão instalados em
ambientes críticos, com alto grau de depreciação gerado, muitas vezes, pela
própria atividade, como por exemplo, indústria, garagem, ou até devido à
localização da instalação, como no caso de orla marítima, proximidade com
áreas de grande concentração de indústrias de fundição, química e
siderurgia, com poluentes diversos e gases dissolvidos.
Cada instalação sofre uma depreciação durante o uso, conforme
aplicação,
localização
e
agentes
externos,
mas
normalmente
nos
preocupamos com os aspectos iniciais de eficiência energética de nossas
instalações, e muito pouco com o fator manutenção dado a elas ao longo do
seu uso.
O acúmulo de poeira no corpo ótico das luminárias é um agravante
de depreciação, pois o enegrecimento da parte refletora diminui a saída de
luz, o rendimento e, gradativamente, a quantidade de luz encaminhada para
o ambiente.
Segundo SANTAMOURIS, 1998, a falta de manutenção em
luminárias pode reduzir o fluxo luminoso em 30%, porém, dados do IESNA 1
(1995) indica que a falta de manutenção em luminárias pode reduzir a
iluminância entre 25% a 50%, dependendo da aplicação e equipamentos
usados, pois a depreciação também está diretamente ligada à perda de fluxo
luminoso das lâmpadas, uma vez que parte depende da substituição
conforme a vida útil ou vida física.
1.3.
Objeto
O objeto desta pesquisa entende-se por conjuntos óticos compostos
por refletores e aletas, denominados de: R A1, R B1 ,R C1, FA A1, FA B1,
FA C1, LU A1, LU B1, LU C1, PO A1,PO B1 e PO C1.
1.4.
Objetivos
Os objetivos deste trabalho são divididos em gerais e específicos.
1
IESNA - Illuminating Engineering Society of North America.
39
1.4.1. Objetivos Gerais
• Verificar a influência das características reflexivas do refletor com
diferentes tratamentos de superfícies;
• Analisar comparativamente o desempenho e as perdas luminosas
dos sistemas óticos;
• Estabelecer
as
melhores
alternativas
que
representem
efetivamente ganhos de qualidade de luz e eficiência energética; e
• Examinar o fator de perdas luminosas aplicado pelo projetista de
iluminação.
1.4.2. Objetivos específicos
•
Analisar
a
contribuição
dos
diferentes
tratamentos
de
superfícies dados aos refletores de alumínio, em relação ao desempenho,
estética, vida útil e proteção contra agressões ambientais;
•
Conhecer os parâmetros de perdas luminosas dos corpos óticos
aplicados em distintas instalações;
•
Ilustrar que padrões de alumínio de alto rendimento, com
capacidade reflexiva entre 82% e 95%, baixa depreciação e associados a
sistemas óticos de alto desempenho, são a garantia de boa qualidade da luz
associada à economia de energia;
•
Examinar se as perdas luminosas são superiores aos valores
utilizados hoje como critério de controle do sistema de iluminação, atendendo
às recomendações da Norma NBR 5413/1992 2 que indicam que a
iluminância em qualquer ponto do campo de trabalho não seja inferior a 70%
da iluminância média; e
•
Avaliar
se
as
perdas
luminosas
são
superiores
às
recomendadas pela futura Norma NBR ISO 8995-1 3, que deverá entrar em
vigor em 2013, e da Norma CIE 97/2005 4, que determina que a iluminância
de manutenção dependa das características de manutenção da lâmpada, da
luminária, do ambiente e do programa de manutenção, e que recomenda que
o fator de manutenção calculado seja inferior a 0,70.
2
NBR 5413/1992 - Iluminação de interiores.
NBR ISO 8995-1 -– Iluminação de ambientes de trabalho.
4
CIE 97/2005 - Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems.
3
40
2.1.
Introdução
Os procedimentos metodológicos desta dissertação tiveram início com
um amplo levantamento de dados secundários, seguido de um levantamento
de dados primários, por meio de experimentações e medições para a
determinação de indicadores de perdas de intensidades luminosas de
conjuntos óticos de luminárias para o setor comercial5, e, consequentemente,
de uma série de conclusões de resultados, como demonstrado na Figura 1.
As perdas de intensidades luminosas das lâmpadas fluorescentes
tubulares, do reator eletrônico e da luminária não são de interesse deste
estudo, mas exclusivamente os conjuntos óticos refletores.
Figura 1 - Fluxograma geral da pesquisa.
Fonte: a autora, 2013.
5
Setor comercial: abrange uma série de subsetores, como o de comércio de bens e
serviços, financeiro, turismo e hotelaria, educação e lazer, entre outros. Fonte. BEN Balanço Energético Nacional.
41
2.2. Levantamento de dados secundários
Esta pesquisa foi realizada por meio de revisão bibliográfica em
dissertações, teses, artigos científicos e jornalísticos, relatórios técnicos,
normas técnicas, certificações e regulamentações e outras publicações
relacionadas ao tema. A título de exemplificação as principais fontes de
referência do ponto de vista normativo que embasaram esta pesquisa:
•
ABNT NBR 14155/2010– Alumínio e suas ligas – Tratamento de
superfície – Camada de anodização dura – Determinação da
microdureza;
•
ABNT NBR NM ISO 2107/2008 - Alumínio e suas ligas – Produtos
trabalháveis – Designação das têmperas;
•
ABNT NBR ISO 7583/2010 – Anodização do alumínio e suas ligas –
Vocabulário;
•
ABNT NBR ISO 7823/2010 – Alumínio e suas ligas – ChapasPropriedades mecânicas;
•
ABNT NBR 12611/1992 – Determinação da espessura da camada
anódica pelo método de microscopia óptica.
•
ABNT NBR 8095/1983 – Material metálico revestido e não revestido,
corrosão por exposição à atmosfera úmida saturada;
•
ASTM E1651-94/1999 – Standard Test Method for Total Luminous
Reflectance Factor by Use of 30/t Integrating-Sphere Geometry;
•
CIE 97/2005 - Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems;
•
DIN 67 530 - Reflectometer as a means for gloss assessment of plane
surfaces of paint coatings and plastics;
•
DIN 5031-1- Optical radiation physics and illuminating engineering;
quantities, symbols and units of radiation physics;
•
DIN 5031-2 – Optical radiation physics and illuminating engineering;
evaluation of radiation by different detectors;
•
DIN 5031-3 - Optical radiation physics and illuminating engineering;
quantities;
•
DIN 5036-3 – Radiometric and photometric properties of materials;
methods of measurement for photometric and spectral radiometric
42
•
characteristics – já aplicada em estudos realizados no IPT pelo
Laboratório de Equipamentos Elétricos e Ópticos;
•
ASTM B-117 – Method of Salt Spray (Fog) – já aplicada em estudos
realizados no IPT pelo Laboratório de Corrosão e Proteção;
•
ASTM D2247- 2 – Standard Practice for Testing Water Resistance of
Coatings in 100% Relative Humidity – já aplicada em estudos
realizados no IPT pelo Laboratório de Corrosão e Proteção;
•
Para demais referências secundárias de consulta, vide referências
bibliográficas.
2.3. Escolha dos sistemas óticos
A escolha dos sistemas óticos foi baseada na análise das
características e propriedades reflexivas de três conjuntos óticos 6 com
distintos acabamentos de superfícies de alumínios especulares. Estas
propriedades reflexivas foram avaliadas por meio da análise das informações
dos acabamentos, ligas, dureza, reflexão especular, reflexão difusa e
reflexão total TR2, sendo que, os modelos escolhidos estão entre 75% e
95%.
Figura 2 – Luminária composta por um corpo e um conjunto ótico (refletor e
aleta).
Luminária
Conjunto
ótico
Fonte: RUSCHER, 2009.
6
Conjunto ótico - O conjunto ótico é parte de uma luminária e é composto de refletor e aleta:
A1, B1 e C1. Não faz parte do conjunto ótico o corpo da luminária. Neste trabalho o conjunto
ótico é o objeto de ensaio.
43
2.3.1. Características dos conjuntos óticos de ensaios.
O objeto deste estudo é a analise do desempenho ótico e das perdas
luminosas dos conjuntos óticos, exemplificado na figura 3 e conforme
identificação a seguir:
→ Conjunto ótico A1 – Alumínio Nacional.
Tratamento da superfície: Sem tratamento de superfície do alumínio.
Característica do acabamento: Especular.
Reflexão total: 75% - 85% 7.
Fabricante: ALCOA do Brasil.
Procedência: Brasil.
→ Conjunto ótico B1 - Alumínio 100/030/B
Tratamento da superfície: Por processo de anodização.
Característica do acabamento: Especular.
Reflexão total: 85% - 86%
Fabricante: ALMECO S.p.A.
Procedência: Milão, Itália.
→ Conjunto ótico C1 - Alumínio VEGA 95100
Tratamento da superfície:Por processo de PVD (Physical Vapour
Deposition).
Característica do acabamento: Especular.
Reflexão total : 95%.
Fabricante: ALMECO S.p.A.
Procedência: Bernburg, Alemanha.
7
Reflexão total estimada 75-85%- Dados obtidos em ensaios anteriores pela LUCCHI Ltda.,
com o acompanhamento da autora deste trabalho nos Laboratórios de Fotometria do
INMETRO, no Rio de Janeiro, 2007. A indústria nacional divulga valores semelhantes. Fonte:
Catálogo ALCOA – Bright products technical (2012).
44
Figura 3 - Modelo do conjunto ótico adotado para os ensaios.
Fonte: ALMECO, 2011.
A Tabela 1 ilustra as propriedades dos alumínios utilizados nos
conjuntos óticos, sendo que, conforme a Norma NBR 6834, a liga do alumino
nacional é 1050 com 99,50% de Al8, o modelo 100/030/B utiliza liga 1085 de
pureza 99,85% de Al., e o modelo VEGA 95100 a liga 1085 com 99,99% de
Al. A seguir na tabela 2, é apresentada as propriedades reflexivas dos
modelos de alumínios empregados nos conjuntos óticos.
Tabela 1 - Propriedades dos alumínios empregados nos conjuntos óticos.
Modelo
Tipo/ Acabamento
Alumínio/liga Pureza da camada
A1
Especular
1050
Al 99,50
H19
B1
Especular
1085
Al 99,85
H18
C1
Especular
1085
Al 99,99
H18
Fonte: a autora, ALMECO, 2011.
8
Al – Símbolo do Alumínio.
Dureza
45
Tabela 2 - Propriedades reflexivas dos alumínios empregados nos conjuntos
óticos.
Modelos
A1
B1
C1
Especular
Especular
Especular
75-85%
86
≥95
60° longitudinal
Dados não disponíveis
82
90
60° transversal
Dados não disponíveis
80
89
Reflexão Difusa
Dados não disponíveis
12
< 11
Reflexão Total Tr2
Dados não disponíveis
86
≥95
Iridescência
Dados não disponíveis
Baixa iridescência
Sem iridescência
Acabamento
Reflexão Especular
Fonte: a autora, ALMECO, 2011.
2.3.2. Características das luminárias de ensaios
Para a execução dos ensaios em campo e medições em laboratório
foi necessário à escolha de uma luminária para inserção do conjunto ótico,
sendo o modelo eleito de fabricação da empresa Carolino Indústria e
Comércio Ltda, sediada na região Sul da cidade de São Paulo. A escolha da
luminária CS-656 é baseada na análise das características indicadas pelo
fabricante, seu desenho e dimensões, conforme dados da Figura 4.
→ Luminária modelo CS-656 de uso interno, de sobrepor, corpo em
chapa de aço protegida contra ferrugem, com pintura eletrostática em epóxi
pó na cor branca, para uso com duas lâmpadas fluorescentes tubulares T5,
com potência nominal de 28 W e alojamento para reator eletrônico. (Catálogo
Carolino Indústria e Comércio Ltda).
46
Figura 4 – Luminária modelo CS-656, adotada como padrão, catálogo do
fabricante Carolino Indústria e Comércio Ltda.
Fonte: Carolino Indústria e Comércio Ltda., 2011.
2.3.2.1. Quantidades de luminárias de ensaios
A quantidade de luminárias estudadas, conforme metodologia
assumida para análise deste trabalho foi de 12 unidades, sendo três
consideradas como conjuntos óticos de referência e nove para o
levantamento de dados de campo e laboratório, como indicada na Tabela 3.
Tabela 3 – Quantidade de luminárias utilizadas para os ensaios de campo e
laboratório.
Modelo
A1
B1
C1
Quantidades
01 unidade para montagem do conjunto ótico de referência (ensaio
em laboratório) e 03 unidades (ensaios de campo).
01 unidade para montagem do conjunto ótico de referência (ensaio
em laboratório) e 03 unidades (ensaios de campo).
01 unidade para montagem do conjunto ótico de referência (ensaio
em laboratório) e 03 unidades (ensaios de campo)
Fonte: a autora, 2013.
47
2.3.3. Características das lâmpadas fluorescentes tubulares de ensaios
Lâmpadas – Duas lâmpadas fluorescentes tubulares T5 de alta
eficiência, modelo LUMILUX T5 HE FH 28W/840 HE – marca OSRAM, fluxo
luminoso nominal 2.600 lm, temperatura de cor T4.000K, índice de
reprodução de cor: 80-89, base: G5, vida útil: 16.000 horas. ( Catálogo
OSRAM do Brasil.)
2.3.4. Características dos reatores eletrônicos de ensaios
Reator eletrônico - Reator eletrônico modelo QUICKTRONIC
PROFESSIONAL, QTP5 2x14-35/230-240V, marca OSRAM, tensão de
alimentação: 230V – 240V, frequência: 50/60HZ. (Catálogo OSRAM do
Brasil)
2.4.
Escolha da localização onde foram realizados os ensaios
Diante do uso em grande escala no Brasil de luminárias
fluorescentes tubulares T5 (OSRAM,2011), especificamente em ambientes
com características laborativas, optou-se em analisar três instalações
próximas à cidade de São Paulo, com distintas condições de agentes
externos 9. Nestas localidades foram feitas as instalações das luminárias de
ensaios, com perfis metálicos ou cabos de suspensão para fixação nas
eletrocalhas e plugues macho e fêmea para a conexão elétrica. O objetivo é
o de facilitar a instalação, retirada e a reposição das mesmas, sem
dificuldades no manuseio e sem danificá-las, principalmente os sistemas
óticos, objeto do estudo.
9
Agentes externos - Condições externas na atmosfera, que podem agredir e deteriorar o
sistema ótico das luminárias, tais como, poeira, poluentes químicos, sais em suspensão,
gases industriais, água do mar de alta concentração de elementos químicos que aceleram
os processos corrosivos.
48
→
Instalação 1 – FASA Fibra Ótica Ltda.
Av. Marginal FEPASA, 70 - Três Marias - Peruíbe - SP – Brasil.
Caracterítica da instalação – Indústria sediada no litoral paulista.
Agente externo – Ambiente marinho devido à atmosfera
contaminada com sal, alta umidade, poucos gases industriais e
poeira (PONTE, 2011). A instalação está a 1.500 m da orla marítima
de Peruíbe.
Meio corrosivo – Considerado elevado.
→
Instalação 2 - Centro de Distribuição LUCCHI Ltda.
Rua Santa Mônica 1.414 – Pq. Industrial San José – Cotia – SP –
Brasil.
Caracterítica da instalação – Centro de distribuição na região
metropolitana de São Paulo.
Agente externo – Ambiente com poucos gases industriais e poeira,
média umidade de ar (PONTE,2011). Instalação a 1.000 m da
Rodovia Raposo Tavares dentro de um parque industrial voltada
armazenagem.
Meio corrosivo – Considerado baixo
→
Instalação 3 – Condomínio PORTO DE IBIÚNA.
Rodovia SP 250 – Ibiúna – SP – Brasil
Característica da instalação – Condomínio residencial a 8.000 m da
Rodovia Bunjiro Nakao - SP 250, no interior de São Paulo.
Agente externo – Ambiente com poucos gases industriais e poeira,
elevada umidade de ar, devido ser uma região com alta oncentração
de vegetação (PONTE, 2011). Proximidade com a represa
Itupararanga.
Meio corrosivo – Considerado médio.
49
2.5.
Escolha dos períodos para a realização dos ensaios em campo e
laboratório
Para obtenção dos parâmetros que foi necessário uma análise
criteriosa de indicadores de manutenção, de fatores de perdas luminosas e
do desempenho fotométrico dos distintos tipos de alumínios nas instalações
e na falta de referências bibliográficas que subsidie as informações dos
prazos mínimos para a avaliação dos sistemas, assumimos em adotar 03
etapas de medições em laboratório totalizando 18 meses e 02 etapas de
ensaios de campo, dentro de um período de médio de 2.640 horas a 2.856
horas
A escolha dos períodos para levantamento dos dados de campo para
análise da depreciação dos conjuntos óticos das luminárias foi determinada
considerando que o tempo mínimo provável para o comprometido das
superfícies óticas, por meio do acumulo de poeira, de gases, de umidade,
contaminação por parte de salinidade e outros meios corrosivos.
Por
termos
instalações
com
características
administrativas,
produtivas e de armazenamento, elegeu-se o uso de 8 horas/dia e em um
período comercial de segunda-feira a sexta-feira.
2.5.1. Ensaios em laboratório
2.5.1.1. Etapas de ensaios
• Os ensaios foram divididos em três etapas, sendo que, as
medições fotométricas executadas no laboratório da empresa Carolino
Iluminação Indústria e Comércio Ltda.
• Etapa 1 – 0 h (zero) – Identificação e medições fotométricas dos
conjuntos óticos de referências, conforme figura 5, que exemplifica os
modelos adotados e a tabela 4 que apresenta o período de realização dos
ensaios. Assumiu-se para este trabalho a necessidade do uso de lâmpadas
50
de referência padrão secundário 10 e de reator eletrônico de referência padrão
secundário 11 .
• Foi considerado para análise do desempenho fotométrico, o
resultado da união de uma luminária de sobrepor modelo CS-656, os
conjuntos óticos dos alumínios especulares A1, A2 e A3, as lâmpadas de
referência padrão secundário FL028 e FL028A, e reator eletrônico de
referência padrão secundário RE028. Os “conjuntos óticos de referências”
estão identificados conforme exemplificado na Figura 5.
Figura 5– Conjuntos óticos de referências RA1, RB1 e RC1.
Fonte: a autora, 2013.
→ Luminária modelo CS-656, com refletor em alumínio NACIONAL
incorporado (A1) – Sem tratamento de superfície do alumínio – Refletor
produzido com a utilização de alumínio sem anodização, identificado como
fabricante NACIONAL; reflexão total estimada 75%-85% utilizando as
lâmpadas de referência FL028 e FL028A e reator eletrônico de referência
RE028.
10
Lâmpada padrão-secundário - Lâmpada destinada a servir como padrão fotométrico
secundário, conforme Norma NBR 5461/1991- Iluminação - Terminologia.
11
Reator padrão secundário – Reator destinado a servir como padrão fotométrico
secundário, conforme Norma NBR 5461/1991- Iluminação - Terminologia.
51

Códigos de identificação do conjunto de referência –
RA1.
→ Luminária modelo CS-656 – Alumínio 100 – Com tratamento de préanodização do alumínio (B1) – Refletor produzido com a utilização de
ALUMÍNIO MODELO 100/030/B, identificado como fabricante Grupo
ALMECO, Milão, Itália, reflexão total 86%, utilizando as lâmpadas de
referência FL028 e FL028A e reator eletrônico de referência RE028.

Códigos de identificação do conjunto de referência –
RB1
→ Luminária modelo CS-656 - Alumínio VEGA 95100 (C1) – Com
tratamento de pré anodizado por processo PDV (Physical Vapour
Deposition). Refletor produzido com a utilização de ALUMÍNIO VEGA 95100,
identificado como Grupo ALMECO, Bernburg, Alemanha, reflexão total ≥
95%, utilizando as lâmpadas de referência FL028 e FL028A e reator
eletrônico de referência RE028.

Códigos de identificação do conjunto de referência –
RC1
→ Lâmpadas de referência padrão-secundário (NBR 5461/1991) Medições iniciais em laboratório para a determinação da intensidade
luminosa de uma lâmpada, em uma dada direção. Esse processo
normalmente é feito através da comparação dessa lâmpada com uma
lâmpada padrão, mas, neste caso, utilizamos duas lâmpadas fluorescentes
tubulares T5 com potência individual nominal de 28 W, marca OSRAM,
modelo FHT5 28 W/840 HE, LUMILUX, diâmetro do tubo 16 mm,
envelhecidas por 100 horas, com seus fluxos luminosos medidos até a total
estabilização; as condições de tensão durante as medições foram
controladas.

Códigos de identificação das lâmpadas fluorescentes
tubulares FHT5 28W/840, de padrão secundário: FL028
e FL028A.
52
→ Reator eletrônico padrão-secundário, modelo QTP 5 2x14-35W/230240V, marca OSRAM, modelo QUICKTRONIC PROFESSIONAL T5. O reator
eletrônico de padrão-secundário terá a sua tensão controlada por um
estabilizador de tensão e as informações serão controladas e registradas.

Código de identificação do reator eletrônico de referência
secundário: RE028.
Tabela 4 – Período das medições em laboratório da Etapa 1.
Tipo de alumínio/ Luminária/Lâmpadas e
Reator
Identificação
Data das Medições
26/08/2011 (1º ensaio)01/06/2012 (novo ensaio
R A1
Referência NACIONAL (A 1) + Luminária
para confirmação das
CS-656 + RE028 + FL028 + FL028A.
medições)
26/08/2011 (1º ensaio) 21/01/2013 (novo ensaio
R B1
Referência 100/030/B (B 1) + Luminária CS-
para confirmação das
656 + RE028 + FL028 + FL028A.
medições)
26/08/2011 (1ºensaio)01/06/2012 (novo ensaio
para confirmação das
medições)
R C1
Referência VEGA 95100 (C 1) + Luminária
CS-656 + RE028 + FL028 + FL028A.
Fonte: a autora, 2013.
→
Etapa 2 – Retirada das instalações de campo: Instalações 1 -
FASA, Peruíbe, SP- (1.520 horas), Instalação 2 -LUCCHI, Cotia, SP ( 1.576
horas) e Instalação 3 – Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP ( 1.648
horas) para medições fotométricas em laboratório.
Tabela 5 – Período das medições em laboratório da Etapa 2.
Localização
Tipo do Alumínio
Identificação
Datas das Medições
FASA, Peruíbe, SP.
A1
FA A1
01/06/2012
FASA, Peruíbe, SP.
B1
FA B1
01/06/2012
53
FASA, Peruíbe, SP.
C1
FA C1
01/06/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
A1
LU A1
01/06/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
B1
LU B1
01/06/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
C1
LU C1
01/06/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
A1
PO A1
02/06/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
B1
PO B1
02/06/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
C1
PO C1
02/06/2012
Fonte: a autora, 2013.
→
Etapa 3 – Retirada das instalações de campo: Instalações 1 -
FASA, Peruíbe, SP- (2.640 horas), Instalação 2 -LUCCHI, Cotia, SP ( 2.720
horas) e Instalação 3 – Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP ( 2.856
horas) para medições fotométricas em laboratório.
Tabela 6 – Período das medições em laboratório da Etapa 3.
Localização
Tipo do Alumínio
Identificação
Datas das Medições
FASA, Peruíbe, SP.
A1
FA A1
28/12/2012
FASA, Peruíbe, SP.
B1
FA B1
28/12/2012
FASA, Peruíbe, SP.
C1
FA C1
28/12/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
A1
LU A1
28/12/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
B1
LU B1
28/12/2012
LUCCHI, Cotia, SP.
C1
LU C1
28/12/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
A1
PO A1
28/12/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
B1
PO B1
28/12/2012
PORTO DE IBIÚNA, Ibiúna, SP.
C1
PO C1
28/12/2012
Fonte: a autora, 2013.
2.5.1.2
Equipamentos utilizados no laboratório para as medições
fotométricas
→
Goniofotômetro manual para levantamento dos dados, usando
como referência a publicação do IES LM-41-1985 - IES Approved Method for
54
Photometric Testing of Indoor Fluorescent Luminaries. O goniofotômetro ou
goniômetro (figuras 6 e 7) consta de uma estrutura provida de dois lombos
graduados (Figuras 8 e 9), que permite a rotação do equipamento sob teste
segundo eixo horizontal ou segundo eixo vertical. Para as medições das
iluminâncias obtidas sobre a fotocélula do luxímetro, a distância considerada
entre o centro do aparelho e do luxímetro foi de 6,00m, pois a distância deve
ser no mínio cinco vezes a maior dimensão do aparelho sob teste, neste
caso o comprimento da luminária é de 1.19 m.
Figuras 6 e 7 – Goniofotômetro manual.
Fonte: Alan Nascimento, 2013.
Figuras 8 e 9 - Goniofotômetro manual, limbos graduados.
Fonte: Alan Nascimento, 2013.
55
Figuras 10 e 11 – Luxímetro MINOLTA posicionado a 6 metros do
goniofotômetro.
Fonte: Alan Nascimento, 2013.
− Luxímetro – modelo T-10, fabricante MINOLTA, com medições de
iluminância de 0.01 até 299,900 lx. Multifunção de medidor de iluminância
digital, comreceptor destacável com fotocélula em silício.
Figura 12 – Luxímetro MINOLTA, modelo T-10.
Fonte: MINOLTA, 2011.
− Estabilizador de tensão linear – modelo 1000 TRA-BB/13, fabricante
TECTROL.
Potência: 1,0 kVA
Modelo: 1000 TRA-BB/13
Tensões de Entrada e Saída: 110, 127, 220, 380 ou 480 Vca.
Monofásicos ou Trifásicos
Frequência de Entrada-Saída: 50 ou 60 Hz – Senoidal.
Variação da Tensão na Entrada: +/- 15%.
Regulação de Saída: +/- 1%
Sistema de Correção Linear por Controle de Ângulo de Fase
Distorção Harmônica: Menor que 5%
56
Figura 13 - Estabilizador de tensão linear, modelo 1000 TRA-BB/13.
Fonte: TECTROL, 2011.
2.5.2. Instalações de campo
→
Dados da localização das instalações, caracterização e
identificação da Instalação 1 :
FASA Fibra Ótica - Av. Marginal FEPASA, 70, Peruíbe, SP, Brasil.
Condição da instalação- Luminárias fixadas por cabos de sustentação
em eletrocalhas com plugues macho e fêmea para a conexão elétrica.
Tensão de alimentação da instalação: 220V.
Altura de instalação: 6,00 m.
Figura 14 - Localização da FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP.
Fonte: http://maps.google.com.br/maps. Acesso em: 1º/nov/2011
57
Figura 15 – Fluxograma da instalação 1 - FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP.
Fonte: a autora,2013.
Tabela 7 – Identificação das luminárias de ensaios – instalação 1- FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP.
Localização
Tipo do
Tipo de
Alumínio
Lâmpada
A1
FHT5 2X28W
FASA
Tipo do Reator
Identificação
QTP5 2X14-35/230-240
(FA A1)
V
B1
FASA
FHT5 2X28W
QTP5 2X14-35/230-240
(FA B1)
V
C1
FASA
FHT5 2X28W
QTP5 2X14-35/230-240
(FA C1)
V
Fonte: a autora, 2013.
Figura 16 – Identificação das luminárias de ensaios - Instalação 1 - FASA
Fibra Ótica , Peruíbe , SP – Etapas 2 e 3.
FA A1
A1
FA B1
B1
FA C1
C1
Tipos de alumínios
Luminárias CS-656
2 x FH HE 28W/840
1 x QTP5 14-35W/
230-240V
Luminárias de ensaios
58
Figuras 17 e 18 – Instalação das luminárias de ensaios FA A1, FA B1, FA
C1 na área de montagem da indústria FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP
. Fonte: FASA Fibra Ótica, 05/08/2011.
→
Dados da localização das instalações, caracterização e
identificação da Instalação 2 :
LUCCHI Ltda.
Rua Santa Mônica 1.414 – Pq. Industrial San José – Cotia – SP –
Brasil.
Condição da instalação- Luminárias fixadas por perfil “L” em
eletrocalhas por meio de plugues machos e fêmeas para a conexão elétrica.
Tensão de alimentação da instalação: 220V.
Altura de instalação: 3,50 m.
Figura 19– Localização da LUCCHI, Cotia, SP
Fonte :http://maps.google.com.br/maps. Acesso em 20/nov/2011.
59
Figura 20 – Fluxograma da instalação 2 – LUCCHI, Cotia, SP.
Fonte: a autora, 2013.
Tabela 8: Identificação das luminárias de ensaios- instalação 2- LUCCHI Ltda.,
Cotia, SP.
Localização Tipo do Alumínio Tipo de Lâmpada
Tipo do Reator
Identificação
LUCCHI
A1
FHT5 2X28W
QTP5 2X14-35/230-240 V
(LU A1)
LUCCHI
B1
FHT5 2X28W
QTP5 2X14-35/230-240 V
(LU B1)
LUCCHI
C1
FHT5 2X28W
QTP5 2X14-35/230-240 V
(LU C1)
Fonte: a autora, 2013.
Figura 21 – Identificação das luminárias de ensaios - Instalação 2 – LUCCHI,
Cotia, SP – Etapas 2 e 3.
LU A1
A1
LU B1
B1
LU C1
C1
Tipos de alumínios
Luminárias CS-656
2 x FH HE 28W/840
1 x QTP5 14-35W/
230-240V
Fonte: a autora, 2013.
Luminárias de ensaios
60
Figuras 22 e 23 – Instalação das luminárias de ensaios LU A1, LU B1, LU C1
na área de armazenagem no centro de distribuição da LUCCHI Ltda, Cotia, SP.
Fonte: autora, 26/07/2011.
→
Dados da localização das instalações, caracterização e
identificação da Instalação 3 :
Condomínio PORTO DE IBIÚNA, Rodovia SP 250, Ibiúna, SP, Brasil.
Característica da instalação – Condomínio residencial a 8.000 m da
Rodovia Bunjiro Nakao - SP 250, no interior de São Paulo.
Condições da instalação - Luminárias fixadas por meio de parafusos
na viga de madeira da estrutura do telhado ou através de perfis metálicos.
Tensão de alimentação da instalação: 127V (para essa instalação foi
necessário a troca dos reatores eletrônicos modelo QUICKTRONIC QTP5
2x14-35/230-240V por reatores eletrônicos Modelo EL214-28A26 100 -245 V,
PHILIPS 12.
Altura de instalação: 2,70 m (sala de reunião e sala da gerência e
recepção) e 3,50 m (sala da administração).
12
No Condomínio PORTO DE IBIÚNA a tensão de rede é 120-130V. Houve troca do padrão
do reator eletrônico para o modelo da PHILIPS EL214-28A26 100-245 V. Este fato não
alterou as informações e ensaios, já que as medições fotométricas foram executadas com as
lâmpadas fluorescentes tubulares consideradas neste trabalho como de referência padrão
secundário FL028/FL028A, e com o reator eletrônico de referência padrão secundário
RE028.
61
Figura 24 – Localização da instalação 3 do Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna,
SP.
Fonte: https://maps.google.com.br/maps. Acesso em 03/fev/13.
Figura 25 – Fluxograma instalação 3 – Condomínio PORTO de IBIÚNA,
Ibiuna, SP.
Fonte: a autora, 2013.
Tabela 9 - Identificação das luminárias de ensaios- Instalação 3 - no
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP.
Tipo do
Tipo de
Alumínio
Lâmpada
Tipo do Reator
Identificação
PORTO IBIÚNA
A1
FHT5 2X28W
EL214-28A26 100-245 V
(PO A1)
PORTO IBIÚNA
B1
FHT5 2X28W
EL214-28A26 100-245 V
(PO B1)
PORTO IBIÚNA
C1
FHT5 2X28W
EL214-28A26 100-245 V
(PO C1)
Localização
Fonte: a autora, 2013.
62
Figura 26 – Identificação das luminárias de ensaios - Instalação 3 –
Condomínio PORTO de IBIÙNA, Ibiúna, SP – Etapas 2 e 3.
PO A1
A1
PO B1
B1
PO C1
C1
Tipos de alumínios
Luminárias CS-656
EL214-28A26 100-245V
Luminárias de ensaios
Fonte: a autora, 2013.
Figuras 27, 28 e 29 - Instalação das luminárias de ensaios PO A1 (sala de
reunião), PO B1 (sala administração) e PO C1 (sala da gerência e recepção) –
Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP.
Fonte: a autora, 2013.
2.5.3. Condições dos ensaios e procedimentos em campo e laboratório
Para a obtenção dos dados para analise e comparação dos sistemas
óticos, foram consideradas no levantamento em laboratório três etapas,
63
descritas no item 2.5 e no levantamento em campo dois a três períodos para
efeito de analise das perdas luminosas.
Tabela 10: Registro das datas das instalações, retiradas e períodos de
funcionamento dos sistemas.
2011
Instalação / Tempo
JUL
Instalação 1 -FASA
AGO
SET
OUT
2012
NOV
DEZ
JAN
4/8
FEV
MAR
ABR
MAI
JUN
JUL
AGO
SET
OUT
NOV
DEZ
9/1
816 horas
29/1
30/5
696 horas
6/6
19/12
1.128 horas
Instalação 2- LUCCHI
26/7
23/5
1.576 horas
5/6
19/12
1.140 horas
Instalação 3- PORTO de IBIÚNA
2/8
31/5
1.648 horas
5/6
22/12
1.208 horas
Instalação 1
2.640 horas
Instalação 2
2.720 horas
Instalação 3
2.856 horas
•
As “luminárias de ensaios” foram instaladas nos meses de julho e agosto
de 2011 nas três localidades, conforme Tabela 10, por um primeiro
período médio de 1.500 h e, posteriormente, por mais um período médio
de 1.150 h, totalizando 18 meses, e um período mínimo de 2.640 h e
máximo de 2.856 h, definidas no item 2.5.
•
No intervalo de cada período da Etapa 1 e Etapa 2, as “luminárias de
ensaios” foram retiradas das instalações e encaminhadas para o
Laboratório de Fotometria da empresa Carolino Indústria e Comércio
Ltda., para o levantamento das suas características fotométricas e a
identificação das intensidades luminosas (cd) com medições nos planos
transversais e longitudinais.
•
O levantamento em laboratório determinou as iluminâncias (lx) nos
ângulos de 0°, 5°,10°,15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°,55°, 60°, 65°,
70°, 75°, 80°, 85° e 90°, em ambos os eixos dos planos, e as intensidades
luminosas (cd) foram obtidas nas direções consideradas, por meio da lei
de Lambert, conforme tabulação utilizada no item 2.5.4.
•
Levantamento dos rendimentos de cada modelo, conforme os dados
extraídos na planilha de medições em laboratório. Medimos as
64
iluminâncias que após método matemático se transformam nos
rendimentos, conforme item 2.5.4.
•
Elaboração de curvas de distribuição luminosas (CDL) de cada modelo
ensaiado.
•
Para as medições fotométricas foram retiradas as lâmpadas fluorescentes
tubulares de mercado T5 HE FH 28W/840 e os reatores eletrônicos
QUICKTRONIC QTP 5 14-35W/230-240V, e substituídas pelas lâmpadas
de referência padrão secundário FL028 e FL028A e pelo reator eletrônico
de referência padrão secundário RE028, já que não existe interesse na
depreciação dos equipamentos, mas somente o de analisar as perdas
luminosas procedentes dos alumínios por meio dos conjuntos óticos .
•
Através da metodologia proposta foi possível determinar os desempenhos
fotométricos dos refletores óticos em cada instalação, após os períodos
de uso.
•
Foi realizada a comparação dos três diferentes refletores óticos,
considerando que os “conjuntos de referências” serviram como um
padrão, sem nenhum tipo de depreciação;
•
Com os resultados obtidos foi possível conhecer a influência das
características óticas dos refletores de alumínio dos conjuntos óticos e
suas perdas luminosas.
2.5.4. Método para determinação dos rendimentos dos sistemas óticos
Para obtenção dos dados em laboratório, usou-se como referência
métodos extraídos do IESNA e do CIE que estabelecem um sistema de
levantamento de planos para fotometria de luminárias para interiores.
Utilizou-se de uma planilha com o lançamento das medições fotométricas,
conforme tabela 11. Para obtenção do rendimento, temos o fluxo total da
fonte multiplicando pelas intensidades luminosas média de cada zona pela
constante zonal. Com a somatória dos valores obtidos temos os fluxos totais
que dividimos pelos fluxos luminosos das duas lâmpadas fluorescentes
tubulares FL028/FL028A, neste caso, total de 5.800 lm.
65
A constante zonal é igual a K =2 π (cosθ¹ - cosθ ²). Os valores podem
ser tabelados para diversos intervalos. Na tabela 11, temos a tabulação das
constantes zonais para intervalos de 10° (MOREIRA, 2006), utilizada em
nossa planilha, conforme tabela 12.
Tabela 11 – Constantes zonais para intervalos de 10°.
θ²
10
20
30
40
50
60
70
80
90
θ¹
0
10
20
30
40
50
60
70
80
θ²
180
170
160
150
140
130
120
110
100
Para intervalos de 10°
θ¹
K=2π (cosθ¹ - cosθ² )
170
0,0955
160
0,2835
150
0,4629
140
0,6282
130
0,7744
120
0,8976
110
0,9926
100
1,0579
90
1,0911
Fonte: MOREIRA, 2006.
Tabela 12 – Planilha padrão para tabulação das iluminâncias,
intensidades luminosas e rendimentos no plano transversal e longitudinal.
PLANILHA DE RENDIMENTO
LUMINÁRIA: CS-656
REFLETOR
INCLINAÇÃO: 0°
ALTURA DE MONTAGEM: 6 M
ÂNGULO
0°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
45°
50°
55°
60°
65°
70°
75°
80°
85°
90°
TRANSVERSAL
LÂMPADA:
TIPO:
POTÊNCIA:
FLUXO LUMINOSO:
cd/1000lm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
LXD²
LONGITUDINAL cd/1000lm
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
DATA:
EFETUADO POR:
TxD²
MÉDIA
CONSTANTE
TOTAL
0
36
0
0
36
0
0
0,0955
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,2835
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,4629
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,6282
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,7744
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,8976
0,00
0
36
0
0
36
0
0
0,9926
0,00
0
36
0
0
36
0
0
1,0579
0,00
0
36
0
0
36
0
0
1,0911
0,00
0,00
RENDIMENTO:
0,0%
Fonte: Aguinaldo dos Reis, Carolino Indústria e Comércio Ltda., 2011.
66
3.1.
Introdução
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), fundada em
1940, é o órgão nacional responsável pela normalização técnica para o
fornecimento da base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro.
É membro fundador da ISO (International Organization for Standardization),
da COPANT (Comissão Panamericana de Normas Técnicas) e da AMN
(Associação Mercosul de Normalização). É também a única e exclusiva
representante no Brasil das seguintes entidades internacionais: ISSO, IEC
(International Electrotechnical Commission) e das entidades de normalização
regionais COPANT e AMN. O órgão internacional mais significativo
relacionado à aplicação de iluminação é o CIE (Commission Internationale de
l’Éclairage), uma organização dedicada a promover a troca de informações,
entre seus países membros, sobre assuntos relevantes na área da
iluminação, servindo inclusive como base para as recomendações utilizadas
no Brasil.
3.2.
Normas Brasileiras Regulamentadoras (NBRs)
No Brasil existem normas regulamentadoras NBR que relacionam
diretamente os produtos utilizados no mercado com o projeto de iluminação:
3.2.1. ABNT NBR 5461/1991 – Iluminação (terminologia)
Esta Norma define termos técnicos empregados para fenômenos
produzidos ou associados às radiações eletromagnéticas, visão de objetos e
cenas iluminadas, fotometria e colorimetria, produção e utilização prática da
luz e ótica energética. É uma norma que visa somente esclarecer a
terminologia utilizada nas normas subsequentes.
67
3.2.2. ABNT NBR 5413:1992 - Iluminação de interiores
Esta Norma estabelece os valores de iluminâncias médias mínimas
em serviço para iluminação artificial em interiores, onde se realizem
atividades de comércio, indústria, ensino, esporte e outras atividades, e estão
subdivididos em diversas áreas (com diferentes tipos de uso), de acordo com
a tarefa a ser executada. Os níveis de iluminância estão expressos em lux.
Para aplicação da Norma ABNT NBR 5413/1992, é necessária consulta às
Normas ABNT NBR 5382/1985 e ABNT NBR 5461/1991.
A Norma estabelece que a iluminância deva ser medida no campo de
trabalho e, quando este não for definido, entende-se como tal o nível
referente a um plano horizontal a 0,75 m do piso. A iluminância deve garantir
no restante do ambiente que não seja inferior a 1/10 da adotada para o
campo de trabalho, mesmo que haja recomendação para valor menor, e que
qualquer ponto do plano de trabalho não seja inferior a 70% da iluminância
média determinada segundo a ABNT NBR 5382/1985. As iluminâncias são
determinadas por classe de tarefas visuais, considerando três fatores
determinantes, como a idade dos usuários, velocidade e precisão da
execução das tarefas e a refletância do fundo da tarefa.
3.2.3. ABNT 5382/1985 - Verificação da Iluminância de interioresMétodo de ensaios
Esta Norma fixa o modo pelo qual se faz a verificação da iluminância
de interiores de áreas retangulares, através da iluminância média sobre um
plano horizontal, proveniente da iluminação geral.
3.2.4. ABNT NBR ISO 8995-1– Iluminação de ambientes de trabalho
(norma aprovada em fase de publicação pela ABNT).
Esta Norma substituirá as ABNT NBR 5413/1992 e ABNT NBR
5382/1985 e, diferentemente dos critérios básicos adotados por ambas, esta
versão incorporará outros parâmetros e requisitos de iluminação para locais
de trabalho internos, para que as pessoas desempenhem tarefas visuais de
68
maneira eficiente, com conforto e segurança durante todo o período de
trabalho.
Todos os valores de iluminâncias especificados nesta Norma serão
de iluminâncias mantidas (lux), valor que a luminância média da superfície
especificada não poderá ser reduzida, independentemente da idade das
pessoas e das condições da instalação. O projetista deverá considerar para o
projeto fatores de depreciação adequados para cada tipo de instalação
proposta. A iluminância mantida passará a ser considerada na área de tarefa
e do entorno imediato (zona de, no mínimo, 0,5 m de largura ao redor da
área de tarefa dentro do campo de visão), devendo prover uma distribuição
bem balanceada da luminância nesta condição.
Outro critério a ser introduzido é o do ofuscamento desconfortável,
que será determinado pelo método tabular do Índice de Ofuscamento
Unificado da CIE (UGR), baseado na posição padrão do observador e com
razão de 1:1 da relação entre espaçamento e altura dos sistemas de
iluminação. Se a instalação da iluminação for composta por tipos diversos de
luminárias com diferentes fotometrias e/ou lâmpadas, a determinação do
valor UGR deverá ser aplicada para cada combinação lâmpada/ luminária da
instalação. Desta maneira, o maior valor do UGR encontrado deverá ser
considerado como um valor típico para a instalação inteira e estar em
conformidade com o UGR limite.
Deverá ser introduzido um índice geral de reprodução de cor Ra, a
fim de propiciar uma indicação objetiva das propriedades de reprodução de
cor referente a uma fonte luminosa. Já para fornecer uma indicação objetiva
das propriedades de reprodução de cor de uma fonte de luz, será inserido o
índice geral de reprodução de cor Ra. O valor máximo de Ra é 100. Este
valor diminui com a redução da qualidade de reprodução de cor. Em
interiores onde as pessoas trabalham ou permanecem por longos períodos, a
Norma não recomendará a utilização de lâmpadas com Ra inferior a 80.
69
3.2.5. ABNT NBR IEC 60598-1/2010 – Luminárias – Parte 1: Requisitos
gerais e ensaios
Esta Parte 1 da ABNT NBR IEC 60598 especifica os requisitos gerais
para luminárias, incorporando fontes elétricas de luz com tensões de
alimentação
não
correspondentes
superiores
desta
a
Norma
1.000
V.
abrangem
Os
requisitos
classificação,
e
ensaios
marcação,
construção mecânica e construção elétrica, juntamente com os ensaios
correspondentes.
Chama-se atenção para o fato de que a Parte 1 da Norma abrange
todos os aspectos relativos à segurança (elétrica térmica e mecânica). As
luminárias devem ser projetadas e construídas de modo que, em utilização
normal, sua operação seja segura e não cause perigo às pessoas e ao
ambiente próximo.
Em geral, a conformidade é verificada com a realização de ensaios
especificados. O Anexo L da Norma é um guia de boa prática para o projeto
de luminárias e tem como objetivo apresentar recomendações aos
fabricantes sobre os aspectos do projeto das luminárias que, devido sua
natureza, não são atualmente controladas por ensaios normalizados e
regimes de verificação. O anexo fornece informação cobrindo aspectos como
seleção de materiais, degradação do material plástico durante a vida, efeitos
de elementos corrosivos e proteção apropriada, considerações térmicas no
projeto óptico, recomendações relacionados com o fenômeno do fim de vida
de lâmpadas e resistência contra vibração.
.
3.2.6. ABNT NBR IEC 60598-2-1/2012 – Luminárias – Parte 2: Requisitos
particulares- Capítulo 1: Luminárias fixas para uso geral em iluminação
geral
Esta seção da Parte 2 da ABNT NBR IEC 6059 8 especifica os
requisitos para as luminárias fixas no uso geral para utilização com lâmpadas
de filamento de tungstênio, lâmpadas tubulares fluorescentes e com outras
lâmpadas de descarga nas tensões de alimentação que não excedam 1.000
70
V. Onde existir uma referência, esta parte é para ser lida em conjunto com as
outras seções da Parte 1.
3.3.
Certificações de Edifícios Sustentáveis
Existem diversos sistemas de Certificação de Edifícios Sustentáveis.
No Brasil estão em uso o LEED, do USGBC (United States Green Building
Council), de origem norte-americana, e o AQUA (Alta Qualidade Ambiental),
baseado no HQE (Haute Qualité Environnemetale), de origem francesa.
Estes sistemas não certificam materiais e produtos, apenas edifícios.
3.3.1. Certificação LEED
O LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) é um
sistema de certificação e orientação ambiental de edificações, criado pelo
USGBC. Trata-se do selo de maior reconhecimento internacional e o mais
utilizado em todo o mundo, inclusive no Brasil.
Em março de 2007, foi criado o GBCB - Green Building Council
Brasil,
organização
não
governamental
criada
para
auxiliar
no
desenvolvimento da indústria da construção sustentável no País, utilizando
as forças de mercado para conduzir a adoção de práticas de Green Building
em um processo integrado de concepção, construção e operação de
edificações e espaços construídos.
O GBC Brasil é um dos 21 membros do World Green Building
Council, entidade supranacional que regula e incentiva a criação de
Conselhos Nacionais como forma de promover mundialmente tecnologias,
iniciativas e operações sustentáveis na construção civil. No Brasil,
atualmente, é o quarto no ranking mundial de construções verdes com 51
prédios certificados e 525 em processo de certificação, atrás apenas dos
EUA, Emirados Árabes Unidos e China. Até o momento, a certificação LEED
no país segue as mesmas diretrizes do LEED americano, mas está em
andamento um projeto especifico desse sistema de certificação para o Brasil.
O LEED oferece quatro níveis de certificação, que dependem da
pontuação obtida na fase de concepção: Certificado - Certificação Básica (26
71
a 32 pontos), Prata (33 a 38 pontos), Ouro (39 a 51 pontos) e Platina (52 a
69 pontos).
As principais categorias avaliadas são:
Espaço sustentável (Sustainable Sites – SS) – Critério que sugere a
redução da poluição luminosa noturna;
Energia e atmosfera (Energy & Atmosphere – EA) – Critério que leva
em consideração o desempenho energético eficiente e o consumo mínimo de
energia, conforme norma ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1-2007; e
Qualidade ambiental interna (Indoor Environmental Quality – EQ) –
Considerações em relação ao controle da iluminação artificial;
As tipologias dos empreendimentos LEED são: novas construções e
grandes projetos de renovação, desenvolvimento de bairro (localidades),
projetos da envoltória e parte central do edifício, lojas de varejo, unidades de
saúde, operação de manutenção de edifícios existentes, edifícios escolares,
projetos de interiores e edifícios comerciais.
3.3.2. Certificação AQUA
A certificação AQUA teve início em 2007 e é concedida pela
Fundação Vanzolini. O seu referencial técnico foi baseado no HQE, da
França.
O AQUA é o primeiro selo que levou em conta as especificidades do
Brasil para elaborar seus 14 critérios. Estes avaliam a gestão ambiental das
obras e as especificidades técnicas e arquitetônicas, considerando a relação
do edifício com o seu entorno; escolha integrada de produtos; sistemas e
processos construtivos e canteiro de obras com baixo impacto ambiental; a
gestão de energia, da água, dos resíduos de uso e operação do edifício;
manutenção, permanência do desempenho ambiental; conforto térmico,
acústico, visual; e qualidade sanitária dos ambientes, do ar e da água.
O
processo
visa
garantir
a
qualidade
ambiental
de
um
empreendimento novo de construção ou reabilitação, fazendo uso de
auditorias independentes. Segundo a Fundação Vanzolini, ele pode ser
definido “como sendo um processo de gestão de projeto visando obter a
qualidade ambiental de um empreendimento novo ou envolvendo uma
72
reabilitação”. Os benefícios da certificação pelo Processo AQUA incluem
melhorias
que
atingem
o
empreendedor,
comprador
e
a
questão
socioambiental.
O referencial técnico de certificação do processo AQUA estrutura-se
em dois elementos:
•
SGE (Sistema de Gestão do Empreendimento) - avalia o sistema
de gestão ambiental implantado.
•
QAE (Qualidade Ambiental do Edificio) - avalia o desempenho
arquitetônico e técnico do edifício.
Esta estrutura utilizada permite que haja a organização necessária
para se atingir a qualidade ambiental desejada. O SGE define a qualidade
ambiental, organiza e controla os processos operacionais em todas as fases
do programa, passando pela concepção (projeto), realização (obra) e
operação ou uso (Fundação Vanzolini, 2011).
A certificação é concebida segundo classificação em três níveis:
“Bom”
(práticas
correntes,
legislação),
“Superior”
(boas
práticas)
e
“Excelente” (melhores práticas). Para obtenção da certificação é exigido um
número mínimo de classificação “Excelente” e um número máximo da
classificação “Bom”. Uma peculiaridade do sistema é que o padrão mínimo
de exigência remete ao que está normatizado e regulamentado.
As principais tipologias dos empreendimentos AQUA são escritórios,
edifícios escolares, hotéis e edifícios habitacionais.
3.4.
Regulamentações
3.4.1. Procel Edifica: Plano de ação para eficiência energética em
edificações
O Procel Edifica é o plano de ação para eficiência energética em
edificações, e visa construir as bases necessárias para racionalizar o
consumo de energia nas edificações no Brasil. Em 2005, o Inmetro - Instituto
Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia foi incluído no processo,
através da criação da CT Edificações, a Comissão Técnica, na qual é
73
discutido e definido o processo de obtenção da Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia (ENCE).
A etiquetagem e a inspeção foram definidas como mecanismos de
avaliação da conformidade para classificação do nível de eficiência
energética de edifícios. Isto ocorre após um processo que teve inicio em
2001, com a promulgação da Lei n° 10.295, que dispõe sobre a Política
Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia (BRASIL, 2001a). Em
seguida, o Decreto n° 4059, de 19 de dezembro de 2001 (BRASIL, 2001b),
regulamentou a lei estabelecendo “níveis máximos de consumo de energia,
ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores
de energia fabricados ou comercializados no País, bem como as edificações
construídas”. Apontou também a necessidade de “indicadores técnicos e
regulamentação específica” para níveis de eficiência energética no Brasil.
Em uma de suas vertentes de ação – Subsídios à Regulamentação –
são determinados os parâmetros referenciais para verificação do nível de
eficiência energética de edificações.
Nesta vertente, foi desenvolvido o Regulamento Técnico da Qualidade
do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e
Públicos
(RTQ-C)
e
seus
documentos
complementares,
como
o
Regulamento de Avaliação da Conformidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RAC-C), ambos
publicados pelo Inmetro, e o Manual para Aplicação do RTQ-C.
3.4.1.1. Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C)
Conforme relatório técnico do método de avaliação do Sistema de
Iluminação do RTQ-C, elaborado pelo Laboratório de Eficiência Energética
em Edificações, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com o
apoio de outras instituições como a Universidade Federal de Minas Gerais
(UFMG) e a Universidade Nacional de Brasilia (UNB), o Regulamento
Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios
Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C) teve sua primeira versão
regulamentada pela Portaria Inmetro n.º 53, de 27 de fevereiro de 2009,
74
posteriormente sucedida pela Portaria Inmetro n.º 163, de 08 de junho de
2009. Nela são especificados os requisitos técnicos e os métodos para
classificação de edifícios comerciais, de serviços e públicos quanto à
eficiência energética, criando condições para a etiquetagem do nível de
eficiência energética desta tipologia de edifícios. Três requisitos principais
são avaliados: a envoltória do edifício, o sistema de iluminação e o sistema
de condicionamento do ar.
Após o primeiro ano de aplicação do RTQ-C, a realização de dois
cursos
sobre
a
avaliação
pelo
método
prescritivo
proposto
pelo
Regulamento, a análise de dúvidas enviadas pelos usuários, a resposta do
mercado e a realização de um seminário pelo Conselho Brasileiro de
Construção Sustentável (CBCS) envolvendo fornecedores e projetistas do
sistema de iluminação, verificou-se a necessidade de revisão em alguns
pontos do RTQ-C. O método proposto para avaliação do sistema de
iluminação apresentou algumas limitações, tendo em vista a prática projetual
do mercado e a grande quantidade de informações requeridas, nem sempre
possíveis de serem obtidas.
Diante desta questão, foi proposta a alteração do método de
avaliação desse sistema, baseando-o no método de avaliação utilizado pela
American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers ASHRAE 90.1, norma já consolidada no Brasil para o mercado de prédios
verdes. Este novo método determina a densidade de potência máxima
instalada por atividade ou uso da edificação (W/m2), o que permite a
determinação de limites para carga instalada de acordo com a atividade.
Além disso, favorece a redução da possibilidade de superdimensionamento
do sistema e conduz a uma avaliação mais rápida por parte do laboratório de
inspeção.
A etiquetagem do edifício é voluntária e aplicável a edifícios com
área útil superior a 500 m² ou atendidos por alta tensão (grupo tarifário A).
Pode ser fornecida uma etiqueta para o edifício completo ou para parte
deste. Ela é dita parcial quando referente à envoltória ou combinando a
envoltória
com
um
condicionamento de ar.
dos
outros
dois
sistemas
–
iluminação
ou
75
O RTQ-C apresenta os critérios para classificação completa do nível
de eficiência energética do edifício, através de classificações parciais da
envoltória, do sistema de iluminação e do sistema de condicionamento de ar.
Uma equação pondera estes sistemas por meio de pesos estabelecidos no
Regulamento e permite somar à pontuação final bonificações que podem ser
adquiridas com inovações tecnológicas, uso de energias renováveis,
cogeração ou com a racionalização no consumo de água.
As exigências contidas no RTQ-C devem ser avaliadas por um
laboratório de inspeção designado ou acreditado pelo Inmetro, de forma que
este verifique as características projetadas e construídas do edifício e indicar
qual o nível de eficiência alcançado por este. Este é o conteúdo do RAC-C,
onde duas etapas de avaliação, de projeto e do edifício construído, compõem
o processo.
3.4.1.2. Regulamento de Avaliação da Conformidade do Nível de
Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
(RAC-C)
O RAC-C apresenta o processo de avaliação das características do
edifício para etiquetagem junto ao laboratório de inspeção acreditado pelo
Inmetro. É o documento que permite ao edifício obter a Etiqueta Nacional de
Conservação de Energia (ENCE), pelo Inmetro. É formado por duas etapas
de avaliação: a de projeto e a de inspeção do edifício construído, onde se
obtém a autorização para uso da etiqueta do Inmetro.
76
Figura 30 – Modelo da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia –
ENCE, neste caso apresentando níveis de eficiência A.
Fonte: PROCEL, 2012.
3.5.
Normas Internacionais
A principal organização para o estudo da iluminação é a Comissão
Internacional de Iluminação (CIE - Commission Internationale de l´Éclairage),
sediada em Viena, Áustria. Foi criada em 1913, com o intuito de cooperação
e intercâmbio de informações entre seus países membros em questões
relacionadas à ciência da luz e do estudo dos grandes problemas técnicos e
científicos da iluminação. Atualmente, é representada por 38 países que
indicam especialistas para colaborar na elaboração de normas, relatórios
técnicos e recomendações científicas. As recomendações de aplicação da
iluminação em diversos países têm origem na CIE.
A Divisão CIE do Brasil é representada pelo Inmetro, por sua Diretoria
de Metrologia Científica e Industrial (DIMCI) e Divisão de Metrologia Óptica
(DIOPT). A CIE também tem acordos de cooperação técnica com outras três
entidades internacional:
Comissão
Internacional
de
Eletrotécnica
(IEC
-
International
Electrotechnical Commission), fundada em 1906, é responsável pela
padronização de equipamentos elétricos e desenvolve alguns padrões em
comissões conjuntas com a ISO. É ela quem edita as normas para os
77
produtos e é seguida por países europeus, Brasil e a maioria de outros
continentes.
Organização Internacional para Padronização (ISO - International
Organization for Standardization) – organização não governamental fundada
em 1947, composta atualmente por 158 membros, cada um representando
um país diferente, que produz padrões mundiais comerciais e industriais, que
costumam ser adotados como leis em diversos países, uma vez que a
organização age como um consórcio com fortes laços com os governos.
Comitê Europeu de Regulamentação (CEN - European Committee
for Standardization), fundado em 1961, do qual fazem parte 30 países da
Comunidade Européia. Ele tem o intuito de desenvolver padrões europeus
voluntários (ENs). A CEN trabalha com as normas e padrões do CENELEC
(European Committee for Electrotechnical Standardization), fundado em
1973, na área de engenharia elétrica.
Embora muito próximo da Comunidade Europeia, uma vez que seus
30 membros dela participam, o CENELEC não é uma organização da
Comunidade.
Além desta associação (CIE) de caráter internacional, cada país
possui
a
sua
própria
sociedade
voltada
a
recomendações
e
regulamentações. Por exemplo, na Inglaterra é a BIES (British Illuminating
Engineering Society) e nos Estados Unidos temos a IESNA (Illuminating
Engineering Society of North America) e a ANSI (American National
Standards Institute), está última uma organização privada, sem fins
lucrativos, que administra e coordena o sistema norte-americano de
standards e conformidades voluntários.
No caso de normas para aplicação da iluminação, os americanos
seguem as recomendações da IESNA, que referencia os níveis de
iluminâncias, redução de ofuscamento, uniformidade etc. Entretanto, eles
seguem rígidas normas de controle de energia. O código de energia comum
para todo o território americano é o ASHRAE 90.1, da American Society of
Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Porém, se um Estado
específico possui normas de energia mais restritivas, esse código se
sobrepõe ao ASHRAE 90.1.
78
4.1.
Introdução
Conforme dados da Associação Brasileira da Indústria de Iluminação
(ABILUX, 2005), o setor de iluminação está concentrado nas regiões Sudeste
e Sul do Brasil, sendo 75% das empresas sediadas no Estado de São Paulo,
5% no Rio Grande do Sul, 4% no Paraná, 4% em Santa Catarina, 4% no Rio
de Janeiro, 4% em Minas Gerais e 4% em outros estados.
O setor atua de forma dividida dentro das seguintes áreas de
atuação: lâmpadas e starters; reatores, ignitores e transformadores;
iluminação comercial; iluminação industrial; iluminação pública; iluminação
cênica; iluminação publicitária; projetista de Iluminação; e componentes para
indústria de iluminação.
É no segmento de iluminação residencial e decorativa onde se
concentra a maior atuação das empresas do setor, correspondendo a 23%,
seguido pelos segmentos de iluminação comercial (18%) e industrial (13%),
conforme exemplifica a Figura 31. A Figura 32 aponta, em percentual, a
quantidade de empresas que atuam em cada segmento.
Figura 31 – Área de atuação das empresas do setor de iluminação.
Fonte: ABILUX, 2005.
79
Figura 32 – Percentual por área de atuação do setor de iluminação
Fonte: ABILUX, 2005.
A linha de produtos fabricados pelo setor, embora muito diversificada,
também é bem homogênea. Entretanto, percebe-se um maior destaque para
os produtos desenvolvidos pelo segmento de iluminação residencial e
decorativa, como arandelas (9%), pendentes (9%), plafons (8%), luminárias
para mesa (7%), abajures (7%), luminárias fluorescentes ( 6%) e reatores
(3%), conforme Figura 31.
Figura 33 – Principais produtos fabricados pelo setor de iluminação
Fonte: ABILUX, 2005.
80
As grandes empresas de lâmpadas são responsáveis por 50% do
faturamento, sendo as duas maiores a Philips e a Osram, seguidas pela
Sylvania e pela GE - General Electric;
No restante do mercado, 20% são empresas médias e 30%
microempresas.
Ressalte-se
que
essas
empresas
estão
focadas
prioritariamente na distribuição de lâmpadas e equipamentos auxiliares e
dedicam menor atenção às luminárias.
A Osram do Brasil, sediada na cidade de Osasco (SP), é a única a
manter atividades fabris no país, produzindo lâmpadas incandescentes,
fluorescentes tubulares T10 e T8 e lâmpadas de descarga em alta pressão,
de vapor de sódio, vapor de mercúrio e vapor metálico, além da linha
automotiva.
As matérias-primas ou componentes representam em torno de 48%
do custo total dos produtos, sendo que, das principais itens utilizados na
fabricação de produtos do setor, 20% é importado e 80% de produção
nacional, conforme dados a seguir:
Tabela 13 - Matérias-primas na fabricação de luminárias
Importada Nacional
Componentes (porta-lâmpada, soquetes etc.)
32%
68%
Fios e cabos
9%
91%
Alumínio
16%
84%
Aço
0%
100%
Fonte: ABILUX, 2005.
4.2.
Luminárias de uso comercial e de serviços
A luminária é um aparelho que distribui, filtra ou transforma a luz
emitida por uma ou mais lâmpadas e que compreende, com exceção das
próprias lâmpadas, todas as partes imprescindíveis para sustentar, fixar e
protegê-las, e, quando necessário, os equipamentos auxiliares, bem como os
meios para ligá-los à rede de alimentação.
81
Somente com a emissão de luz pela lâmpada não há como garantir a
perfeita distribuição. Através da seleção de material e o projeto de um bom
sistema ótico, a luminária pode maximizar o uso da luz emitida pela lâmpada.
As lâmpadas e os equipamentos auxiliares evoluíram muito ao longo
das últimas décadas, através de muita pesquisa e do desenvolvimento dos
grandes fabricantes, que passaram a ter como grande objetivo fornecer
sistemas de iluminação de elevada qualidade, padronizados, normatizados e
com um total engajamento na preservação do meio ambiente. Com lâmpadas
e equipamentos mais eficientes e de maior durabilidade, é possível reduzir o
consumo de energia, de resíduos, dos custos de aquisição, de manutenção e
de emissão de CO²
13
.
Principalmente nas instalações com atividades laborativas, a
iluminação mais eficiente é aquela que combina lâmpadas de elevada
eficiência energética com reatores eletrônicos e módulos de gerenciamento.
A operação eletrônica garante não apenas longa durabilidade, mas também
uma operação econômica, livre de interferência e com alta qualidade.
As luminárias mais comuns são fabricadas para os seguintes tipos de
lâmpadas:
incandescentes,
fluorescentes
tubulares,
fluorescentes
compactas, de indução, de alta pressão, sódio de baixa pressão e as que
utilizam diodos emissores de luz, como os LEDs (Light Emmiting Diode).
Cada tipologia tem as suas próprias particularidades, tratadas nas Normas
ABNT NBR IEC 60598-1/2010 - Luminárias – Parte 1 : Requisitos gerais e
ensaios e na NBR IEC 60598-2-1/2012 – Luminárias – Parte 2: Requisitos
particulares – Capítulo 1: Luminárias fixas para uso geral em iluminação, que
parametriza a utilização com lâmpadas de filamento de tungstênio, lâmpadas
tubulares fluorescentes e com outras lâmpadas de descarga nas tensões de
alimentação que não excedam 1.000 V.
As luminárias que utilizam uma ou duas lâmpadas fluorescentes
tubulares são as do tipo mais frequentemente usado na iluminação comercial
e de serviços, como, por exemplo, em escritórios, agências bancárias, lojas,
hospitais e clínicas, restaurantes e hotéis, depósitos etc. Podem ser
utilizadas nas aplicações industriais, quando a altura de montagem é menor
que 5 a 6 metros.
13
CO² - Dióxido de carbono
82
Tamanho, material, propriedades térmicas, desempenho fotométrico
e tensão da luminária dependem do tipo de lâmpada a ser utilizada, mas o
que difere uma luminária de outra é o tipo de controle de luz e, portanto, o
tipo de distribuição de intensidade luminosa 14.
Os quatro tipos mais comuns de componentes para controle de luz
são: refletores, conforme figura 34, refratores, difusores e grelhas (louver) ou
protetores.
O refletor da luminária é o dispositivo feito geralmente de metal
revestido ou plástico que tenha alta refletância. A forma é dada de maneira
que redirecione a luz emitida pela lâmpada por reflexão e o acabamento dos
refletores é classificado em especular, semi-especular, fosco (matt),
texturizado, martelado e frisado, conforme ilustrado na figura 35
Figura 34 – Refletores especulares para lâmpadas fluorescentes tubulares
Fonte: ALMECO, 2009.
Os refletores feitos de plástico normalmente recebem um tratamento
de metalização a vácuo. O processo é simples e de baixo custo, no qual
camadas de metal ou de não metal relativamente frias são depositadas em
alto vácuo, sobre superfícies preparadas, que podem ser de plástico, metais,
vidros ou de outros materiais. Na maioria dos produtos, a metalização a
vácuo tem finalidade apenas decorativa.
Às vezes, o refletor não precisa ter um direcionamento preciso,
bastando ter uma boa refletância. Um exemplo disto são os refletores de
14
Intensidade luminosa- De uma fonte, numa dada direção, é a razão do fluxo luminoso de
Φy que sai da fonte e se propaga no elemento de ângulo sólido, cujo eixo coincide com a
direção considerada para esse elemento de ângulo: Unidade: candela – cd.
83
metal pintados de branco, utilizados em luminárias para lâmpadas
incandescentes e fluorescentes compactas. Com o tempo, essa superfície
vai amarelando e perdendo a sua capacidade de reflexão, principalmente
devido à emissão de calor emitido pela fonte de luz.
Refletores especulares têm maior capacidade de aproveitamento,
reflexão e direcionamento da luz emitido pelas lâmpadas, mas podem causar
ofuscamento se não houver um bom projeto do sistema ótico.
Figura 35– Acabamentos de superfícies de alumínio: acabamento especular
(espelhado), semi-especular, fosco (matt) e acetinado (texturizado).
Especular
Semi-especular
Fosco (matt)
Texturizado
Fonte: ALMECO, 2012.
As características de reflexão dos alumínios altera o comportamento
da saída de luz, mesmo sendo alguns modelos similares na aparência, e
podem obter resultados distintos.
O bom alumínio anodizado, com acabamento especular, tem elevada
reflexão no plano transversal e longitudinal, com uma reflexão total na ordem
de 85%; porém, sua reflexão difusa não é elevada.
O alumínio anodizado semiespecular, também conhecido como fosco
ou matt, tem elevada reflexão em torno de 84%, mas sua capacidade de
reflexão difusa é bem elevada; por esse motivo, não é indicado para
"direcionamento" da luz, mas é excelente no critério de conforto visual.
Quando o alumínio é anodizado posteriormente ao manuseio da
luminária – seja matt ou alto brilho – há uma perda de apenas 20% da
intensidade luminosa, restando, portanto, 80% no que é refletido.
84
Teoricamente, quanto maior a refletância, maior será o rendimento
de uma luminária. Para exemplificar, temos as figuras 36, 37 e 38, que
demonstram as condições que a reflexão, ja que é o fenômeno no qual parte
da luz que atinge uma superfície, e muda de direção, voltando para o seu
meio de origem.
A reflexão da luz depende qualitativa e quantitativamente das
condições das superfícies refletoras e do ângulo de incidência dos raios
luminosos.
Figura 36- Reflexão Especular
Figura 37 -Reflexão difusa
Figura 38 – Reflexão Total
Fonte: ALMECO, 2010.
Alguns desses materiais não têm a capacidade de refratar a luz ou de
reduzir a separação de cores por reflexão, e essa manifestação é conhecida
por iridescência. Trata-se de um fenômeno ótico, caracterizado pela
propriedade de determinadas superfícies em que o tom da luz varia de
acordo com o ângulo da superfície observada.
85
Quando a camada de anodização é muito espessa, acontece esse
efeito, no qual surge uma tonalidade verde e rosa no alumínio, que pode ser
vista de determinados ângulos. Trata-se de uma reflexão do espectro de luz
de forma desigual, tornando visíveis as cores que compõem a luz branca
original. O alumínio MATT 15 apresenta menor iridescência que o alto brilho.
Quanto menor o grau de iridescência, maior a qualidade do alumínio, mas
este efeito interfere apenas esteticamente e sob o ponto de vista do conforto
visual. Não há perda na reflexão da luz nem comprometimento com relação à
durabilidade do produto ou à eficiência da luminária.
Tabela 14 - Classificação adotada de iridescência dos alumínios de 1 a 4.
1=
Normal
2=
Baixa
3=
muito baixa
4=
sem iridescência
Fonte: ALMECO, 2007.
Em alguns casos, os refletores têm propriedades que variam de
acordo com o comprimento de onda. Para isso, camadas de materiais
alternativos, com diferentes índices de refração, são aplicadas ao vidro. Os
efeitos dessa interferência produzem uma reflexão que acarreta mudanças
de acordo com o comprimento de onda.
O refrator permite a mudança da direção da luz no momento em que
ela passa pelos limites de materiais com diferentes densidades ópticas,
como, por exemplo, do ar para o vidro ou do ar para acrílico.
O material utilizado é normalmente o vidro ou acrílico, moldados de
forma que a luz é redirecionada ao passar pelo material. Essa refração é
dada por meio de prismas, que são extrudados (levantados) da superfície do
material ou estão nela gravados.
Pequenos prismas agindo em conjunto podem destruir as imagens
parcialmente, escurecer lâmpadas e reduzir a luminância. Em alguns casos,
15
Alumínio Matt- Considerado o alumínio fosco, com reflexão especular longitudinais (60°) 45; transversal (60°) - 30 ; Reflexão total TR2 84 ; Reflexão difusa 78 e sem iridescência.
86
a folha que contém os prismas utilizados na fabricação dos refratores é
confeccionada de forma que proporcione um controle adicional da luz.
Outra aplicação dos refratores se aproveita da reflexão interna total.
Nesse caso, o material refratário é moldado de forma que a luz passe por
sua primeira superfície, e a maior parte seja refletida da segunda superfície
de volta para o material, e dali para fora da primeira superfície.
O difusor é o elemento que controla a luz, redirecionando a luz
incidente em várias direções. O difusor pode ser de vários materiais, como
peças em plástico branco, vidros serigrafados ou jateados.
Máscaras, protetores, grelhas e defletores são feitos de materiais
opacos ou translúcidos, para reduzir ou eliminar a visão direta da lâmpada na
luminária. Eles servem muitas vezes para controlar a chamada reflexão
veladora ou ofuscamento refletido. Se o arranjo é em uma grade retangular,
produzindo pequenas divisões, são chamadas grelhas. Se o arranjo é linear,
são chamados defletores (IES, 2000).
Os componentes mecânicos fazem parte do envoltório, a estrutura
geral da luminária e o mecanismo de montagem para fixar a luminária.
Figura 39 – Exemplos a e b de componentes mecânicos das luminárias para
lâmpadas fluorescentes tubulares lineares.
Fonte: IES Handbook, 2000.
Se a luminária utilizar um refrator ou uma lente transparente, a
estrutura ou as tampas de fechamento articuladas têm normalmente um
87
dispositivo para prender essas lentes. O acesso para a limpeza e troca da
lâmpada é feito através dessas “tampas”.
Muitas luminárias embutidas são ventiladas para que haja dissipação
do calor, que normalmente acarreta diminuição do desempenho da lâmpada.
Em alguns edifícios, as luminárias são utilizadas como parte integrante dos
sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado. As luminárias do tipo
“de embutir”, para luz direta, são utilizadas normalmente para luz geral ou
ambiente, e são projetadas para produzir iluminação em um piso ou plano de
trabalho.
Figura 40 – Exemplos modelos d, e e f de luminárias tipo downlight (luz
direta).
Fonte: IES Handbook, 2000.
Figura 41 – Sala de conferência com aplicação de luminária tipo downlight,
com lâmpadas fluorescentes tubulares T5 14W/840.
Fonte: OSRAM.
As luminárias de sobrepor, normalmente são utilizadas para uma luz
geral ou ambiente, permitindo o uso direto na laje.
88
As luminárias tipo wall washer, produzem a distribuição da luz para a
parede, não necessariamente de forma uniforme. Elas podem ser simétricas
ou assimétricas, de embutir ou de sobrepor.
O trilho é um acessório de montagem que fornece alimentação
elétrica. Normalmente afixado no forro ou próximo dele, também pode ser
embutido e instalado na vertical ou na horizontal. Pode ser alimentado por
um fio conectado na ponta do trilho ou em qualquer outro ponto no seu
comprimento, e, ainda, ser mais flexível se for utilizado um conjunto de cabo
e plugue, para fornecer a energia.
Figura 42 – Exemplos de modelos a, b, c e d de luminárias de sobrepor
fluorescentes lineares.
Fonte: IES Handbook, 2000.
Figura 43– Escritório corporativo, aplicação de luminária de sobrepor
Fonte: SITECO, OSRAM,2012.
89
4.2.1 Classificação das luminárias
Conforme a norma NBR IEC 60598-1- Luminárias – Parte 1:
Requisitos gerais e ensaios, as luminárias são classificadas de acordo com o
tipo de proteção contra choque elétrico, o grau de proteção, contra a
penetração de pó, objetos sólidos e umidade, e o material de sua superfície
de apoio, sendo:

Proteção contra choque elétrico: as luminárias devem ser classificadas de
acordo com o tipo de proteção contra choque elétrico, como classe 0,
classe I, classe II ou classe III.
−
Luminária classe 0 (aplicável somente a luminárias comuns) – luminária
em que a proteção contra choque elétrico é realizada por meio da
isolação básica. Isto implica no fato de que não há meios para conexão
de partes condutoras acessíveis, se existirem, ao condutor de proteção
da fiação fixa da instalação. A confiança passa a ser depositada no
ambiente, no caso de falha da isolação básica. É considerada uma
luminária comum quando apresenta proteção contra contato acidental
com partes vivas, porém sem nenhuma outra proteção especial contra
pó, objetos sólidos ou umidade.
−
Luminária classe I – luminária em que a proteção contra choque elétrico
não é realizada somente pela isolação básica, mas na qual é incluída
uma medida adicional de segurança, de modo que são previstos meios
para a conexão de partes condutoras acessíveis ao condutor de
proteção (aterramento) da fiação fixa da instalação, de maneira que
estas partes condutoras acessíveis não possam se tornar vivas, no caso
de falha da isolação básica.
−
Luminária classe II – luminária na qual a proteção contra choque elétrico
não é feita somente pela isolação básica, mas na qual devem ser
providenciadas medidas adicionais de segurança, como isolação dupla
90
ou isolação reforçada, não havendo provisão de nenhum meio de
proteção se apoiando no aterramento ou nas condições da instalação.
−
Luminária classe III – luminária na qual a proteção contra choque
elétrico é baseada na alimentação por extra-baixa tensão de segurança
(EBTS/SELV),
onde
não
são
geradas
tensões
superiores
à
EBTS/SELV 16.

Grau de Proteção – o sistema de identificação IP (Ingress Protection) é
utilizado para classificar as luminárias de acordo com o grau de proteção
contra agentes exteriores, de todo o sistema elétrico. Portanto, as
luminárias devem ser construídas para suportar determinadas condições
de trabalho em termos de penetração de corpos estranhos 17, vedação a
insetos, poeira, água e resistência a determinados impactos e danos
mecânicos.
Essas características, que dependem da utilização de luminárias, são
definidas pelo seu grau de proteção IP:
a) Proteção de pessoas contra contato ou proximidade de partes
vivas e contra contato com partes móveis (exceto eixos lisos
rotativos ou similares), no interior do compartimento; e proteção
do equipamento contra o ingresso de corpos sólidos externos.
b) Proteção de equipamento no interior do compartimento contra
ingresso prejudicial de água.
A designação para indicar os graus de proteção consiste nas letras
características
IP,
seguidas
pelos
dois
numerais
(os
“numerais
característicos”), indicando conformidade com as condições estabelecidas
nas Tabelas 15 e 16, respectivamente. Conforme descrito acima, o primeiro
numeral indica o grau de proteção descrito no item a), e o segundo o grau
de proteção descrito no item b).
16
17
EBTS/SELV - Extra Baixa Tensão / Extra Baixa Tensão de Segurança.
Corpos estranhos -- o termo corpos estranhos inclui elementos como parte de corpos
humanos, objetos ou ferramentas, que possam entrar em contato com as partes vivas da
luminária. A IEC 60259 apresenta detalhes sobre o tipo de proteção coberto pela
classificação.
91
Tabela 15 - Grau de proteção indicado pelo primeiro numeral característico,
contra ingresso de corpos sólidos externos.
Primeiro
numeral
Grau de Proteção
Descrição suscinta
Detalhes breves dos objetos que
serão “excluídos” do invólucro
0
Não protegido
Nenhuma proteção especial
1
Protegido contra objetos Uma grande superfície do corpo, como
sólidos maiores que 50 uma mão (mas sem proteção contra o
mm
acesso deliberado). Objetos sólidos com
diâmetro superior a 50 mm
2
Protegido contra objetos Dedos ou
objetos
similares
não
sólidos maiores que 12 excedendo 80 mm de comprimento.
mm
Objetos sólidos com diâmetro superior a
12 mm
3
Protegido contra objetos Ferramentas, fios etc., de diâmetro ou
sólidos maiores que 2,5 espessura maior que 2,5 mm. Objetos
mm
sólidos com diâmetro superior a 2,5
mm
4
Protegido contra objetos Fios ou fitas de espessura maior que 1,0
sólidos maiores que 1,0 mm.
Objetos sólidos com diâmetro
mm
superior a 1,0 mm
5
Protegido contra pó
O ingresso de pó não é totalmente
prevenido, mas este não entra em
quantidade suficiente para interferir com
a operação satisfatória do equipamento.
6
Hermético a pó
Sem ingresso de pó
Fonte: ABNT NBR IEC 60598-1/2010 – Luminárias- Parte 1: requisitos gerais e
ensaios.
92
Tabela 16 - Grau de proteção indicado pelo segundo numeral característico,
contra ingresso de água.
Segundo
numeral
Grau de Proteção
Descrição
sucinta
Detalhes do tipo de proteção fornecido
pelo invólucro
0
Sem proteção
Sem proteção especial
1
Protegido contra
gotejamento
Gotejamento de água (queda de
verticais): não deve ter efeito nocivo.
2
Protegido contra
gotejamento de
água, quando
inclinado até 15°.
Gotejamento vertical de água não deve ter
efeito nocivo quando o i n v ó l u c r o é
inclinado até um ângulo de 15°, a partir de sua
posição normal.
3
Protegido contra
água pulverizada.
Água pulverizada caindo com um ângulo de
até 60° com a vertical não deve ter efeito nocivo.
4
Protegido contra
água borrifada.
Água borrifada contra o invólucro, de qualquer
direção, não deve ter efeito nocivo.
5
Protegido contra
jatos de água.
Água projetada por um bico, sob pressão,
contra o invólucro, de qualquer direção,
não deve ter efeito nocivo.
6
Protegido contra
ondas de grande
porte
Água de ondas de grande porte, ou água
projetada em jatos potentes, não deve penetrar
no invólucro em quantidades prejudiciais.
7
Protegido contra
os efeitos da
imersão
O ingresso de água em quantidade
prejudicial não deve ser possível, quando
o invólucro é imerso em água em
condições definidas de pressão e tempo.
8
Protegido contra
submersão
O equipamento é adequado para submersão
contínua em água, sob condições que devem
ser especificadas pelo fabricante.
Nota: normalmente, isto significa que o
equipamento é hermeticamente selado.
Entretanto, com certos tipos de equipamentos,
isto pode significar que a água é capaz de
entrar, mas somente de um modo que não
produza efeitos nocivos.
Fonte: ABNT NBR IEC 60598-1/2009 – Luminárias- Parte 1: requisitos gerais e
ensaios.
gotas
93
Proteção com relação ao material da superfície de apoio: as
luminárias e componentes elétricos da instalação são classificados conforme
sejam adequadas, em todos os casos, para montagem direta sobre
superfícies normalmente inflamáveis, ou seja, adequadas para montagem
sobre superfícies não combustíveis:
- Luminárias adequadas para montagem sobre superfícies normalmente
inflamáveis – Temperatura máxima de 180°C na superfície de montagem;
-Luminárias
adequadas
para
montagem
direta
em/sobre
superfícies
inflamáveis normais, quando um material isolante térmico pode cobrir a
luminária – Temperatura máxima de 130°C na superfície de montagem;
- Luminárias não adequadas para montagem sobre superfícies normalmente
inflamáveis.
As técnicas de limpeza especializada não estão cobertas pelos
índices de grau de proteção IP, onde se faz necessário que os
fabricantes forneçam a informação apropriada referente às técnicas de
limpeza. Isto está de acordo com as recomendações contidas na ABNT
NBR IEC 60529 para técnicas de limpeza especializada.
4.2.2. A concepção da luminária funcional
Devem ser considerados, códigos e padrões para sua construção e
instalação, para características físicas e ambientais, para considerações
elétricas
e mecânicas,
propriedades térmicas,
segurança e fatores
econômicos; quanto maior a fonte luminosa, maior será o refletor requerido
para promover um controle ótico equivalente.
Efeitos secundários do refletor podem ocorrer devido ao projeto. Por
exemplo, se a energia refletida for concentrada na lâmpada, pode prejudicar
seu funcionamento; se o feixe de luz for concentrado na parte frontal das
lentes, o vidro pode apresentar problemas devido às altas temperaturas.
Posicionamento e recolocação da lâmpada são fundamentais, pois
muitas delas são projetadas somente para uma determinada posição de
funcionamento, quer seja em pé, deitada etc.
Uma consideração básica é que a inserção e a remoção da lâmpada
devem ser de fácil acesso.
94
A eficiência da luminária se dá em função da configuração física e da
escolha correta dos materiais utilizados. O projetista deve coordenar a parte
técnica, a segurança e as considerações econômicas com a aparência final
da luminária.
Os esforços do projeto são concentrados geralmente em refletores,
refratores e na proteção dos elementos mecânicos da luminária. Pode ser
desejável sacrificar o melhor desempenho, a fim de alcançar proporções e
formas agradáveis.
O brilho/ofuscamento (glare) é desconfortável e prejudicial. O grau de
controle da luminância a ser projetada em uma peça depende do uso
pretendido e do ambiente luminoso em que ela será utilizada.
A distribuição térmica é parte da integração das luminárias na
manipulação do ar e os aspectos arquitetônicos de um edifício influenciam na
construção básica das luminárias. Alguns materiais usados nas luminárias
podem ser bons refletores da luz e bons absorventes da radiação
infravermelha.
A ventilação e a circulação de ar na luminária podem resultar na
acumulação de poeira e de sujeira, trazendo prejuízos à saída de luz.
Quando há presença de vibração, devem ser utilizados soquetes resistentes
a esse fator, como também caixas que o absorva. No caso de lâmpadas
fluorescentes, devem ser utilizados suportes com molas.
A radiação eletromagnética das lâmpadas de descarga a gás –
especialmente do tipo fluorescente – e dos componentes auxiliares podem
ser suficientes para causar interferência em rádios próximos, receptores de
televisão, equipamentos médicos, radares e a outras peças eletrônicas
sensíveis. Esta interferência é transmitida pela radiação direta, através da
luminária e pela condução pelo reator.
Para eliminar a radiação eletromagnética direta, a luminária deve ser
envolvida inteiramente em metal, à exceção da abertura de luz. A
alimentação elétrica deve ser realizada através de canalização aterrada ou
de cabo protegido. Os filtros de linha apropriados podem isolar a
interferência.
A vida útil e a manutenção dependem da habilidade da luminária em
suportar as circunstâncias ambientais da área em que está instalada. Nos
95
casos onde a ação eletrolítica pode ocorrer, o uso de ligas com elevado
índice de cobre no alumínio devem ser evitadas. Deve haver sempre uma
boa ventilação, vedação e filtração do ar para minimizar o efeito da sujeira.
O efeito de altas e baixas temperaturas nas luminárias e em seus
componentes também deve ser considerado. Em ambientes industriais,
ocorrem temperaturas que chegam a 65ºC. Áreas de refrigeração trabalham
com temperaturas de até -29ºC. A radiação emitida pela lâmpada pode
alterar a cor das pinturas, desbotamento ou causar degradação dos
plásticos.
Considerações
mecânicas,
térmicas
e
de
segurança,
são
fundamentais para o bom desempenho do sistema, sendo:

Considerações Mecânicas – Os suportes da lâmpada e os soquetes
devem ser afixados de forma que impeçam o movimento e mantenham o
bom contato da lâmpada. É interessante que os soquetes sejam bem
afixados e, em determinados casos, que também haja sustentação na
extremidade. Os reatores devem ser prendidos firmemente à carcaça,
para que tenham um bom contato térmico. Os vidros de fechamento, as
lentes e os refratores devem ser firmemente afixados para suportar os
efeitos do vento, da chuva ou de choques. Em alguns ambientes
específicos, como áreas públicas, hospitais e cadeias, deve ser
assegurado que as tampas das luminárias sejam chumbadas.

Considerações Térmicas – As propriedades de dissipação do calor na
própria luminária afetam o seu desempenho. De acordo com a variação
térmica, os vidros podem se romper e componentes plásticos podem ser
deformados. Os componentes devem ser escolhidos de maneira a evitar
rachaduras, quebras, deformações ou quaisquer outras deteriorações.

Considerações de Segurança – Para garantir uma luminária segura,
deve-se considerar: a capacidade atual de carga dos condutores, o
isolamento dos condutores, o aterramento, a temperatura dos condutores,
as conexões nas caixas de junção, a cor dos fios elétricos, a força
96
mecânica e flexibilidade, os interruptores de segurança, os fusíveis e
protetores térmicos, as talas, afastamentos e soquetes.
4.2.3. Execução do projeto do refletor
O projeto do refletor ótico é feito pelo diagrama de fluxo. O
procedimento começa com a determinação da diferença entre o fluxo
fornecido diretamente pela fonte e o fluxo requerido para dar a distribuição da
intensidade luminosa nominal. O refletor é gerado determinando-se a forma
necessária para refletir a luz da fonte e compor esta diferença.
Seguem abaixo as etapas:
1ª) O ponto da fonte é situado na origem. Ângulos descrevem as
intensidades ou o fluxo.
2ª) Determina-se o tamanho do ângulo de abertura na parte traseira
do refletor.
3ª) Determina-se a distribuição de intensidade luminosa disponível, I
S
(α) da fonte.
4ª) Determina-se a distribuição de intensidade luminosa nominal I´
(β) da luminária, incluindo o ângulo de interrupção, Θ.
5ª) Calcula-se a distribuição do fluxo (da fonte) disponível da fonte,
φs (α), usando as intensidades luminosas da fonte e o ângulo sólido.
6ª) Calcula-se a distribuição nominal do fluxo.
7ª) Calcula-se o fluxo fornecido pela fonte após o redirecionamento
feito pelo refletor.
4.3.
Fontes luminosas artificiais
Dividimos basicamente as fontes artificiais de luz em cinco tipos:
lâmpadas de filamento, incandescentes e halógenas, lâmpadas de descarga
a baixa pressão, lâmpadas de descarga a alta pressão e os LEDs, Light
Emmiting Diode, ou diodos emissores de luz.
97
4.3.1. Lâmpadas de filamento incandescente e halógena
Efetivamente, a primeira fonte de luz artificial usada na iluminação de
interiores e exteriores foi a lâmpada incandescente. Seu princípio de
funcionamento consiste em fazer com que passe uma corrente elétrica
através de um filamento de tungstênio.
A corrente elétrica, fluindo através do fino fio do filamento, aquece-o
quase que instantaneamente, até a temperatura de sua incandescência. O
filamento rapidamente queima se o ar estiver presente. Assim, ele é
envolvido por um bulbo de vidro, do qual é retirado o ar e preenchido com
uma quantidade de gás inerte à baixa pressão, usualmente o argônio ou
nitrogênio (às vezes, o criptônio). A presença do gás retarda a taxa de
evaporação do filamento, o qual é espiralado para operar em temperaturas
mais altas.
É importante salientar que seu princípio simples e sua pouca
complexidade construtiva não conferem às lâmpadas incandescentes uma
grande eficiência luminosa, permitindo níveis não superiores a 15 lm/W
(OSRAM, 2011a).
Embora ainda hoje largamente utilizadas em aplicações residenciais
e uma série de outros usos, as lâmpadas incandescentes terão sua
comercialização reduzida nos próximos anos, em virtude de uma portaria
governamental que fixa limites mínimos de eficiência e também datas para o
fim da comercialização de lâmpadas com baixa eficiência (BRASIL, 2010).
Isso atinge diretamente as lâmpadas incandescentes, pois esta tecnologia
tem índices de eficiência luminosa abaixo nos mínimos exigidos pela portaria.
As lâmpadas incandescentes foram insuperáveis por cerca de meio
século, até o advento das lâmpadas fluorescentes e de descarga mais
eficientes. Contudo, nos anos 60 as lâmpadas incandescentes tiveram uma
significativa melhoria com o aparecimento das lâmpadas halógenas.
Para a obtenção de melhorias na eficiência luminosa, foi inserida
uma evolução tecnológica: a utilização de um gás halógeno implantado
dentro do bulbo da lâmpada. Devido às propriedades químicas dos
elementos halógenos, após o desprendimento das partículas de tungstênio
do filamento, essas partículas reagem com o halogênio, retornando ao
98
filamento, proporcionando um fenômeno de “regeneração do filamento”. O
resultado desse “fenômeno” permite uma sobrevida ao filamento (e,
consequentemente, à lâmpada) e também um aumento no nível de corrente
suportável pelo filamento, o que traz mais luz e aumento da eficiência da
lâmpada.
Ao mesmo tempo em que a sua eficiência pôde chegar a 25 lumens
por watt (OSRAM, 2011a), outras vantagens foram obtidas, aumentando a
duração para três a quatro vezes mais que as lâmpadas incandescentes,
com 50% mais de brilho na emissão de luz.
4.3.2. Lâmpadas de descarga
Nas lâmpadas de descarga, a luz é produzida por meio da radiação
emitida pela descarga elétrica de uma mistura gasosa composta de gás(es)
inerte(s) e vapor(es) metálico(s). A mistura gasosa encontra-se confinada em
um invólucro translúcido (tubo de descarga), em cujas extremidades estão
inseridos eletrodos (hastes metálicas ou filamentos) que formam a interface
entre a descarga e o circuito elétrico de alimentação (WAYMOUTH, 1980).
Ao contrário da lâmpada incandescente, na qual o filamento metálico é
um condutor elétrico, na lâmpada de descarga o composto metálico, que é o
responsável pela emissão de radiação, se encontra em estado sólido ou
líquido na temperatura ambiente, e o gás inerte no interior do tubo
(conhecido como gás de enchimento, ou “filling gas”) é o isolante. Portanto,
inicialmente é necessário um processo de ignição para o rompimento da
rigidez dielétrica da coluna gasosa.
O calor gerado pela descarga através do gás inerte nos instantes
iniciais, após a partida da lâmpada, vaporiza o composto metálico (GOUVÊA,
2005), gerando a luz.
Após a partida, a lâmpada de descarga apresenta uma impedância
dinâmica (derivada da tensão em relação à corrente) negativa; à medida que
a corrente na lâmpada aumenta a diferença de potencial entre os seus
terminais diminui. Portanto, toda lâmpada de descarga necessita de um
elemento com impedância positiva ligada em série para estabilizar a corrente
no ponto de operação nominal da lâmpada, ou seja, de um reator.
99
Figura 44 - Família de lâmpadas de descarga
Fonte: KAISER, 2010.
As lâmpadas de descarga são classificadas pela pressão no interior
do tubo (com a lâmpada em operação) em de baixa pressão e de alta
pressão, conforme exemplificado na tabela 17.
Tabela 17- Descarga elétrica e pressão interna da lâmpada.
Características
Pressão parcial do vapor
metálico
Potência do arco
Espectro
Temperatura média da
descarga
Tubo de descarga (diâmetro x
comprimento)
Eletrodos
Descarga
Baixa pressão
Alta pressão
10-5 a 10-4 atm
0,5 a 2 W/cm
bandas
0,1 a 10 atm
200 a 200 W/cm
bandas + contínuo
alta(nº de colisões
elevado)
baixa (Tparede ͌ 40°C)
cm (s) x m(s)
filamentos
Fonte: KAISER, 2010.
mm (s) x cm(s)
bastão irradiador
100
4.3.2.1. Lâmpadas de descarga de baixa pressão – fluorescentes
tubulares
As lâmpadas de descarga de baixa pressão apresentam como
características a pressão dos vapores metálicos na ordem de 10-4 a 10-5
atmosfera; a potência variando entre 0,5 W/cm e 2 W/cm; eletrodos em forma
de filamentos; espectro da radiação caracterizado por bandas; tubo de
descarga com diâmetro entre 16 mm (T5) , diâmetro de 26 mm (T8) ,
diâmetro de 33,3 mm (T10) e aproximadamente 38 mm (T12), e comprimento
variando entre 36 cm a, aproximadamente, 2,40m para as lâmpadas
atualmente fabricadas.
Elétrons emitidos na região catódica adquirem energia cinética
quando acelerados pela diferença de potencial entre filamentos. Colisões
com átomos de Hg liberam radiação ressonante UV que excita o
revestimento de fósforo emitindo radiação visível. A Figura 45 mostra o
processo de transformação do UV em radiação visível.
Figura 45 - Funcionamento da lâmpada fluorescente tubular
Fonte: KAISER, 2010.
Estas lâmpadas vêm passando por evoluções durante as últimas
décadas, se tornando cada vez mais eficientes energeticamente, devido à
evolução do pó fluorescente existente no interior do bulbo. As características
colorimétricas (temperatura de cor correlata, reprodução de cores) e a
eficácia da lâmpada fluorescente são determinadas pela composição e
espessura do pó fluorescente ("fósforo"). Os "fósforos" são compostos que
emitem luz por fluorescência quando expostos à radiação ultravioleta.
São fabricados a partir de substâncias de elevada pureza, cuja
estrutura cristalina é modificada pela adição de ativadores, que determinam a
101
distribuição espectral da radiação emitida. A evolução surgiu com a
substituição dos fósforos, materiais orgânicos que convertem radiação UV
em visível.
Até a década de 80, utilizávamos os fósforos comuns conhecidos
como halofosfatos: halophosphate, phosphors [Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb3+,Mn2+] .
A eficiência luminosa destas lâmpadas era de 40 lm/W a 60 lm/ W, e o
Índice de reprodução de cores na ordem de 50 a 70 Ra.
Foram desenvolvidos diferentes halofosfatos, cobrindo as diferentes
regiões do espectro, com a obtenção de elevada reprodução de cores Ra
=93 a 98; porém, com redução de eficiência luminosa (até 30%, dependendo
da potência).
Nesta mesma década as indústrias passaram a utilizar uma
combinação entre o trifósforo (combinação de três fósforos que emitem
radiação em uma banda estreita do espectro, reproduzindo as três cores
primárias da CIE) e camadas finas de halofosfato tradicional. O aumento de
eficácia luminosa foi de 12% a 15% em relação a lâmpadas com halofosfato,
e IRC=85 Ra. Devido à banda estreita, os picos são elevados e lâmpada tem
alta eficiência.
Figura 46 – Combinação halofosfato e trifosforo no revestimento das
lâmpadas fluorescentes
Fonte: KAISER, 2010.
Com a combinação entre os fósforos, o projetista de iluminação tem
à disposição não somente a escolha da fonte de luz, como também uma
ampla gama de variações de temperaturas de cor correlata, exemplificada na
Tabela 18 a seguir, conforme a necessidade do projeto e das aplicações:
2700 K, 3000 K, 4000 K K, 5000K, 6500K e 8000 K.
102
Tabela 18 - Temperaturas de cor correlata (Tcp)
Aparência da cor
Temperatura de cor correlata
Quente
Abaixo de 3300 K
Neutra
3300 K a 5300 K
Fria
Acima de 5300 K
Fonte: Norma NBR ISO 8995-1: Iluminação de ambientes de trabalho (futura Norma
aprovada e em fase de publicação).
Com a combinação dos pós de halofosfato e trifosforo, foi possível a
redução dos diâmetros dos bulbos das lâmpadas. A necessidade de menores
quantidades de mercúrio, por sua vez, possibilitou maiores rendimentos do
sistema, uma vez que bulbos com menores diâmetros possibilitam maior
reflexão do fluxo luminoso, conforme ilustrado na figura 47.
Figura 47 – Representação da reflexão da luz com a redução do diâmetro do
tubo das lâmpadas – T12 – 36 mm, T10 - 33,3 mm, T8 – 26 mm e T5 -16 mm
Fonte: PHILIPS, 2000.
4.3.2.1.1 Lâmpada fluorescente tubular T5 HE
As lâmpadas T5 representam a maior tecnologia em lâmpadas
fluorescentes tubulares. Com um diâmetro de tubo de apenas 16 mm,
permitem que as luminárias se tornem ainda mais compactas do que as
luminárias com “lâmpadas padrão”, de diâmetro de tubo igual a 36 mm (T12),
33,3 mm (T10) e 26 mm (T8).
O mercado disponibiliza duas principais versões de lâmpadas
fluorescentes tubulares T5:
103
Fluorescente Tubular T5 HE (High Efficiency) – Alta Eficiência particularmente econômica, com eficiência energética de até 104 lm/W,
representa até 20% de economia em relação ao sistema T8 e até 40% em
relação aos T10/T12, além de apresentar apenas 8% de depreciação do
fluxo luminoso ao final de sua vida útil. Em conjunto com o reator eletrônico,
permitem sistemas de iluminação mais modernos e compactos, além de
proporcionarem
significativa
economia
de
energia
com
conforto,
versatilidade, praticidade e segurança para as instalações.
Tabela 19 - Características das lâmpadas fluorescentes T5 HE.
Fonte: OSRAM, 2012.
Fluorescente Tubular T5 HO (High Output) – Alto fluxo luminoso - é
possível obter um elevado “pacote de luz”, ou seja, até 50% mais luz quando
comparado à linha T8, de mesmo comprimento. Ideal, portanto, para
aplicações com pé-direito elevado ou com iluminação indireta.
104
Tabela 20 - Características das lâmpadas fluorescentes T5 HO
Fonte: OSRAM, 2012.
Para fazer com que sistemas de iluminação para lâmpadas de
descarga funcionem, muitas vezes se torna necessário o uso de alguns
equipamentos auxiliares, como transformadores reatores e ignitores18.
Com
a
evolução
da
tecnologia
nas
últimas
décadas,
os
equipamentos auxiliares estão mais eficientes, consomem menos energia,
têm uma maior durabilidade e passaram também a colaborar para que as
lâmpadas tenham um incremento na sua vida útil.
As lâmpadas fluorescentes tubulares de tubo T12 19 ou T10 20, com pó
fluorescente halofosfato 21, têm uma depreciação aproximada de 0,80 após
7.500 horas de uso. (ROIZENBLATT, SMIT, 1989). Com a evolução e
incremento tecnológico ao longo dos anos, os fabricantes trocaram o pó
fluorescente halofosfato pelo pó trifósforo 22, hoje empregado nas lâmpadas
fluorescentes tubulares de tubo T8 23 e T5 24. A depreciação do fluxo luminoso
18
Ignitores – componentes que têm por função gerar picos de tensão para o acendimento
da lâmpada de descarga de alta pressão.
19
Tubo T12 – Refere-se ao diâmetro 38,0 mm do tubo da fluorescente tubular.
20
Tubo T10 – Refere-se ao diâmetro 33,3 mm do tubo da fluorescente tubular.
21
Halofosfato – Recobrimento da superfície interna da lâmpada com fósforo comum:
3
2
Halophosphate, phosphors [Ca5(PO4)3(F,Cl):Sb +,Mn +].
22
Trifósforo – Recobrimento da superfície interna da lâmpada, pela combinação de três
fósforos que emitem radiação em uma banda estreita do espectro, reproduzindo as três
cores primárias da CIE- Comission International de l’Éclairage.
23
Tubo T8 - Refere-se ao diâmetro 26,0 mm do tubo da fluorescente tubular.
24
Tubo T5 - Refere-se ao diâmetro 16,0 mm do tubo da fluorescente tubular.
105
do sistema de tubo T8 é aproximadamente de 0,85 após 7.500 horas de uso,
e,
para
as
lâmpadas
fluorescentes
tubulares
de
tubo
T5,
de
aproximadamente 0,99 para 7.500 horas de uso, 0,90 para 16.000 horas, e
0,50 para 20.000 horas de uso, bem menor que a tecnologia anterior.
A tecnologia do pó trifósforo também permitiu o incremento da
eficiência luminosa das lâmpadas, melhor reprodução de cores, redução do
diâmetro do bulbo e, consequentemente, redução da quantidade de mercúrio
presente em cada lâmpada, no caso específico da lâmpada fluorescente
tubular T5, com aproximadamente 1,5 a 1,9 mg de mercúrio.
4.3.2.2. Lâmpadas de descarga de alta pressão
As lâmpadas de descarga de alta pressão, também conhecidas como
lâmpadas HID (High Intensity Discharge), utilizam vapores metálicos, em
geral mercúrio e/ou sódio, pressões da ordem de 1 a 10 atmosferas, e
operam com uma densidade de potência de arco da ordem de 20 a 200
W/cm. A radiação emitida pela descarga apresenta uma distribuição
espectral contínua, sobre a qual se encontra superposta às raias
predominantes dos átomos que constituem o vapor metálico. Os eletrodos
são bastões irradiadores e o tubo de descarga tem dimensões reduzidas
(diâmetro de mm e comprimento de cm) (GOUVÊA, 2005).
Toda lâmpada de descarga de alta pressão precisa de um reator ou
algum elemento de controle da corrente elétrica que circula pela lâmpada e
de um ignitor para seu acendimento, que gera picos de tensão da ordem de
5KV. Os reatores não geram esses picos de tensão, fato que faz com que
seja necessária a utilização de ignitores.
Existem três tipos básicos de lâmpadas comerciais: vapor de
mercúrio de alta pressão, sódio de alta pressão e as lâmpadas de alta
pressão de vapores metálicos.

Lâmpada de Vapor de Mercúrio – A lâmpada de vapor de
mercúrio de alta pressão ou HPM (High Pressure Mercury) é constituída por
um tubo de descarga transparente, de dimensões reduzidas, inserido em um
bulbo de vidro, que é revestido internamente por uma camada de "fósforo"
para correção do índice de reprodução de cor. Esse bulbo de vidro
106
transparente, com formato ovoide ou elipsoidal, contém nitrogênio, que forma
uma atmosfera protetora para reduzir a oxidação de partes metálicas, limita a
intensidade da radiação ultravioleta que atinge o revestimento de "fósforo" e
melhora as características de isolamento térmico.
Nos instantes iniciais da descarga, a lâmpada emite uma luz verde
clara e a intensidade luminosa aumenta gradativamente, até estabilizar-se
após 6 a 7 minutos, quando a luz se torna branca, mas com uma tonalidade
levemente esverdeada. A luz emitida por uma lâmpada sem revestimento de
fósforo apresenta um baixo índice de reprodução de cor (Ra = 20), devido à
ausência de raias vermelhas.
O "fósforo" utilizado internamente para recobrir o bulbo da lâmpada
serve para melhorar significativamente o índice de reprodução (Ra = 50)
(GOUVÊA, 2005).
A tensão de ignição da lâmpada aumenta com a pressão de vapor de
mercúrio, ou seja, com a temperatura do tubo de descarga. Quando se
desliga uma lâmpada alimentada por um reator indutivo convencional, a sua
nova ignição só é possível após 3 a 5 minutos, que é o intervalo de tempo
necessário para o esfriamento da lâmpada e consequente queda de pressão.
A lâmpada de mercúrio apresenta fluxo luminoso elevado e vida útil
longa; porém, a sua eficácia luminosa é relativamente baixa. Ela está
atualmente sendo substituída por lâmpadas mais eficientes, como lâmpadas
de vapor de sódio – para o caso de iluminação pública – e lâmpadas de
vapor metálico – para iluminação de indústrias têxteis, gráficas e montadoras
de automóveis.

Lâmpada Vapor de Sódio – A lâmpada de vapor de sódio de
alta pressão HPS (High Pressure Sodium) é constituída por um tubo de
descarga cilíndrico e translúcido, com um eletrodo em cada extremidade.
Este tubo é sustentado por uma estrutura mecânica, sob vácuo, no interior
em um bulbo de vidro borosilicado, com formato ovóide ou cilíndrico
(GOUVÊA, 2005). As lâmpadas a vapor de sódio, além de possuírem
mercúrio como elemento principal, possui o sódio. Essa alteração permite a
emissão de energia eletromagnética dentro do espectro de radiação visível
107
da luz de 380 a 780nm 25 diretamente (faixa visível do espectro - luz), não
havendo necessidade de elementos conversores de ultravioleta em luz.
Como benefícios resultantes, a eficiência das lâmpadas a vapor de sódio é
maior do que as lâmpadas a vapor de mercúrio, atingindo (dependendo da
potência da lâmpada) eficiências de 70 a 150lm/W (OSRAM, 2011a).
Um fator que favorece a aplicação das lâmpadas a vapor de sódio
está na sua grande expectativa de vida útil, podendo chegar a 32.000h
(OSRAM, 2011b), o que permite sistemas ainda mais eficientes e menos
onerosos do ponto de vista de sua manutenção.
A lâmpada de vapor de sódio convencional apresenta, em geral, um
baixo índice de reprodução de cor (Ra<25), mas tem elevada eficácia
luminosa (120 lm/W para a lâmpada de 400 W) e vida útil longa (24.000
horas). No entanto, existem lâmpadas especiais que apresentam um elevado
índice de reprodução de cor (Ra = 85), porém com baixa eficácia luminosa,
de cerca de 80 lm/W.

Lâmpada Vapor Metálico – A lâmpada de vapor metálico HPMH
(High Pressure Metal Halide) é construtivamente semelhante à lâmpada de
mercúrio de alta pressão, ou seja, utiliza um tubo de descarga de sílica
fundida inserido no interior de um bulbo de quartzo transparente. Este tubo
contém vapor de mercúrio (que é o gás de ignição) e mais um coquetel de
metais (sódio, tálio, índio, disprosium, zinco). A temperatura de vaporização
dos metais é em geral superior à máxima temperatura suportável pelo
material do tubo de descarga. Já o metal na forma de um haleto vaporiza a
uma temperatura significativamente inferior. Geralmente são utilizados
iodetos, que são quimicamente menos reativos. A adição de metais introduz
raias no espectro que melhoram as características de reprodução de cores
da lâmpada.
As lâmpadas de vapor metálico apresentam uma eficácia luminosa
de 65 a 100 lm/W e um índice de reprodução de cores superior a Ra 80. A
sua vida útil atualmente chega a 15.000h. Existem diversos modelos com
vida útil de apenas 6.000h, mas estas são de uso especial.
25
Nanômetro - Submúltiplo do metro, igual a 10- 9m; milimícron.
108
4.3.3. Tecnologia LED
LED, sigla em inglês de Light Emmiting Diode ou diodo emissor de luz,
representa uma tecnologia emergente que está começando a trazer impactos
significativos em vários setores da economia.
As indústrias de iluminação, automotiva, sinalização, médica e
eletrônica, entre outras, se aperceberam das vantagens de utilizar os
pequenos diodos, também chamados de “iluminação em estado sólido” ou
SSL (Solid State Lighting), devido à ausência de filamentos ou gases – mas
com um pequeno chip semicondutor eletroluminescente – que emite a luz na
presença da corrente elétrica.
Apesar dos LEDs existirem há várias décadas, somente nos últimos
dez anos houve a viabilização técnica nos materiais semicondutores e nos
encapsulamentos. Este fato veio proporcionar potência, eficiência luminosa e
vida útil maiores.
Com a expectativa de economia de energia que os LEDs irão
proporcionar nos próximos anos, os governos dos países que os produzem
têm subsidiado diversas pesquisas em tecnologia, de forma a viabilizar
economicamente seus benefícios para o mercado.
O LED é um diodo semicondutor, e como referência, dizemos que o
diodo é um componente eletrônico, amplamente utilizado em equipamentos
eletrônicos, que permite a passagem da corrente elétrica em uma direção
apenas.
A diferença é que o LED, quando energizado, emite luz visível, que é
monocromática e produzida pelas interações energéticas do elétron dentro
da substância semicondutora. O processo de emissão de luz pela aplicação
de uma fonte de energia elétrica é chamado de eletroluminescência.
Em um chip de material semicondutor, tratado para criar uma estrutura
chamada
junção
P-N,
ao
aplicarmos
a
corrente
elétrica,
ocorrem
recombinações de lacunas e elétrons. Essa recombinação exige que a
energia possuída por esse elétron, que até então era livre, seja liberada, o
que acontece na forma de calor ou fótons de luz.
109
Figura 48 – Processo de emissão de luz de um LED
Fonte: PINTO,2008.
No silício e no germânio, que são os elementos semicondutores
básicos dos diodos, transistores e chips de computador, a maior parte da
energia é liberada na forma de calor, sendo insignificante a luz emitida, isto
devido à opacidade do material.
LED vermelho ou âmbar – Alumínio, Índio, Gálio e Fósforo (AlInGaP)
LED azul ou verde – Índio, Gálio e Nitrogênio (InGaN)
LED branco – LED azul com adição de Fósforo amarelo
4.3.4. Eficiência energética das lâmpadas
A eficiência das fontes luminosas artificiais aplicadas à iluminação de
interiores, e seu aprimoramento ao longo dos anos, é exemplificado na
Figura 49, na qual relaciona cada modelo de lâmpada às suas eficiências
luminosas, permitindo mostrar claramente um aumento na eficiência
luminosa das fontes de tecnologias mais modernas e uma maior vida útil, que
vem favorecer ainda mais a sua aplicação.
110
Figura 49 – Indicação das eficiências luminosas em função do tipo de lâmpada.
Fonte: JACOB, 2009, OSRAM 2011.
4.4.
Equipamentos auxiliares
Os reatores são equipamentos que fazem parte dos componentes
elétricos das luminárias, e são importantes para o desempenho elétrico do
conjunto.
Os reatores, segundo a ABNT (1991), são dispositivos com a
finalidade de limitar a corrente da(s) lâmpada(s), tanto na partida como em
funcionamento a valores preestabelecidos. São ligados entre a fonte de
alimentação e uma ou mais lâmpadas de descarga, podendo ser
classificados em dois tipos principais: eletromagnéticos e eletrônicos.
4.4.1. Reatores eletromagnéticos
O modelo mais tradicional é o eletromagnético e sua construção
basicamente composta por um enrolamento envolvido por um núcleo de
baixa relutância, que eleva o fluxo magnético a um valor suficiente para
controlar a corrente elétrica (LOPES, 2002).
Os reatores eletromagnéticos são constituídos por um núcleo
laminado de aço silício (com baixas perdas) e bobinas de fio de cobre
esmaltado. São impregnados com resina de poliéster, adicionado com carga
111
mineral, tendo um grande poder de isolação e dissipação térmica. (Philips,
2004a).
Operam em frequência industrial (60Hz) e possuem elevada vida útil,
em muitos casos superior a 10 anos. São equipamentos robustos, pesados e
sensíveis a variações de tensão e temperatura ambiente.
Os reatores são divididos em alto fator de potência (AFP) e baixo fator
de potência (BFP). Basicamente, o fator de potência é considerado como
sendo o cosseno da defasagem entre corrente e tensão num circuito. Dessa
forma, em circuitos não puramente resistivos (onde a defasagem entre
tensão e corrente é zero), pode ocorrer tal defasagem, o que faz com que
uma parte da potência fornecida ao sistema não seja aproveitada para
realização de trabalho, mas perdida em forma de potência reativa (indutiva).
Assim, há que se utilizarem componentes que minimizem essa potência
aparente. O capacitor corrige o fator de potência (cosseno ϕ entre a potência
aparente e a potência ativa de um circuito).
A forma como se apresenta a distribuição das potências geradas em
um circuito é apresentada na Figura 50.
Figura 50 – Representação gráfica das potências envolvidas em um circuito
não resistivo.
Fonte: NISKIER, MACINTYRE,1992.
A utilização de capacitores tem por finalidade minimizar essa
potência reativa (através de uma carga capacitiva). Por convenção, no Brasil
adota-se como um equipamento Alto Fator de Potência (AFP) aquele que
possui cosseno ϕ (ângulo entre tensão e corrente) superior a 0,92 (ANEEL,
112
2000), sendo que circuitos onde o cosseno ϕ é menor que 0,92 são
chamados de Baixo Fator de Potência (BFP).
Os reatores AFP possuem internamente capacitores que fazem a
correção do fator de potência. Já aqueles BFP necessitam de capacitores
externos para fazer essa correção. Esses capacitores externos são outros
equipamentos auxiliares considerados nos sistemas de iluminação pública.
Uma ressalva que se faz diz respeito à Portaria 454 do Inmetro, que
determina que a partir de 1° de janeiro de 2013 todos os reatores para
lâmpadas de descarga comercializados no Brasil deverão ser AFP (Inmetro,
2010).
4.4.2. Ignitor
Algumas lâmpadas de descarga de alta presão (como as lâmpadas a
vapor de sódio e as de multivapores metálicos) necessitam para seu
acendimento de picos de tensão da ordem de 5KV; já as lâmpadas de baixa
pressão (com as fluorescentes tubulares, circulares e compactas) necessitam
para o seu acendimento de picos de 800V. Os reatores não geram esses
picos de tensão, fato que faz necessária a utilização de ignitores. Estes
componentes têm por função gerar esses picos de tensão para o
acendimento da lâmpada. Importante salientar que, uma vez que a lâmpada
esteja em regime, já com seu fluxo luminoso total, estes equipamentos
deixam de gerar pulsos de tensão.
4.4.3. Reatores eletrônicos
Reatores eletrônicos são inversores C.A./C.A., alimentados pela
rede, que incluem os elementos necessários para a partida e funcionamento
de uma ou mais lâmpadas fluorescentes (ABNT, 1999b).
São
constituídos
por
componentes
eletrônicos,
entre
eles
capacitores, indutores, resistores e circuitos integrados, entre outros. Os
reatores eletrônicos são alimentados em frequência de rede de 60Hz;
porém, operam em altas frequências: de 20kHz a 50kHz, que propiciam
maior fluxo luminoso com menor consumo de energia.
113
Reatores eletrônicos são constituídos por capacitores e indutores
para alta frequência, resistores, circuitos integrados e outros componentes
eletrônicos. Operam em alta frequência (de 20kHz a 50kHz). Essa faixa de
operação, quando bem projetada, proporciona maior fluxo luminoso com
menor potência, o que transforma os reatores eletrônicos em produtos que
economizam
energia
(30%
menor,
se
comparados
a
reatores
eletromagnéticos [OSRAM, 2007]) e operam com maior eficiência (PHILIPS,
2004). Toda lâmpada fluorescente atuam com maior eficiência luminosa em
frequências superiores a 15kHz. Desta forma, lâmpadas fluorescentes de
1,2m operam com eficiência aproximadamente 10% maior, enquanto
fluorescentes de 2,4m melhoram a eficiência em 5% (GE, 2002). Como estes
reatores regeneram o arco elétrico mais de 40.000 vezes por segundo,
tempo curto demais para que se perceba visualmente esta variação, não
existe o problema de efeito estroboscópio.
Os reatores são classificados por tipo de partida e princípio de
funcionamento:

Reator eletromagnético de partida convencional: fornece por alguns
segundos uma tensão nos filamentos da lâmpada para preaquecê-lo e,
em seguida, com a utilização de um iniciador (starter), proporciona o
acendimento da lâmpada fluorescente;

Reator eletromagnético de partida rápida: os filamentos são aquecidos
constantemente pelo reator, o que facilita o acendimento da lâmpada em
um curto espaço de tempo. Para este tipo de partida não é utilizado o
starter, mas sim uma luminária (chapa metálica) aterrada é necessária
para o perfeito funcionamento das lâmpadas;

Reator eletrônico de partida rápida: o acendimento é controlado
eletronicamente pelo sistema de preaquecimento dos filamentos da
lâmpada. O reator gera uma pequena tensão em cada filamento e, em
seguida, uma tensão de circuito aberto entre os extremos da lâmpada.
Esta partida possibilita a emissão de elétrons por efeito termiônicos. O
tempo entre a energização do reator e o acendimento da lâmpada
ocorre em torno de 1” a 2,5”;
114

Reator eletrônico de partida instantânea: não há preaquecimento dos
filamentos. O reator gera diretamente a tensão de circuito aberto para o
acendimento da lâmpada;

Reator eletrônico de partida programada: consiste na combinação das
duas partidas anteriores, onde o reator controla além dos valores de
tensão, o tempo de preaquecimento da lâmpada, fornecendo em
seguida à tensão de circuito aberto e posterior acendimento.

Os
reatores
eletrônicos,
quando
comparados
aos
reatores
eletromagnéticos, possuem diversas vantagens, como:
− Operação mais eficiente da lâmpada em função do aumento da
frequência de operação (economia de até 30% para o mesmo fluxo
luminoso);
− Menor custo de operação em sistemas de iluminação e ar
condicionado;
− Ausência do efeito flicker (cintilação);
− Ausência do efeito estroboscópico;
− Facilidade de instalação e manutenção, por serem mais leves;
− Ausência de ruído audível; e
− Permitem dimerizar o fluxo luminoso das lâmpadas.
Importantes características que diferenciam os reatores eletrônicos são a
distorção harmônica THD e o fator de fluxo luminoso do reator FFL; a
distorção Harmônica THD (Total Harmonic Distortion) é a interferência
gerada na rede elétrica pelos harmônicos de alta frequência de qualquer
equipamento, principalmente os eletrônicos. A norma IEC determina que um
reator seja aceito com distorção harmônica menor ou igual a 32%.
E o fator de fluxo luminoso (FFL), ou ballast factor (BF), é a relação entre
o fluxo obtido na lâmpada com um reator medido (desejado), e o fluxo com
um reator de referência (fluxo nominal da lâmpada).

Sistemas de Gerenciamento da iluminação – Os sistemas de
gerenciamento da iluminação (LMS) têm como principal objetivo controlar os
níveis de iluminância, elevar a economia do sistema e atender às
115
necessidades e exigências da instalação e dos usuários, o que permite
grande flexibilidade e dinamismo à iluminação.
−
DALI (Digital Addressable Lighting Interface) é um padrão de interface
não proprietária para reatores eletrônicos dimerizáveis, que proporciona
maior funcionalidade, flexibilidade e ampla facilidade de uso. Permite a
interface para todas as fontes de lâmpadas halógenas, lâmpadas
fluorescentes compactas, lâmpadas fluorescentes tubulares, lâmpadas
de multivapores metálicos e LEDs.
−
De fácil planejamento, com um sinal de controle único em 2 fios para até
256 dispositivos, permite que os grupos de iluminação sejam atribuídos
na fase de planejamento, com o auxílio de um software.
−
A instalação do sinal de controle pode ser feita, inclusive, separada do
fornecimento de energia. O sinal de controle é protegido contra inversão
de polaridade e pode ser passado juntamente com os cabos de energia,
como por exemplo, um cabo de cinco vias. O sinal de controle
simplesmente tem que ser dimensionado para a tensão de linha.
−
As funções de ligar e dimerizar são controladas exclusivamente por
meio do sinal de controle. Como meio de detectar se a lâmpada falhou,
o estado da lâmpada pode ser relatado através de um dispositivo DALI
para o controlador e, em seguida, apresentada pelo controlador.
Luminárias que usam interface DALI podem ser facilmente integradas a
um sistema de automação predial, através de gateways (conversores de
protocolo) como EIB, LON ou Ethernet (OSRAM, 2012).
−
Os sensores de luz detectam o nível de iluminação, considerando a luz
artificial e a natural. Assim, os grupos de luminárias podem ser
controlados de acordo com sua posição no ambiente e a quantidade de
luz disponível, o que permite que um nível de iluminação predefinido (de
500 lux, por exemplo) seja mantido. Os usuários ainda podem ajustar a
iluminação a qualquer momento para um nível que satisfaça suas
necessidades específicas.
−
Caso um sensor de presença seja utilizado, a iluminação será acionada
automaticamente somente quando houver alguém no ambiente, o que
aumenta ainda mais o potencial de economia de energia.
116
−
Sensores de luz e presença fornecem a base para a economia de
energia, pois permitem que a luz natural disponível seja monitorada e
complementada com a luz artificial. O sistema de iluminação apenas é
acionado pelo sensor de presença caso alguma pessoa esteja ou
adentre o ambiente. Desta forma, a utilização de sensores permite
atingir uma economia em energia de até 70%.
Devido à grande quantidade de equipamentos auxiliares no mercado
e para possibilitar aos usuários a comparação entre a vida útil de reatores
eletrônicos, a IEC 929 (1996) recomenda que os fabricantes informem em
seus catálogos: a máxima temperatura de superfície (tl) ou a máxima
temperatura do componente que afeta a vida do produto; medida em
condições normais de operação, que permita ao reator atingir uma vida de
50.000 horas; e a taxa de falhas, caso o reator seja operado continuamente
na máxima temperatura, em unidades de falha por tempo. Em alguns países,
como o Japão, isto é aplicado para uma vida de 40.000 horas. No Brasil, a
NBR não estabelece recomendações semelhantes.
117
5.1. Introdução
Segundo EPRI (1992), o desempenho de uma luminária é
determinado pela sua eficiência e pelo coeficiente de utilização, sendo que
os refletores e a forma da luminária são os componentes que mais
influenciam a eficiência do sistema. Portanto, para a obtenção de uma
luminária eficiente e que se consiga maximizar o uso da luz gerada por ela,
será de grande valia eleger os melhores componentes, materiais e técnicas
no processo produtivo.
5.2. Características fotométricas
A fotometria consiste em uma serie de métodos e processos de
medida das grandezas luminosas. Para introduzir o assunto, desejamos dar
uma noção dos processos comumente utilizados na determinação do fluxo
luminoso, intensidade luminosa, iluminâncias, luminâncias e curvas de
desempenho dos aparelhos de iluminação.
Os fotômetros são equipamentos utilizados nas medições de nível de
iluminação. Os fotômetros mais antigos eram, simplesmente, aparelhos
comparadores que nos permitiam avaliar visualmente uma grandeza quando
comparada com um padrão (fotômetro de Bunsen, de mancha de óleo,
Lummer-Brodhum, fotômetro de cintilação etc.) Os fotômetros atuais,
fotoelétricos, baseiam-se em fotocélulas e, pelo fato de ser calibrados, nos
permitem
a
leitura
direta
da
grandeza
medida
(luxímetros 26,
luminancímetros 27 etc) (MOREIRA, 2006).A medição do fluxo luminoso utiliza
uma esfera integradora ou esfera de Ulbricht 28 para a medição do fluxo
luminoso emitido por uma fonte de luz. A fonte luminosa é posicionada no
centro da esfera e um anteparo bloqueia a incidência de luz direta da fonte
sobre um sensor de iluminância instalado numa abertura da esfera. A
superfície interna apresenta um revestimento (por exemplo, óxido de
26
27
Luxímetros - Instrumento destinado a medir iluminância.
Luminancímetros - Instrumento destinado a medir luminância.
118
magnésio ou sulfato de bário) que a torna um difusor perfeito (cada ponto da
superfície tem os mesmos valores de luminância e iluminância).
Desta forma, a luminância da superfície da esfera é proporcional ao
fluxo luminoso, independente da distribuição da intensidade luminosa
(MOREIRA, 2006).
Fórmula 1
Fórmula 2
Onde:
A – Área da esfera
E – Iluminamento médio da superfície interna.
Eind – Iluminamento indireto
Edir – Iluminamento direto
ρ– Coeficiente de reflexão
α– Coeficiente de absorção
Figura 51 – Esfera integradora ou Esfera de Ulbricht
Fonte: KAISER, 2010.
Os diagramas fotométricos são a distribuição de luz realizada por uma
fonte e pode ser representada por uma superfície definida pela distribuição
119
espacial dos valores da intensidade luminosa em cada direção. É a chamada
superfície fotométrica, visualizada na Figura 52.
Figura 52– Superfície fotométrica
Fonte: MOREIRA, 2006.
Quando a fonte realiza uma distribuição espacial uniforme, a
superfície fotométrica é uma esfera e, sendo espacial, não pode ser
representada diretamente sobre um plano, isto é, em um diagrama de duas
dimensões. Para que a representação seja possível, adotam-se projeções
dessa superfície sobre um plano. A intersecção de uma superfície
fotométrica por um plano que passa pelo centro da fonte luminosa é uma
curva fotométrica horizontal, exemplificada na Figura 53, ou traçar outra
curva fotométrica vertical, conforme Figura 54.
Figura 53 – Curva fotométrica horizontal
Fonte: MOREIRA, 2006
120
Figura 54 – Curva fotométrica vertical
Fonte: MOREIRA, 2006.
5.3. Iluminância
Símbolo: E
Unidade: lux (lx)
O melhor conceito sobre iluminância talvez seja: “densidade de luz
necessária para uma determinada tarefa visual”(COSTA, 1998). Baseados
em pesquisas realizadas com diferentes níveis de iluminação, os valores
relativos à iluminância foram tabelados. No Brasil, esta tabela encontra-se na
NBR 5413 – Iluminância de interiores e que na sua revisão passa a ser a
Norma NBR ISO 8995-1: Iluminação de ambientes de trabalho (aprovada em
fase de publicação).
A norma NBR 5413 será substituída em breve pela NBR ISO 8995-1Iluminação de ambientes internos de trabalho, estando em fase de consulta
pública pela ABNT, conforme solicitação da Comissão CE-03:034.04 de
Estudo para Aplicações Luminotécnicas e Medições Fotométricas da
ABNT/CB-03 – Comitê Brasileiro de Eletricidade.
Por definição, iluminância é o limite da razão do fluxo luminoso dΦ,
incidente num elemento de superfície que contém o ponto dado, para uma
área dA deste elemento, quando esta área tende para zero. Ou seja, é o
fluxo luminoso incidente numa superfície por unidade de área.
121
Fórmula 3
Onde:
dΦ= fluxo luminoso (lm)
dA = área (m²)
E = iluminância (lux)
Um lux corresponde à iluminância de uma superfície plana de um
metro quadrado de área, sobre a qual incide perpendicularmente um fluxo
luminoso de um lúmen. Importante notar que a iluminância está ligada a um
ponto na superfície que independe da posição do observador, conforme
figura 55.
Figura 55 - Iluminância está relacionada com a densidade de fluxo.
Fonte: COSTA, 2006
Normalmente nos trabalhos de iluminação emprega-se a iluminância
média, que é dada pela expressão:
E= Φ
Fórmula 4
A
Onde:
E = iluminância média (lux)
Φ= fluxo luminoso (lm)
A = área (m²)
122
5.4. Luminância
Símbolo: L ou NIT
Unidade: candela por metro quadrado (cd/m2) ou nit (nt)
É através da luminância que o homem enxerga, já que os raios
luminosos não são visíveis e a sensação de luminosidade é decorrente da
reflexão destes raios em uma superfície. A luminosidade visível é chamada
luminância.
Logo:
_ Iluminância é a luz incidente, não visível;
_ luminância é a luz refletida, visível.
A equação matemática que permite a determinação da luminância é:
L=
I
(A x cosα)
Fórmula 5
Fonte: IEC, 2007
Onde:
L = luminância em cd/m²; (ou em nit)
I = intensidade luminosa em cd;
A= área projetada em m² e
α= ângulo considerado em graus.
Em caso de desconhecimento do valor da intensidade luminosa, usase a equação matemática abaixo, que só é válida para o caso de difusores
perfeitos, ou seja, paredes totalmente brancas, áreas cobertas de neve, entre
outros exemplos caracterizados por uma superfície que reflita a luz
igualmente a partir de qualquer ponto nela contido.
123
L = (ρ x E)
Fórmula 6
π
Onde:
ρ = coeficiente de reflexão (número puro);
E = iluminância sobre essa superfície (em lux);
O coeficiente de reflexão (ρ) é o quociente do fluxo incidente pelo fluxo
refletido pela superfície:
ρ = ρi
Fórmula 7
ρr
Este coeficiente varia de acordo com a cor e a textura das
superfícies. A luminância está diretamente relacionada com os contrastes.
Por exemplo, a leitura de páginas escritas em letras pretas (refletância 10%)
sobre o papel de fundo branco (refletância 85%) revela que a luminância das
letras é menor que a luminância do fundo, tornando a leitura menos
cansativa. (COSTA, 2006 et.al. JALGBAUER, 2007).
5.5. Curva de distribuição de intensidade luminosa (CDL)
A distribuição das intensidades luminosas de uma luminária revela as
características de distribuição da luz e é representada pelas curvas de
distribuição de intensidade luminosa ou curva de distribuição luminosa (CDL).
Estas, segundo a ABNT (1991), são geralmente representadas em
coordenadas polares e mostram a variação da intensidade luminosa num
plano que passa através da fonte (lâmpada ou luminária), em função do
ângulo medido a partir de uma direção determinada.
124
Para
o
levantamento
fotométrico
de
luminárias
internas
é
convencionado que as intensidades luminosas são obtidas variando-se os
ângulos nas direções verticais e horizontais, em função da origem nadir,
referência perpendicular ao plano formado pela luminária, passando pelo
centro da mesma, no sentido inferior Os ângulos verticais (θ) podem variar
de 0° ≤ θ ≤ 180°, e os ângulos horizontais (ψ) de 0° ≤ ψ ≤ 360°, conforme
IESNA, 2000.
Em função da quantidade e características dos planos horizontais (ψ)
que representam a distribuição luminosa das luminárias, estas podem ser
classificadas como:
-
Simétricas axiais: São representadas apenas para ângulo horizontal ψ
= 0º.
-
Simétricas quadrilaterais: São representadas para ângulos horizontais
0º ≤ ψ ≤ 90º
-
Simétricas bilaterais: São representadas para ângulos horizontais 0º ≤
ψ ≤ 180º
-
Assimétricas: São representadas para ângulos horizontais 0º ≤ ψ ≤
360º
5.5.1. Classificação das luminárias de acordo com o direcionamento do
fluxo luminoso
Ainda em relação à distribuição do fluxo luminoso, as luminárias para
iluminação interior são classificadas pela CIE (Commission Internationale de
L´Éclairage) em grupos, conforme a parcela dos fluxos luminosos emitidos
para o hemisfério superior e inferior da luminária. A Tabela 20 contém as
informações da distribuição do fluxo luminoso em relação ao plano horizontal.
125
Tabela 21 - Classificação da CIE de luminárias para iluminação geral, de
acordo com fluxo luminoso (percentagem do fluxo luminoso total, por cima e por
baixo do horizontal).
Classe de luminária
Fluxo luminoso em relação ao horizontal
Para cima
Para baixo
Direta
0
10
90
100
Semi-direta
10
40
60
90
Geral-difusa
40
60
40
60
Direta-indireta
40
60
40
60
Semi-indireta
60
90
10
40
Indireta
90
100
0
10
Fonte: CIE, 1999.
−
Iluminação direta: distribui 90 a 100% do fluxo para o hemisfério
inferior. A distribuição pode variar de fachos largos a concentrados,
dependendo do material e geometria óptica da luminária.
−
Iluminação semidireta: distribui 60 a 90% do fluxo para o hemisfério
inferior. As características são essencialmente parecidas com as da
iluminação direta, com exceção de que o componente do fluxo luminoso
superior ajuda a suavizar sombras e a melhorar as relações de brilho do
ambiente, tornando o teto mais iluminado.
−
Iluminação difusa geral: distribui 40 a 60% do fluxo para o hemisfério
inferior. Este tipo de luminária distribui a luz aproximadamente igual em todas
as direções. A iluminação direta / indireta ou mista corresponde a uma
categoria especial dentro da iluminação difusa geral, correspondendo às
luminárias que emitem pouca luz nos ângulos próximos à horizontal. Estas
luminárias, geralmente, são mais adequadas, pois apresentam menores
luminâncias na zona de ofuscamento direto (45° a 85°).
−
Iluminação semi-indireta: distribui 60 a 90% do fluxo para o hemisfério
superior. Possui características semelhantes a da iluminação indireta, exceto
pelo fato de que a parcela de luz direta pode produzir certa direcionalidade
para a tarefa visual, sem uma luminância excessiva do teto, e pode ser
usada para adicionar brilho para a luminária.
126
−
Iluminação indireta: distribui 90 a 100 % do fluxo para o hemisfério
superior. Em instalações bem projetadas, o teto torna-se a fonte primária de
luz, eliminando-se as sombras, uma vez que a luz passa a ser indireta.
Desta forma, em relação ao eixo vertical, as luminárias com fluxo direto são
representadas por 0º ≤ θ ≤ 90º, as luminárias com fluxo indireto são
representadas por 90º ≤ θ ≤ 180º, e as luminárias com fluxo direto e indireto
são representadas por 0º ≤ θ ≤ 180º.
A iluminação direta é o tipo de iluminação mais utilizada em aplicações
comerciais e é a mais eficiente energeticamente, por concentrar maior
quantidade de luz no plano de trabalho. Na prática, os ambientes com
iluminação direta possuem tetos mais escuros e, muitas vezes, propiciam
sensações de ambientes menos iluminados para os ocupantes. Sombras nas
áreas superiores das paredes também induzem a este tipo de sensação.
A Figura 56 representa curvas de distribuição de intensidade luminosas nos
planos longitudinal, transversal e diagonal de uma luminária.
As curvas de distribuição luminosa (CDLs) podem ser apresentadas
em candelas (cd) ou candelas por 1000 lumens (cd/1000lm). Entretanto, a
segunda representação é a mais usual, pois independe do fluxo luminoso da
lâmpada utilizada (IWASHITA, 2006).
Figura 56 – Curva de distribuição de intensidade luminosa conforme planos
Fonte: IWASHITA, 2006. Catálogo Itaim, 2006.
127
Figura 57 – Curva Polar de uma luminária fluorescente para lâmpada
fluorescente tubular T8, modelo DBL 591 2x32W, INDELPA.
Fonte: INDELPA, 2012.
5.6
Rendimento da luminária
O rendimento da luminária (ou eficiência de uma luminária) é definido
como a razão do fluxo luminoso emitido pela luminária e o fluxo luminoso
total da(s) lâmpada(s).
Uma questão muito importante a ser observada quanto ao
rendimento é que ele não considera a distribuição luminosa da luminária,
englobando tanto o fluxo emitido para o hemisfério inferior como para o
superior. Para a escolha de uma luminária eficiente deve-se, portanto,
considerar luminárias com maiores rendimentos no hemisfério inferior, visto
que a luz emitida para o hemisfério superior participa da iluminância somente
indiretamente, via reflexão do teto. (LIBBE SMIT, 1991).
Nota-se que as luminárias com maiores rendimentos são luminárias
sem componentes de controle de luz. Elementos como refletores, refratores,
difusores e louvres diminuem o rendimento da luminária, na medida em que
absorvem, refletem e transmitem a luz pelos materiais utilizados na sua
confecção.
128
Desta forma, na especificação de uma luminária, o rendimento ou
eficiência deve ser ponderado, analisando-se conjuntamente a distribuição
luminosa e o grau de controle de ofuscamento que a luminária deve possuir
para a atividade a ser desenvolvida.
Recomenda-se, portanto, que o rendimento seja considerado para
comparar luminárias do mesmo tipo e para mesma aplicação.
O rendimento de uma luminária varia de acordo com:
• Forma e curva óptica da luminária;
• Presença de componentes de controle de luz, como refletores,
difusores, refratores e louvres;
• Características dos materiais da luminária; e
• Tipo de lâmpada utilizada e suas dimensões.
Os componentes de controles de luz são os que mais influenciam o
rendimento da luminária. A refletância do refletor muda significantemente em
função do material com que é feito e pode variar de 60%, com refletores com
pintura branca, a 95% com refletores especulares. Os refletores geralmente
produzem poucos benefícios, a menos que sejam incorporados à geometria
da luminária e sejam elaborados de forma a fornecer uma refletância e
distribuição ótima da luz.
A eficiência da luminária é normalmente decorrente da sua
configuração física e da seleção de materiais utilizados (IESNA, 2000).
Fabricantes de alumínio mostram que para uma mesma luminária,
são possíveis variações significativas de rendimento, incrementando a
reflexão em 10% a 15%, apenas em função da variação do tipo de alumínio
utilizado e tratamento de superfície dado a ele.
129
Figura 58 – Comparativo de uma luminária com ou sem conjunto ótico.
Fonte: KAISER, 2010.
5.7 Fator de utilização (FU)
É usado para o cálculo da iluminação geral média e pode ser obtido
através de duas metodologias: Método dos Lúmens (adotado pela CIE) e
Método das Cavidades Zonais (adotado pela IESNA). Os métodos diferem
entre si, sendo que o primeiro é dado em função do índice do recinto (Kd ou
Ki) e o segundo em função do índice da cavidade da sala RCR (Room Cavity
Ratio).
O fator de utilização descreve a efetividade com que uma luminária
distribui a luz sobre um plano de trabalho horizontal. É definido como a razão
entre o fluxo luminoso recebido numa superfície de referência e a somatória
do fluxo luminoso emitido pelas lâmpadas da instalação (ABNT, 1991).
Indicam, desta forma, a eficiência luminosa do conjunto lâmpada e luminária
naquele recinto.
Estes valores são geralmente fornecidos em catálogos de fabricantes,
por tabelas, em função das refletâncias do teto, paredes, piso e da
configuração do ambiente (RCR ou K), e são tipicamente entre 0 e 1.
Ressalte-se que luminárias que não são projetadas para produzir
iluminação geral, como luminárias assimétricas ou luminárias para destaque,
não apresentam fator de utilização.
130
Figura 59 – Fator de utilização pelo método dos lúmens CIE, de uma
luminária fluorescente para lâmpada fluorescente tubular T8 modelo DBL 591
2x32W, INDELPA.
Fonte: INDELPA, 2012.
Figura 60– Fator de utilização pelo método das cavidades zonais de uma
luminária fluorescente para lâmpada fluorescente tubular T8 modelo DBL 591
2x32W, INDELPA.
Fonte: INDELPA, 2012.
131
5.8 Fluxo zonal da luminária
O fluxo zonal de uma luminária representa o fluxo luminoso emitido em
zonas de ângulos sólidos cônicos. O método zonal é utilizado para
determinação do fluxo luminoso total da luminária, emitido para o hemisfério
inferior ou superior ou em zonas específicas.
Em luminárias comerciais e industriais, as zonas fotométricas são
seções da esfera imaginária que contém a luminária, sendo que as
extremidades da seção são ângulos concêntricos ao eixo de simetria da
luminária. Conforme a precisão desejada e o tipo de curva fotométrica,
podem ser consideradas zonas de 1°, 2°, 5° e 10° para o cálculo do fluxo
luminoso (BRADLEY et al, 1971).
Em luminárias comerciais são considerados para o cálculo,
geralmente, 18 zonas com ângulos sólidos de 10. Em cada zona é calculado
o
fluxo
luminoso
emitido
pela
luminária
através
de
equações e,
posteriormente, os fluxos zonais são somados para determinação do fluxo
luminoso total da luminária.
5.9 Diagrama de luminância
O diagrama de luminância indica as luminâncias de uma luminária
nos ângulos críticos de visualização (ângulos entre 45º a 85º a partir da
vertical), sendo que, na atualização da Norma ABNT NBR ISO 8995-1/2012,
este diagrama contrapõe as luminâncias críticas às retas que definem
classes de qualidade conforme o nível de iluminância de serviço, conforme
ilustra a figura 61.
As classes de qualidade são definidas pela CIE e indicam:
−
Classe A: qualidade muito elevada
−
Classe B: qualidade elevada
−
Classe C: qualidade média
−
Classe D: qualidade baixa
−
Classe E: qualidade muito baixa
132
Figura 61 – Ângulos críticos de visualização
Fonte: ITAIM,2010.
Figura 62– Diagrama de luminâncias L (cd/m²)
Fonte: ITAIM, 2010.
5.10 Índice de ofuscamento unificado UGR (Unified Glare Rating)
É a definição da CIE para o nível de desconforto por ofuscamento
estabelece o valor máximo permitido deste nível unificado de projeto para
uma instalação de iluminação (os detalhes método UGR estão estabelecidos
na CIE 117-1995).
133
O valor referente ao ofuscamento desconfortável de uma instalação
de iluminação deve ser determinado pelo método tabular do Índice de
Ofuscamento Unificado da CIE, o UGR, baseado na seguinte fórmula,
conforme NBR 8995-1.
UGR = 8.log (0,25.∑L2.ω)
Lb
Fórmula 8
ρ2
Onde:
- Lb é a luminância de fundo (cd/m2)
- L é a luminância da parte luminosa de cada luminária na direção do olho do
observador (cd/m2)
- ω é o ângulo sólido da parte luminosa de cada luminária junto ao olho do
observador (esterradiano)
- p é o índice de posição Guth de cada luminária individualmente,
relacionado ao seu deslocamento a partir da linha de visão.
Os valores do UGR estão baseados na posição padrão do observador,
que foi validada pelo método tabular UGR com razão de 1:1 da relação entre
espaçamento e altura. Os dados do UGR devem ser corrigidos para fluxo
luminoso inicial das lâmpadas utilizadas. Se a instalação da iluminação for
composta por tipos diferentes de luminárias com distintas fotometrias e/ou
lâmpadas, a determinação do valor UGR deve ser aplicada para cada
combinação lâmpada/luminária da instalação. Desta maneira, o maior valor
do UGR encontrado deverá ser considerado como um valor típico para a
instalação inteira e deve estar em conformidade com o UGR limite. Todas as
suposições feitas na determinação do UGR devem ser relatadas na
documentação do projeto.
O valor UGRL da instalação não deve exceder o valor estabelecido na
seção 5 da Norma ABNT NBR ISO 8995-1/2012- Iluminação de ambientes
internos de trabalho (norma aprovada em fase de publicação) e foram
obtidos na escala UGR,
na qual cada passo na escala representa uma
mudança significativa no efeito do ofuscamento, e o menor valor 13
representa o ofuscamento desconfortável menos perceptível.
A escala UGRL é: 13 – 16 – 19 – 22 – 25 – 28.
134
Figura 63 – Diagrama definindo os índices de ofuscamento UGRL
Fonte: WILSON TEIXEIRA, 2012.
Tabela 22 - Exemplos de luminâncias que definem os índices de
ofuscamento UGRL
Índice limite de
ofuscamento unificado
Tipo de ambiente, tarefa ou atividade.
(UGRL)
≤ 16
≤ 19
Desenhos técnicos, torre de controle do tráfego aéreo.
Escritórios, estações de CAD, inspeção de cor
(laboratórios).
Indústrias artesanais, salas comuns de estudantes e salas
≤ 22
de reunião.
≤ 25
Indústrias pesadas, pistas de tráfego.
≤ 28
Plataformas ferroviárias, estacionamentos.
Fonte: Norma ABNT NBR ISO 8995-1: Iluminação de ambientes de trabalho (Norma
aprovada em fase de publicação)
5.11 Fator de manutenção
Com o aumento do tempo do serviço, o fluxo luminoso entregue por
um sistema de iluminação diminui com o envelhecimento das lâmpadas, das
luminárias e o acúmulo de pó. A queda antecipada do fluxo luminoso
depende da escolha das lâmpadas, luminárias e dispositivos de operação,
135
bem como das condições de operação e do ambiente nos quais elas estão
expostas.
A fim de garantir que um nível específico de iluminação – expresso
pela iluminância mantida (Ēm)29 – seja alcançado por um período de tempo
razoável, um fator de manutenção considerado adequado deve ser aplicado
pelo projetista da iluminação, a fim de que seja considerada a diminuição no
sistema de fluxo luminoso.
O fator de manutenção é a relação entre a iluminância mantida e o
nível de iluminância quando o sistema de iluminação é novo.
Figura 64 – Iluminância durante o período de uso de um sistema de
iluminação
Fonte: CIE 97:2005 -Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems.
Os valores do fator de manutenção individual podem ser obtidos com
os fabricantes ou ser encontrados em curvas do valor médio padrão e em
publicações de iluminação, como o Guia de Manutenção de Sistemas
Elétricos, CIE 097:2005 - Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems .
Este guia indica que durante a vida de uma instalação de iluminação a luz
disponível para a tarefa progressivamente diminui, isto devido à acumulação
de sujeiras na superfície e ao envelhecimento dos equipamentos. A taxa de
redução é influenciada pela escolha do equipamento e as condições
ambientais e de funcionamento.
29
Iluminância mantida - Valor abaixo do qual a iluminância média da superfície especificada
não poderá ser reduzida.
136
O projetista, no momento da escolha dos sistemas, deve considerar
a queda do fluxo luminoso do conjunto, utilizando-se de um fator de
manutenção e de um planejamento, por meio de programas de manutenção
adequados para limitar a depreciação.
A futura Norma ABNT NBR ISO 8995-1 – Iluminação de ambientes
de trabalho (em fase de publicação), não indica o uso de um fator mínimo de
manutenção inferior a 0,70.
A Norma ABNT NBR ISO 8995-1,também recomenda a consulta à
CIE 97, por considerar que o sistema de iluminação deve ser projetado com
fator de manutenção geral calculada para o equipamento de iluminação
selecionado, conforme o ambiente espacial e programação de manutenção
especificada. Um fator de alta manutenção, juntamente com um programa de
manutenção eficaz, promove o design de eficiência energética dos sistemas
de iluminação e limita os requisitos de energia instalados de iluminação.
O guia da CIE 97 também descreve os parâmetros que influenciam o
processo de depreciação e desenvolve o procedimento para estimar o fator
de manutenção de sistemas elétricos de iluminação interior. A publicação
fornece informações sobre a seleção do equipamento e da estimativa dos
ciclos de manutenção econômica e dá conselhos sobre técnicas de
manutenção. Mostra, ainda, alguns exemplos de dados, mas para uma maior
precisão recomenda que os dados devem ser obtidos a partir dos fabricantes
Exemplos de fatores de manutenção e os seus homólogos inversos,
fatores de novo valor, são citados a seguir, com base em dados disponíveis
no momento.
As lâmpadas são substituídas individualmente, assim que falham, ou
em grupo, quando a iluminância cai para o nível da iluminância mantida.
A determinação do fator de manutenção (MF) é um múltiplo de
fatores e determinado como exemplificado pela Fórmula 9 a seguir:
MF = LLMF x LSF x LMF x RMF
Fórmula 9
Onde:
LLMF – leva em conta o declínio da potencia em lúmen
LSF – leva em conta o efeito do envelhecimento da lâmpada,
137
LMF – leva em conta os efeitos de redução de potencia de luz, devido ao
acúmulo de sujeira nas luminárias.
RMF – leva em conta a redução da refletância devido à deposição de
sujeira nas superfícies da sala. Em muitos casos, pode-se supor que ''fator de
manutenção da falha da lâmpada = 1'', porque a falha individual das lâmpadas
conduz a uma queda inaceitável do nível iluminação. Por esta razão, torna-se
necessária a substituição individual da lâmpada.
Tabela 23 - Exemplos de fatores de manutenção para sistemas de
iluminação de interiores com lâmpadas fluorescentes.
Fator de
manutenção
0,80
0,67
0,57
0,50
Fator para
o novo
valor
1,25
1,50
1,75
2,00
Exemplo
Ambiente muito limpo, ciclo de manutenção de 1 ano,
2.000 h/ano de vida até a queima, com substituição da
lâmpada a cada 8.000 h, substituição individual, luminárias
direta e direta/indireta, com uma pequena tendência de
coleta de poeira, LLMF = 0,93; LSF = 1,00; LWF = 0,90;
RMF = 0,96
Carga de poluição normal no ambiente, ciclo de
manutenção de 3 anos, 2.000 h/ano de vida até a queima,
com substituição da lâmpada a cada 12.000 h, substituição
individual, luminárias direta e direta/indireta, com uma
pequena tendência de coleta de poeira, LLMF = 0,91; LSF
= 1,00; LWF = 0,80; RMF = 0,90
Carga de poluição normal no ambiente, ciclo de
manutenção de 3 anos, 2.000 h/ano de vida até a queima,
com substituição da lâmpada a cada 12.000 h, substituição
individual, luminárias com uma tendência normal de coleta
de poeira, LLMF = 0,91; LSF = 1,00; LWF = 0,74; RMF =
0.83
Ambiente sujo, ciclo de manutenção de 3 anos, 8.000
h/ano de vida até a queima, com substituição da lâmpada
a cada 8. 000 h, LLB, substituição em grupo, luminárias
com uma tendência normal de coleta de poeira, LLMF =
0,93; LSF = 0,93; LWF = 0,65; RMF = 0,94.
Fonte: CIE 97:2005 -Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems
138
5.11.1 Fatores de manutenção de referência
A multiplicação descrita acima, que objetiva determinar o fator de
manutenção
a
partir
de
componentes
individuais,
oferece
muitas
oportunidades ao projetista da iluminação, com o propósito de que sejam
otimizados os intervalos de manutenção no sistema de manutenção – e por
este motivo o investimento no sistema de iluminação e os custos
operacionais –, através da utilização de lâmpadas adequadas, de luminárias
e dos dispositivos de operação.
Tabela 24 - Fatores de manutenção para sistemas de iluminação de
interiores com lâmpadas fluorescentes, conforme condições da instalação.
Onde uma ou mais das seguintes condições se aplicam, os fatores de
manutenção podem geralmente ser incrementados.
• Utilização de lâmpadas sujeitas a pequena depreciação da luz
•
•
•
•
•
•
•
0,8
(dependendo da vida até a queima); por exemplo, lâmpadas
fluorescentes
Utilização de luminárias como pequena tendência de coleta de
poeira
Utilização de dispositivos de operação que aumentam a vida útil da
lâmpada (por exemplo, EB)
Pequenos períodos de serviço técnico por ano
Baixo número de operações por ano
Curtos intervalos de limpeza e/ou manutenção, substituição
individual e em grupo da lâmpada.
Baixa exposição à poeira na atmosfera
Baixa tendência de coleta de poeira e/ou para superfícies refletivas
se tornarem descoloridas.
Valor de referência:
0,67
• Utilização de lâmpadas sujeitas a depreciação da luz marcada
•
•
•
•
•
•
(dependendo da vida até a queima); por exemplo, lâmpada de vapor
metálico
Utilização de luminárias com tendência a coleta de poeira
Longos períodos de serviço técnico por ano
Número grande de operação por ano
Longos intervalos de limpeza e/ou manutenção (por exemplo, por
causa do difícil acesso), substituição da lâmpada somente em
grupo.
Alta exposição à coleta de poeira ou exposição à fumaça de tabaco
Tendência de coleta de poeira e/ou para superfícies refletivas se
tornarem descoloridas.
0,5
Fonte: CIE 97:2005 -Maintenance of Indoor Electric Lighting Systems.
139
Para uma estimativa do planejamento do projeto ou onde
informações detalhadas não estão disponíveis, inicialmente parece razoável
que se assuma um fator de manutenção de referência de 0,67.
Mais tarde, quando as lâmpadas e as luminárias utilizadas forem
identificadas e o ambiente e as condições de operação forem conhecidas, o
valor de referência pode ser modificado.
O fator de manutenção é algumas vezes abreviado por MF. As
abreviações foram tiradas da publicação CIE 97.
5.11.2 Fator de manutenção do fluxo luminoso LLMF
Como o tempo de serviço aumenta o fluxo luminoso emitido de
praticamente qualquer lâmpada também diminui, devido ao resultado do
envelhecimento. O quanto este decréscimo é de forma gradual e acentuada,
dependerá do tipo e do valor em watt da lâmpada em questão e, onde
aplicável, do dispositivo de operação utilizado. A relação do fluxo luminoso
após um determinado número de horas de operação do fluxo luminoso,
quando a lâmpada era nova, é indicada pelo fator de manutenção do fluxo
luminoso (LLMF).
Os valores LLMF podem ser obtidos com os fabricantes, encontrados
em curvas de valores médios padronizados e em publicações sobre
iluminação como a publicação CIE 97- Maintenance of indoor electric lighting
systems.
5.11.3
Fator de sobrevivência da lâmpada LSF
Cada lâmpada em um sistema de iluminação possui uma vida única,
que é maior ou menor que a média da vida útil. A vida média útil é o número
de horas onde um grupo de lâmpadas sob observação funciona antes que a
metade das lâmpadas falhe. A probabilidade que uma referida série ainda
funcionará após um determinado número de horas de operação é expressa
pelo fator de sobrevivência da lâmpada (LSF).
Tal como acontece com o fator de manutenção do fluxo luminoso, a
magnitude e o tempo do fator de sobrevivência da lâmpada dependem do
tipo e do valor em watt da lâmpada em questão. No caso das lâmpadas de
140
descarga, o LSF também dependerá do dispositivo de operação utilizado e a
frequência de operação do sistema.
No caso de lâmpadas fluorescentes, a vida média útil é normalmente
calculada com base em um ciclo de acendimento de 2 3/4 h ligada por 1/4 h
desligada. Com as lâmpadas de descarga, o ciclo de acendimento é de 11h
ligada por 1 h desligada. Os valores LSF são obtidos a partir das mesmas
fontes dos valores LLMF.
5.11.4
Fator de manutenção da luminária LMF
De um modo geral, a sujeira depositada sobre as lâmpadas e as
luminárias provoca uma redução maior no fluxo luminoso do que qualquer
outro fator. O grau de perda de luminosidade depende do tamanho e
natureza das partículas do ar poluente, do projeto das luminárias e das
lâmpadas nelas utilizadas.
A publicação CIE 97 propõe um esquema de seis estágios do tipo de
codificação em luminárias comuns. Aqui, dependendo do tipo da luminária e
o acúmulo de poeira/sujeira, os fatores de manutenção da luminária (LMF)
podem ser determinados como uma função do tempo em que as luminárias
passaram pelo sistema de iluminação desde a última operação de limpeza.
5.11.5
Fator de manutenção da sala RMF
O fator de manutenção da sala (RMF) pode ser definido como a
relação entre a utilância 30 em um dado momento com a utilância quando a
ultima limpeza das superfícies da sala foi realizada.
Como a utilância, o fator de manutenção da sala depende
basicamente do tamanho da sala, da refletância das superfícies da sala e da
distribuição do fluxo luminoso do sistema de iluminação. Além disso, o fator
de manutenção da sala depende do tipo e da quantidade de sujeira no ar,
que têm uma relação direta na redução da refletância da superfície da sala.
30
Utilância - De uma instalação de iluminação, e em relação a uma superfície de referência
dada, é a razão do fluxo luminoso recebido pela superfície de referência, para a soma dos
fluxos totais das luminárias individuais da instalação. Unidade: (U).
141
6.1 Introdução
O alumínio é o elemento metálico não ferroso 31 mais abundante na crosta
terrestre (8%), depois do oxigênio e do silício. Mesmo utilizado milênios antes
de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150
anos. Sua produção atual supera a soma de todos os outros metais não
ferrosos.
Figura 65 - Elementos metálicos não-ferrosos na crosta terrestre.
Série1; Série1; silício;
cálcio,sódio, 2,80%; 4%
potássio e todos
os outros; 12%;
16%
Série1; ferro;
5%; 6%
Série1; alumínio;
8%; 11%
silício
alumínio
oxigênio
Série1; oxigênio;ferro
47%; 63%
cálcio,sódio, potássio e
todos os outros
Fonte: European Aluminium Association, 2009.
Há mais de sete mil anos, os ceramistas da Pérsia fabricavam vasos
de barro com óxido de alumínio 32, conhecido atualmente como alumina 33 e,
30 séculos mais tarde, os egípcios e babilônicos utilizavam outro composto
similar em seus cosméticos e produtos medicinais. Até então, nada se sabia
31
Não-ferroso - O termo é usado para indicar outros metais e ligas sem uma apreciável
quantidade de ferro, como por exemplo ligas de cobre e de alumínio.
32
Óxido de alumínio (Al2O3) – Conhecido com alumina, é um composto químico de oxigênio
e alumínio.
33
Alumina - Óxido de alumínio de alta pureza que, por meio do processo de redução, dá
origem ao alumínio metálico.
142
sobre o metal na forma como o conhecemos hoje. O seu desconhecimento
ao longo do tempo deve-se ao fato que, ao contrário de outros elementos
metálicos como o cobre e o ferro, o metal puro não é encontrado
naturalmente, existindo sempre combinações com outros elementos,
principalmente o oxigênio, com o qual forma um óxido extremamente duro,
conhecido como alumina.
O processo percorrido até conhecermos o alumínio na sua forma
atual foi longo. Em 1809, o químico inglês Humphrey Davy foi o mentor da
descoberta do que até então mais se aproximava do alumínio, fundindo ferro
na presença de alumina. Davy propôs o nome de alumium para este metal, e,
mais tarde, concordou em alterá-lo para aluminum. Pouco tempo depois, o
nome aluminium (alumínio) foi adotado para concordar com a terminação do
nome da maior parte dos elementos, generalizando-se esta designação por
todo o mundo.
Em 1821 o francês Pierre Berthier descobre a bauxita, um minério
avermelhado que contém 52% de óxido de alumínio, perto da aldeia de Lês
Baux, no sul da França. Além da bauxita, o único minério que serve de
matéria-prima para o metal é a nefelina 34, um silicato de sódio, potássio e
alumínio. Em 1825 o físico dinamarquês Hans Christian Oersted consegue
isolar o alumínio de outra maneira, a partir do cloreto de alumínio na forma
como é conhecido hoje.
A primeira obtenção do alumínio por via química foi realizada em
1854, pelo químico francês Henry Saint-Claire Deville. Em 1855, em uma
exposição de Paris, Deville apresenta o primeiro lingote 35 de um metal muito
mais leve que o ferro.
Torna-se público, em 1886, o processo de obtenção de alumínio por
meio da redução eletrolítica da alumina dissolvida em banho fundido de
criolita 36. Esse procedimento foi desenvolvido separadamente pelo norteamericano Charles Martin Hall e pelo francês Paul Louis Toussaint Héroult,
que o descobriram e o patentearam-no quase simultaneamente. Esse
processo ficou conhecido como Hall-Heróult, e já neste período percebeu-se
34
Nefelina - Mineral silicato de alumínio e sódio do grupo dos feldspatóides (NaAlSiO4).
Lingote - É o produto fundido na planta de redução, que se destina a fabricações de outros
produtos por meio dos processos de laminação e extrusão.
36
Criolita - Mineral fluoreto de sódio e alumínio (Na3AlF6).
35
143
a grande abrangência de aplicação que o metal teria em distintos setores da
indústria.
Inicialmente, o custo de produção do alumínio era elevado e suas
primeiras aplicações foram limitadas a trabalhos luxuosos, como em
estatuetas e placas comemorativas. Com o desenvolvimento dos processos
industriais, o metal passou a estar disponível em maiores quantidades, sendo
gradualmente utilizado em utensílios de cozinha e em alguns dos primeiros
automóveis que já possuíam painéis revestidos de alumínio comercialmente
puro.
No início do Século XX, com o rápido e notável crescimento da
importância do alumínio, as indústrias que o processavam começaram a
trabalhar na produção de ligas de alumínio com propriedades mecânicas
mais elevadas. Os primeiros experimentos ocorreram através de tentativas e
erros, aliados a observações perspicazes, responsáveis pelo aprimoramento
dos princípios metalúrgicos fundamentais envolvidos.
6.2 Processo de obtenção do alumínio
Para a obtenção do alumínio em escala industrial, nos dias atuais,
empresas produtoras de bauxita grau metalúrgicas são integradas,
produzindo desde o minério (bauxita), seguindo para a refinaria onde será
produzida a alumina, posteriormente chegando à fundição onde será
fabricado o alumínio primário, conforme figura 66 a seguir.
Figura 66 – Esquema produção integrada para obtenção do alumínio
ESTRUTURA
Produto
MINA
bauxita
REFINARIA
FUNDIÇÃO
alumina
alumínio
Fonte: MARTIRES, 2007.
A bauxita, que denominamos de bauxita grau metalúrgica, é
composta por no mínimo 55% de óxido de alumínio (Al2O3), máximo de 7%
144
de óxido de silício (SiO2) reativa, 8% de óxido de férrico (Fe2O3) – também
conhecido como hematita – e 4% de óxido de titânio (TiO2).
A bauxita também é empregada na indústria química, de abrasivos e
de cimento. São as bauxitas grau não metalúrgica ou refratária (alta
alumina), e composta em base calcinada em no mínimo 85% (em peso) de
óxido de alumínio (Al2O3), máximo de 7% de óxido de silício (SiO2) reativa,
máximo 3,75% de óxido de férrico (Fe2O3), e no máximo 3,75% de óxido de
titânio (TiO2), com densidade relativa de 3,1 37.
As reservas de bauxita encontram-se localizadas em regiões
tropicais e subtropicais e, de acordo com o International Aluminium Institut
(IAI), em três principais tipos de clima: tropical (57%), mediterrâneo (33%) e o
subtropical (10%).
Os principais países produtores de bauxita são Austrália, China,
Indonésia, Brasil, Guiné, Índia e Jamaica. Atualmente o Brasil ocupa a 4ª
posição no ranking da produção, atingindo 32.028 toneladas em 2010 38.
Possui também a terceira maior reserva mundial de bauxita, cujo potencial é
da ordem de 2,5 bilhões de toneladas, concentrada principalmente na região
Norte do país (estado do Pará), e sua principal concessionária é a Mineração
Rio do Norte S.A. A empresa deverá atingir 18 milhões de toneladas/ano a
partir de 2013. Nesse ranking também se destaca o desempenho da mina de
Juriti (PA) da Alcoa Alumínio S.A, que já atingiu sua plena capacidade de
produção.
As reservas brasileiras são caracterizadas por apresentarem
aspectos tanto grau metalúrgico (83,7%), bem como de grau não-metalúrgico
ou refratário (16,3%), e as reservas de bauxita no Brasil são do tipo trihidratado, enquanto as jazidas encontradas na França, Grécia e Hungria são
do tipo mono-hidratados. É especialmente positivo esse fato, pois as plantas
de alumina projetadas para utilizarem bauxitas tri-hidratadas exigem
pressões e temperaturas mais baixas, o que implica custos de tratamentos
menores. Além
disso,
apresentam
características
químicas
que
se
enquadram nos padrões exigidos pelo mercado mundial.
37
Densidade relativa - Razão entre a massa específica de um mineral e a massa específica
0
da água destilada a 4 C.
38
ABAL – Associação Brasileira do Alumínio. Anuário Estatístico da Associação Brasileira,
2010.
145
Figura 67– Bauxita
Bauxita
Fonte: CBA, 2011.
A bauxita deve apresentar no mínimo 30% de alumina aproveitável,
para que a produção de alumínio seja economicamente viável. O processo
de obtenção de alumínio primário é feito a partir da bauxita e divide-se em
três etapas: mineração, refinaria e redução.
Mineração - O alumínio não é encontrado diretamente em estado
metálico na crosta terrestre. Sua obtenção depende de etapas de
processamento até se alcançar o estado em que o vemos normalmente.
O processo da mineração da bauxita, que origina o alumínio, consiste
na extração do minério propriamente dita. Antes da extração, a camada
superior do solo e da vegetação (com espessura variando entre 10 e 50 cm)
é removida de forma planejada e armazenada, para uso posterior no
processo de recuperação da área lavrada. A bauxita geralmente se encontra
depositada próxima à superfície, com uma espessura variável, dependendo
da sua formação geológica, ocorrendo geralmente em faixas que variam de 3
a 10 metros, o que possibilita a sua extração a céu aberto.
A
extração
(lavra)
é
efetuada
utilizando-se
retroescavadeiras
hidráulicas, que permitem que se explore seletivamente o terreno a
diferentes profundidades, para que haja o melhor aproveitamento possível do
minério disponível e menor dano ao solo. O minério extraído é então
transportado para a planta de beneficiamento, por carretas basculantes com
capacidades que variam entre 10 e 30 toneladas.
As áreas mineradas são recuperadas após a conclusão da mineração.
Procede-se então a sua reabilitação, de forma que retome da melhor maneira
possível o seu estado natural. Atualmente, 60% das áreas mineradas no
Brasil para a extração da bauxita são totalmente reabilitadas, sendo a maior
146
parte com a vegetação nativa. Assim, as indústrias de mineração promovem
o uso temporário das terras, devolvendo-as recuperadas ao meio ambiente.
São construídas bancadas intermediárias para correção do relevo e
poços de decantação para controle da erosão, e o solo original é então
recolocado. Feito isso, inicia-se a reposição gradual da vegetação, através
da inserção de gramíneas, espécies pioneiras e, finalmente, a vegetação
perene, composta por árvores nativas, nobres e que obedecem aos
contornos topográficos originais, minimizando os impactos ambientais.
Segundo dados de 1999 do International Aluminium Institut (IAI), a
reabilitação de minas de bauxita em diversos climas, topografias e condições
ecológicas obteve um grande progresso, sendo que 70% das áreas estão
retornando à condição de floresta nativa, 17% a pastagens e agricultura, 3%
a florestas comerciais, e os 10% restantes são usados em áreas urbanas,
habitacionais e recreativas. Esta pesquisa envolveu 27 localizações de
minas, que representam 71% da produção mundial de bauxita e teve a
participação de todas as mineradoras brasileiras.
O processo de beneficiamento 39 da bauxita depende dos teores de
concentração do minério, além de outras características, e pode incluir a
britagem 40, lavagem etc., para que se torne adequado ao processamento
posterior. Essas atividades, aliadas ao emprego de ciclones e peneiras de
alta frequência, permitem aproveitar ao máximo a bauxita contida no minério
bruto e separar boa parte das impurezas, como argila, areia e outros
resíduos.
Após a etapa de beneficiamento é necessário tratar os resíduos41 da
lama resultante das atividades de mineração da bauxita, que se apresenta
sob a forma de uma polpa alcalina, contendo partículas sólidas. Por esse
motivo, sua disposição exige cuidados especiais para evitar a contaminação
das águas superficiais e subterrâneas.
Para assegurar a proteção do solo e dos mananciais 42 subterrâneos,
são construídos próximo à refinaria lagos de resíduos de bauxita que são
revestidos internamente por dupla camada de impermeabilizante (argila e
39
Beneficiamento - Fazer a beneficiação de produtos, como os metais.
Britagem - É o processo primário de trituração, fragmentação ou moagem de materiais
rochosos (carvão, minério). Ato ou ação usada para reduzir sólidos a partículas diminutas.
41
Resíduos - O que resta de substâncias submetidas à ação de diversos agentes.
42
Mananciais - Nascente de água, origem ou fonte abundante, celeiro inesgotável.
40
147
PVC 43). Sistemas de drenagem de fundo permitem recolher a água com
soda, bombeando-a para ser reciclada no processo. No sistema de
drenagem superficial, a água neutralizada é lançada ao meio ambiente.
No processo seguinte ao beneficiamento, a bauxita é disposta em
pilhas de homogeneização, através de correias transportadoras e de
empilhadeiras automáticas. Essas pilhas permitem a equalização de
propriedades entre lotes de minério proveniente de diversas frentes de
mineração. Após o beneficiamento e homogeneização 44, o minério é
transportado para a fábrica por via férrea, em vagões apropriados.
Os carregamentos chegam às fábricas provenientes das áreas de
mineração. Nesse ponto, obtém-se bauxita com teores médios em cerca de
3,5% de sílica reativa, 42% a 43% de alumina aproveitável e a
granulometria 45 (tamanho médio das pedras do minério) abaixo de duas
polegadas 46 (5 cm), características adequadas à fase de processamento que
se inicia.
Refinaria - A alumina, óxido de alumínio de alta pureza, é o
resultado do processamento químico da bauxita conhecido como processo
Bayer 47.
Essa operação se realiza em uma fábrica denominada refinaria, onde
o minério é transformado em alumina calcinada, que será utilizada no
processo eletrolítico subsequente, como o principal insumo para a produção
de alumínio. O minério segue então para moagem nos moinhos de bola.
43
PVC - Policloreto de polivinila (também conhecido como cloreto de vinila ou policloreto de
vinil; nome IUPAC policloroeteno): mais conhecido pelo acrónimo PVC (da sua designação
em inglês Polyvinyl chloride) é um plástico não 100% originário do petróleo.
44
Homogeneização – Ação de homogeneizar.
45
Granulometria - A parte sólida dos solos é composta por um grande número de partículas
que possuem diferentes dimensões; é possivel determinar faixas pré-estabelecidas de
tamanho de grãos, conhecidas por análise granulométrica.
46
Polegadas - Menor unidade de distância no sistema de medidas dos países anglosaxônicos. Qualquer distância menor que uma polegada é medida em frações de polegada.
Já o sistema métrico utiliza pequenas distâncias em centímetros e milímetros. Uma polegada
equivale a 2,54 cm. O símbolo da polegada é “.
47
Processo Bayer é o principal método industrial para produzir alumina a partir de bauxita.
Patenteado pelo austriaco Karl Bayer, em 1889, e baseado na dissolução da bauxita com
hidróxido sódico, este processo foi se impondo até converter-se, a partir dos anos 1960, na
única fonte industrial de alumina e, portanto, de alumínio no mundo.
148
Nesse processo, acrescenta-se soda cáustica, cal e água à bauxita, obtendose uma mistura pastosa, a pasta densa.
Essa mistura segue para as autoclaves para cozimento. Nessa fase
ocorre a formação do aluminato de sódio 48, composto instável obtido a partir
da reação entre a soda cáustica e a alumina. Após a filtragem, decantação e
diminuição da temperatura do composto, ocorrem a separação da soda
cáustica e a formação do hidróxido de alumínio, ou hidrato, de alta pureza.
A soda cáustica recuperada é reaproveitada no processo. O hidrato
segue então para o forno de calcinação, onde é transformado em alumina, o
óxido de alumínio.
Figura 68 – Fases da produção de alumina - da entrada do minério à saída
do produto.
Fonte: ABAL, 2010.
Além da bauxita e de combustíveis energéticos, a produção de uma
tonelada de alumina requer outros insumos, cujo consumo depende da
qualidade do minério. A Tabela 25, exposta a seguir, apresenta os
parâmetros do consumo de outros insumos.
48
Aluminato de sódio - É um composto químico inorgânico de grande importância industrial.
Ele constitui uma fonte de hidróxido de alumínio utilizado em um grande número de
aplicações técnicas. Na forma anidra, é um sólido cristalino branco, óxido misto de sódio e
de alumínio, de fórmula química Na2Al2O.
149
Tabela 25 - Parâmetros do consumo de alumina
Bauxita (t/t)
Cal (kg/t)
Soda cáustica (kg/t)
Vapor (t/t)
Óleo combustível - calcinação (kg/t)
Floculante sintético (g/t)
Energia elétrica (kwh/t)
Produtividade (Hh/t)
Água m³/t
1,85 a 3,4
10 a 50
40 a 140
1,5 a 4,0
80 a 130
100 a 1000
150 a 400
0,5 a 3,0
0,5 a 2,0
Fonte: Associação Brasileira de Alumínio (ABAL), 2010.
Redução - Redução do alumínio é o processo de transformação da
alumina em alumínio metálico. A alumina é dissolvida em um banho de
criolita 49 fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em
oxigênio. Este último se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se
na forma de dióxido de carbono e em alumínio líquido, que se precipita no
fundo da cuba eletrolítica. Após esse processo, o metal líquido (já alumínio
primário) é transferido para a refusão através de cadinhos50. O alumínio sai
das cubas no estado líquido, a aproximadamente 850ºC, e é então
transportado para a fundição, onde são ajustadas a sua composição química
e forma física. As Figuras 69 e 70 a seguir explicitam o processo de redução.
São necessárias cerca de cinco toneladas de bauxita para produzir
duas toneladas de alumina, e duas toneladas de alumina para produzir uma
tonelada de alumínio pelo processo de redução.
49
50
Criolita: Mineral fluoreto de sódio e alumínio (Na3AlF6).
Cadinhos: Vasos metálicos utilizados em operações químicas, a temperaturas elevadas.
150
Figura 69 – Salas de cubas.
Fonte :ABAL,2010.
Figura 70 – Célula de redução.
Fonte:ABAL,2010
Os principais insumos 51 para a produção de alumínio primário durante
o processo de redução são descritos na Tabela 26, a seguir.
Tabela 26 - Insumos para a produção de alumínio primário (ano-base 2010)
Alumina (1.000 toneladas)
2 860,0
Energia elétrica (GWh)
23 982,0
Criolita (1.000 toneladas)
8,2
Fluoreto de alumínio (1.000 toneladas)
33,9
Coque de petróleo (1.000 toneladas)
550,6
Piche (1.000 toneladas)
172,4
51
Insumos - O que entra como matéria-prima, força de trabalho, consome de energia etc,
para se conseguir um produto.
151
Óleo combustível (1.000 toneladas)
30,7
Fonte: ABAL, 2010.
6.3 Propriedades físicas e químicas
As características e propriedades do alumínio o tornam um dos mais
versáteis materiais utilizados na construção civil e indústrias de quase todos
os segmentos.
O ponto de fusão do alumínio puro (99,80% de pureza) é de 660°C,
valor considerado relativamente baixo se comparado com o ponto de fusão
do aço, que é da ordem de 1.570°C.
Ligas de alumínio, devido à presença de outros metais, possuem, em
geral, um ponto de fusão 52 mais baixo que o do alumínio puro. A liga 6060,
com aproximadamente 2% de elementos de liga, funde-se à temperatura
entre 600°C e 650°C, enquanto a liga 7075, com aproximadamente 10% de
liga, funde-se à temperatura entre 475°C e 640°C.
A leveza é uma das principais propriedades do alumínio. Seu peso
específico é de cerca de 22,70 g/cm³, aproximadamente 35% do peso do aço
e 30% do peso do cobre. Essa característica, aliada ao aumento da
resistência mecânica por adição de elementos de liga e tratamentos
térmicos, torna o alumínio o material com significativa indicação às indústrias
da aeronáutica e de transportes.
Com relação à resistência mecânica, o alumínio comercialmente puro
apresenta resistência à tração de aproximadamente 90 MPa 53. Sua utilização
como material estrutural nesta condição é limitada. Entretanto, sua
resistência mecânica pode ser praticamente dobrada por meio do trabalho a
frio. Aumentos maiores na sua resistência podem ser obtidos com pequenas
adições de outros metais como elementos de liga, como silício, cobre
manganês, magnésio, cromo, zinco, ferro, zircônio, lítio, estanho etc.
52
Ponto de fusão - Designa a temperatura a qual uma substância passa do estado sólido ao
estado líquido.
53
MPa – Megapascais, unidade-padrão de pressão e tensão no Sistema Internacional de
Unidades - SI.
152
Tabela 27 – Propriedades do alumínio
Número atômico:
Peso atômico:
Ponto de fusão:
Ponto de ebulição:
Limite de resistência (recozido)
Limite de escoamento (recozido)
Alongamento (recozido)
Densidade (20°C)
Contração na ebulição
Contração do ponto de fusão (até 20°C)
Condutividade térmica a 25°C
Refletividade
Estados de oxidação:
13
2,70g/cm³
660º C
2.467º C
4,8 kgf/mm²
1,0 kgf/mm²
65%
2,702 kgf/dm³
6,6%
5,6 %
0,53 cal/cm/°C
24% - 83%
3
Fontes: ABAL, 2011.
Assim como o alumínio puro, as ligas não tratáveis 54 podem também
aumentar sua resistência por meio do trabalho a frio. Já as ligas tratáveis 55
podem ainda apresentar aumento de resistência, por meio de tratamento
térmico.
Algumas
ligas
chegam
a
ter
resistência
à
tração
de
aproximadamente 700 MPa.
O alumínio puro possui resistividade de 0,00000263 ohms/cm³ 56 e
condutividade elétrica de 62% da International Annealed Copper Standard
(IACS), a qual, associada à sua baixa densidade, significa que um condutor
de alumínio pode conduzir tanta corrente quanto um condutor de cobre, que
é duas vezes mais pesado e proporcionalmente mais caro.
A alta condutividade térmica do alumínio torna-o um dos metais mais
usados na fabricação de utensílios domésticos. Essa característica é
importante meio de transferência de energia térmica, tanto no aquecimento
quanto no resfriamento. Assim, os trocadores ou dissipadores de calor em
alumínio são comuns nas indústrias alimentícias, químicas, petrolíferas,
aeronáuticas etc. O alumínio é também um excelente refletor de energia
radiante, devido ao grande alcance dos comprimentos de onda 57 desde os
raios ultravioletas, dentro dos espectros visíveis, até os raios infravermelhos
e onda de calor, tanto quanto ondas eletromagnéticas de rádio e radar. O
54
Ligas não tratáveis - Não são endurecidas por meio de tratamento térmico.
Ligas tratáveis– São endurecidas por meio de tratamento térmico.
56
Ohms/cm³ - Resistividade elétrica. Unidade ohm metro (Ωm).
57
Comprimentos de onda (λ): Distância, medida na direção de propagação de uma onda
periódica, entre dois pontos sucessivos no quais a fase é a mesma. Unidade: metro (m).
55
153
alumínio puro possui uma condutibilidade térmica (k) 4,5 vezes maior que a
do aço.
O alumínio novo, não oxidado, tem refletividade acima de 80%, o que
permite ampla utilização em coberturas e sistemas óticos e refletores
utilizados na produção de luminárias. Coberturas de alumínio refletem alta
porcentagem dos raios incidentes do sol. Assim, edificações cobertas com
este material proporcionam melhores condições de conforto térmico interno
dos ambientes.
Importante elemento de barreira à luz, o alumínio também é
impermeável à ação da umidade e do oxigênio. A indústria de iluminação
adota o processo de anodização, resultante da ação combinada de um
tratamento mecânico e/ou químico sobre a superfície do alumínio, com a
intenção de maximizar a refletividade 58 e obter uma boa aparência
superficial.
A característica nuclear do alumínio representa propriedade de
importância na engenharia nuclear, por sua baixa absorção de nêutrons. Tal
propriedade não impede significativamente a passagem dessas partículas –
que mantêm a reação nuclear no combustível de urânio –, tornando-o um
material eficiente e de uso intensivo no núcleo dos reatores de baixa
temperatura.
Por possuir características não tóxicas, o alumínio é utilizado em
utensílios domésticos sem causar qualquer efeito nocivo ao organismo
humano. Pelo mesmo motivo, é muito utilizado em embalagens das
indústrias alimentícia e farmacêutica.
O alumínio não é ferromagnético (característica importante para
aplicações eletroeletrônicas); o alumínio líquido tem baixa emissividade 59,
funcionando como material isolante em algumas aplicações. O metal
apresenta baixa viscosidade 60 ou alta fluidez, o que lhe permite fluir
facilmente por meio de pequenas aberturas e fissuras, mesmo com baixa
58
Refletividade - Capacidade foto energética de filtrar raios luminosos através da reflexão da
radiação
59
Emissividade - Proporção entre a quantidade de calor irradiado pela superfície de um
corpo dado e a de um corpo negro de superfície e temperatura idêntica, cujo poder de
emissão serve de unidade.
60
Viscosidade - É causada pelo atrito interno das moléculas do fluido, em movimento umas
contra as outras.
154
pressão de vazamento. A viscosidade do alumínio, na temperatura normal de
fundição, é quase a mesma da viscosidade da água à temperatura ambiente.
Material de alta reatividade química, o alumínio líquido tem sua
atividade aumentada com a elevação da temperatura, e combina
quimicamente com muitas substâncias, liberando grande quantidade de
energia e calor.
Muitas aplicações requerem extrema versatilidade que somente o
alumínio possui. A combinação de suas propriedades permite novas
aplicações. A Tabela 28 apresenta uma comparação entre as características
dos três metais mais utilizados pela sociedade contemporânea.
Tabela 28 – Propriedades físicas típicas do alumínio/ aço/cobre.
Propriedades físicas típicas
Densidade (g/cm³)
Temperatura de fusão (°C)
Módulo de elasticidade (MPa)
Condutibilidade térmica a 25°C (Cal/cm/°C)
Condutibilidade elétrica a 25°C (% IACS)
Alumínio
2,7
660
70000
0,53
61
Aço
7,86
1500
205000
0,12
14,5
Cobre
8,96
1083
110000
0,94
100
Fonte: ABAL, 2010.
6.4 Processos industriais
O alumínio é facilmente fabricado por todos os processos
metalúrgicos usuais e está disponível em uma ampla variedade de formas,
comparadas a outros materiais. O alumínio pode ser fundido por qualquer
método conhecido, pode ser laminado em qualquer espessura até folhas
mais finas que as de papel, e chapas de alumínio podem ser estampadas,
cunhadas, repuxadas e corrugadas. Pode ser extrudado numa infinidade de
perfis, forjado ou impactado.
Fundição – A fundição 61 é o ponto de partida para a fabricação de
todos os produtos. É lá também que se preparam as diferentes ligas de
alumínio, destinadas a diferentes tipos de produtos e aplicações.
61
Fundição - Ação ou efeito de fundir metais. Fábrica onde eles se fundem.
155
Nessa fase, são produzidos lingotes, tarugos, placas e vergalhões,
em ligas de propriedades especialmente adequadas a aplicações especiais e
a processos específicos de fabricação.
A principal matéria-prima utilizada na fundição é o alumínio primário,
vindo diretamente das salas fornos, no estado líquido, a aproximadamente
850 ºC. Ele é introduzido nos fornos de fusão, por meio de cadinhos com
capacidade média de cinco toneladas. O alumínio puro recebe então a
adição de outros elementos para a formação das ligas.
Figura 71 – Vazamento de liga de alumínio
Fonte: ABAL, 2011.
A fundição foi um dos primeiros processos industriais utilizados na
produção de artigos de metal. As propriedades do alumínio e a tecnologia
moderna
oferecem
excelentes
condições,
com
controles
científicos
adequados, para que se possam produzir grandes quantidades de peças
mantendo uma qualidade uniforme. O mercado conta com excelentes ligas
de alumínio, que proporcionam uma grande variedade de propriedades para
as peças fundidas. As principais propriedades são a baixa temperatura de
fusão, a forte tendência à oxidação, a baixa densidade, a alta condutividade
térmica e o elevado coeficiente de dilatação.
Para grandes volumes de peças, a fundição em matriz sob pressão é
a mais utilizada. O metal é forçado a penetrar em matrizes de aço sob a força
156
de pressão hidráulica. Os fundidos com grande precisão de detalhes são
produzidos desta forma.
As peças fundidas de alumínio têm suas principais aplicações na área
automotiva e de transportes, que representam cerca de 60% do consumo do
alumínio neste segmento. Como exemplo, temos os blocos de motor, caixas
de câmbio, carcaça de motores e rodas para automóveis e veículos pesados,
entre outros.
Na fundição são produzidos lingotes, tarugos, placas, vergalhões e
chapas. Esses produtos tanto se destinam à comercialização, à utilização e
na fabricação de produtos laminados, extrudados 62 e cabos.
6.4.1
Sistema de classificação do alumínio e suas ligas
As ligas de alumínio são bastante utilizadas em diversas aplicações
industriais, graças à sua elevada resistência e solidez. O cobre, o magnésio
e o silício são alguns dos elementos que mais se apresentam a formar liga
com o alumínio. Esse tipo de combinação, de que existem inúmeras
variedades, é a chamada liga leva. Entre as de maior interesse industrial,
cabe mencionar o duralumínio (de Düren), formado por 93,2% a 95,5% de
alumínio, 3,5% a 5,5% de cobre, 0,5% a 0,8% de magnésio e, em alguns
tipos, silício.
As ligas de alumínio e magnésio são empregadas na construção
naval, graças à sua elevada resistência à corrosão e soldabilidade; e as ligas
de alumínio e silício desempenham papel importante na indústria
automobilística, devido à sua elevada resistência mecânica e peso reduzido,
assim como na fabricação de componentes elétricos.
A tradicional liga de alumínio, o duralumínio (conhecida também
como alumínio-cobre-magnésio), pode ser endurecido por um tratamento
estrutural (maturação ou envelhecimento) que a torna utilizável na fabricação
de automóveis e aviões. Outras ligas, com cobre-níquel, com magnésio
(alumig), com magnésio-zinco (zicral), sofrem igualmente esse tratamento
térmico característico. Em forma de peças de fundição, a liga de alumínio-
62
Extrudado- É o produto obtido no processo de extrusão.
157
silício (alpax) é utilizada na produção de blocos de motores de êmbolos de
automóveis.
Para a obtenção dessas ligas é necessário utilizar um alumínio de
alta pureza (99,99%), requisito que tem levado ao desenvolvimento de
diversos processos de obtenção desse metal, todos baseados na redução da
alumina extraída da bauxita.
As ligas de alumínio são divididas e subdivididas em dois grupos:

Ligas conformadas ou trabalhadas (wrought alloys) – ligas destinadas à
fabricação de produtos semiacabados, como laminados planos (placas,
chapas e folhas), laminados não planos (tarugos, barras e arames),
perfis extrudados e componentes forjados.

Ligas fundidas (cast alloys) – ligas destinadas à fabricação de
componentes fundidos.
Somando-se as ligas conformadas e as ligas fundidas, existem mais
de 600 ligas reconhecidas industrialmente e subdivididos em dois grupos:

Liga não tratável – Não são endurecidas por meio de tratamento
térmico.

Liga tratável termicamente – São endurecidas por meio de tratamentos
térmicos.
Nomenclaturas de ligas conformadas, como exemplificado:

1XXX - Alumínio puro não ligado, com 99,00% mínimo de Alumínio
(Al).

2XXX - Ligas contendo Cobre (Cu) como elemento de liga principal e
adições de outros elementos, principalmente Magnésio (Mg).

3XXX -
Ligas contendo Manganês (Mn) como elemento de liga
principal.

4XXX - Ligas contendo Silício (Si) como elemento de liga principal.

5XXX principal.
Ligas contendo Magnésio (Mg) como elemento de liga
158

6XXX - Ligas contendo Magnésio (Mg) e Silício (Si) como elementos
principais de liga.

7XXX - Ligas contendo Zinco (Zn) como elemento de liga principal e
adições de Cobre (Cu), Magnésio (Mg), Cromo (Cr) e Zircônio (Zr).

8XXX–
Ligas cujas composições apresentam diferentes elementos,
como Estanho (Sn) ou Lítio (Li).

9XXX – reservada para uso futuro.
Para identificá-las, seguimos as seguintes nomenclaturas:
Na série 1XXX, os dois últimos dígitos indicam a % de Al acima de
99%.
−
Liga 1050 - 99,50% de Al
−
Liga 1060 - 99,60% de Al
O segundo dígito indica modificações no limite de impurezas ou a
adição de outro elemento na liga. Se o segundo dígito for 0 (zero), indica
que o alumínio (Al) não foi ligado e apresenta o limite de impureza
convencional. Os números entre 1 (um) e 9 (nove) indicam controle especial
sobre uma ou mais impurezas ou a adição de elementos de liga.
Nas séries 2XXX a 8XXX, os dois últimos dígitos não possuem
significado numérico, apenas identificam diferentes ligas do mesmo grupo
(número sequencial). O segundo dígito indica modificações no limite de
impurezas ou a adição de elementos de liga. Ligas experimentais também
utilizam este sistema de classificação, porém, são indicadas pelo prefixo X.
159
Figura 72 – Classificação do alumínio e suas ligas
1xxx Alumínio puro, com 99,00% de pureza
XXXX
2xxx Cobre (Cu)
Identificação
das
diferentes
ligas do
grupo
3xxx Manganês (Mn)
4xxx Silício (Si)
5xxx
Magnésio (Mg)
6xxx
Magnésio (Mg) e Silício (Si)
7xxx Zinco (Zn)
Modificação da
liga original ou
limites
de
impureza
8xxx – Outros elementos,Estanho (Sn) , Lítio
Elemento
químico
principal
(Li).
Fonte: ABAL, 2010.
Laminação - A produção de laminados63 é denominada laminação. É
um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção
transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois
cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de
si mesmos. Esta seção transversal é retangular e se refere a produtos
laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas
grossas com espessuras de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas
com espessura de 0,005 mm, usadas em condensadores.
Existem dois processos tradicionais de laminação de alumínio:
laminação a quente e laminação a frio.
Atualmente, a indústria também se utiliza da laminação contínua.
63
Laminado – Produto proveniente de um processo de transformação mecânica por
compressão (laminação).
160
Figura 73 – Processo de laminação
Fonte: ABAL, 2011.
A laminação a quente promove reduções da seção transversal com o
metal a uma temperatura mínima de aproximadamente 350°C (igual à
temperatura de recristalização 64 do alumínio). A ductilidade 65 do metal a
temperaturas desta ordem é máxima e, nesse processo ocorre à
recristalização dinâmica na deformação plástica.
A matéria-prima inicial é uma placa, cujo peso varia de alguns quilos
até 15 toneladas; é produzida na refusão, por meio de fundição
semicontínua, em molde com seção transversal retangular. Este tipo de
fundição
assegura
a
solidificação 66
rápida
e
estrutura
metalúrgica
homogênea. A placa pode sofrer uma usinagem superficial, para remoção da
camada de óxido de alumínio, dos grãos colunares e das impurezas
provenientes da fundição. Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se
semiplástica.
A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis
duplos, com dois cilindros ou quádruplos, com dois cilindros de trabalho e
64
Recristalização – Formação de uma nova estrutura de granulação pelo aquecimento de
material trabalhado a frio.
65
Ductilidade – Propriedade de um material de deforma-se mecanicamente, sem chegar à
ruptura.
66
Solidificação - Passagem de um corpo do estado líquido para o estado sólido.
161
dois de apoio ou encosto. O material laminado é deslocado, a cada passada,
por entre os cilindros, sendo que a abertura dos mesmos define a espessura
do passe. A redução da espessura por passe é de aproximadamente 50% e
depende da dureza da liga que está sendo laminada. No último passe de
laminação, o material apresenta-se com espessura ao redor de 6 mm, sendo
enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima
para o processo de laminação a frio.
Figura 74– Processo de laminação a frio
Fonte: ABAL, 2011.
Figura 75 – Processo de laminação a quente
Fonte: ABAL, 2011.
Uma unidade de laminação a quente contém laminador, refusão 67,
fornos
de
preaquecimento
homogeneização
para
(distribuição
placas,
mais
tratamentos
homogênea
dos
térmicos
de
elementos
microconstituintes químico-metalúrgicos), tesouras rotativas e guilhotinas
67
Refusão - Unidade de fundição de placas.
162
para cortes laterais e longitudinais 68 do material laminado, serras para cortes
das extremidades e faceadeira para usinagem das superfícies.
A laminação a frio é realizada a temperaturas bem inferiores às de
recristalização do alumínio. A matéria-prima 69 é oriunda da laminação a
quente. A laminação a frio é executada, geralmente, em laminadores
quádruplos, reversíveis ou não, sendo este último mais empregado. O
número de passes depende da espessura inicial da matéria-prima, da
espessura final, da liga e da têmpera do produto desejado. Os laminadores
estão dimensionados para reduções de seções entre 30% e 70% por passe,
dependendo, também, das características do material em questão.
Laminadores mais sofisticados possuem sistemas computadorizados de
controle de espessura e de planicidade.
Na laminação a frio são utilizados dois recursos: tensões avante e
tensões a ré. Ambas aliviam o esforço de compressão exercido pelos
cilindros ou aumentam a capacidade de redução por passe. Estes recursos
são também responsáveis pela redução da espessura, no caso de laminação
de folhas finas, em que os cilindros de laminação estão em contato e
praticamente sem abertura perceptível. A deformação a frio confere
encruamento ao alumínio e aumenta os limites de resistência à tração e ao
escoamento, com diminuição do alongamento. Esse procedimento produz
um metal com bom acabamento superficial e preciso controle dimensional.
Os produtos laminados de alumínio são utilizados em todas as
operações metalúrgicas usuais de chapas, incluindo aquelas que exigem do
metal de excepcional ductilidade, como é o caso de processos como
estampagem 70, extrusão por impacto, perfilação 71 etc.
Recozimentos 72
amolecimento
68
intermediários
(recristalização),
para
podem
facilitar
ser
realizados
posterior
laminação
para
ou
Longitudinais - No sentido do comprimento.
Matéria-prima - Substância com que se fabrica alguma coisa.
70
Estampagem - Processo metalúrgico que consiste na deformação plástica por tração a
frio, com o objetivo de endireitar ou dar planicidade ao material (NBR 6599).
71
Perfilação – Processo de conformação progressiva por calandras ou roletes, de produtos
laminados planos, sem modificações apreciáveis da espessura (NBR 6599).
72
Recozimentos- É aplicável tanto para ligas tratáveis como para as não-tratáveis
termicamente. É o tratamento térmico destinado a amolecer o material para a eliminação
total de tensões resultantes de deformações plásticas a frio ou pela anulação dos efeitos de
tratamentos térmicos anteriores (NBR 6835).
69
163
determinar têmperas específicas. Os produtos laminados a frio mais finos
(folhas), com espessura de até 0,005 mm, são produzidos em laminadores
específicos, que concebem o processo de laminação de folhas duplas com
lubrificação entre elas.
Outro processo atualmente muito utilizado é o de laminação contínua,
que elimina a etapa de laminação a quente. O alumínio é solidificado entre
dois cilindros refrigerados internamente por água, que giram em torno de
seus eixos, produzindo uma chapa com seção retangular e espessura
aproximada de 6 mm. Posteriormente, esta chapa é enrolada, obtendo-se
assim um produto similar àquele obtido por laminação a quente. Porém, este
produto apresentará uma estrutura bruta de fusão bastante refinada, dada a
alta eficiência do refinador de grão utilizado no vazamento.
Os laminados se agrupam em três categorias, dependendo de sua
espessura: chapa grossa (maior que 6,35 mm), chapa (entre 0,15 e 6,35 mm)
e folha (menor que 0,15 mm), e são produzidos em chapas planas ou
bobinados, folhas e discos.
Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como
transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos
estruturais etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, luminárias,
refletores etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de
consumo (panelas, utensílios domésticos etc.).
Figura 76 – Processo esquemático de laminação contínua.
Fonte: ABAL, 2010.
164
6.5 Tratamento de superfície no alumínio
As características do alumínio permitem que ele tenha uma elevada
gama de aplicações. Para cada uma delas, desde os parafusos usados na
construção civil às complexas naves espaciais, o tratamento de superfícies é
que
permitirá
um maior desempenho e
durabilidade,
protegendo-o
principalmente contra agressões ambientais e ampliando as opções de uso.
A imagem do alumínio é definida e fixada pelo acabamento aplicado
sobre sua superfície. Essa afirmativa constata a importância dos processos
empregados para essa finalidade, que determinam as características
protetivas e/ou decorativas de alta durabilidade.
Os processos mais utilizados são conversão química, anodização e
pintura, sendo os processos de conversão química os mais adotados com
finalidades protetivas ou como pré-tratamento para aplicação de processo de
acabamento final.
6.5.1. Anodização
A anodização é um método muito aceito e bem definido para produzir
uma película decorativa e de proteção ao metal de alta qualidade,
principalmente nas ligas de alumínio. O uso da anodização abrange um
amplo espectro de aplicações, algumas das quais bem específicas, tais como
anodização técnica (Dura) para peças que estão sujeitas ao desgaste por
abrasão e como camada protetora para refletores e capacitores eletrolíticos;
a anodização brilhante para frisos; anodização em cores para ornamentos e
utensílios domésticos; e anodização para fins arquitetônicos (janelas, portas,
fachadas, gradis, boxes de banheiro etc.) e na construção civil.
A anodização é um processo cujos parâmetros químicos e
eletroquímicos podem ser mantidos sob controle. Entretanto, quando esse
controle é feito de modo inadequado, ocorrem defeitos no acabamento da
superfície que são prejudiciais à sua aparência, resultando em um mau
desempenho da camada anódica final.
Para a obtenção desse efeito decorativo e de proteção devem ser
tomados alguns cuidados quanto ao acabamento de superfície das peças, à
165
estrutura metalúrgica das ligas utilizadas, ao pré-tratamento, à anodização,
propriamente dita, e à selagem da camada anódica.
Essa camada, por ser uma oxidação eletrolítica do próprio metal, irá
salientar os defeitos existentes ou mesmo revelar irregularidades que não
são visíveis no metal bruto. Alguns processos de pré-tratamento disponíveis
podem esconder ou eliminar a maioria das irregularidades superficiais, mas,
em condições metalúrgicas da liga, não podem ser controladas pela
anodização e dependem do processo utilizado na fundição do metal, do
controle de processos de extrusão e de laminação durante a sua fabricação.
O alumínio é um metal que aparenta ser inerte à ação atmosférica,
devido a uma fina camada de óxido que se forma naturalmente sobre sua
superfície. Todavia, é um metal bastante reativo e que reage com ácidos e
álcalis com evolução de hidrogênio.
A diluição de alumínio em uma solução de ácido sulfúrico aquecida irá
formar o sal sulfato de alumínio e com liberação de hidrogênio. Da mesma
forma, o alumínio adicionado a uma solução de ácido fosfórico também
causa reação.
Em solução de ácido nítrico ou ácido crômico o alumínio não se
dissolve, ocorrendo uma passivação 73 pela formação de um filme de óxido. A
imersão do alumínio em uma solução de ácido fluorídrico irá produzir um
filme insolúvel de fluoreto de alumínio (solúvel no excesso de ácido
fluorídrico).
A maioria dos metais não ferrosos, como níquel, cobre, zinco etc.,
apresenta reações similares à do alumínio, com uma exceção importante,
pois são dissolvidos em solução de ácido nítrico. Metais como cobre, níquel e
ferro são dissolvidos por álcalis, como hidróxido de sódio ou carbonato de
sódio. Quando metais como zinco, bismuto estanho ou alumínio, por
exemplo, são colocados em solução de soda cáustica (hidróxido de sódio) a
quente, se dissolvem formando um sal e desprendendo hidrogênio.
73
Passivação - Processo para aplicação em superfícies metálicas. A invenção refere-se a
um método para a passivação de superfícies metálicas pelo tratamento da superfície com o
uso de uma composição aquosa ácida, contendo pelo menos um grupo ácido solúvel em
água compreendendo polímero e íons de Zn, Ca, Mg ou Al; o citado método sendo
particularmente contínuo para a passivação de metais em tira.
166
No caso do alumínio é formado um sal conhecido como aluminato de
sódio. Esse sal resultante se ioniza, produzindo íons de sódio, com cargas
positivas, e íons de alumínio, com cargas negativas.
Metais que possuem a capacidade de produzir sais, os quais podem
estar presentes como íon 74 metálico em ânions75 ou cátions76, são
conhecidos como metais anfóteros 77.
Reações similares ocorrem com outras soluções contendo sais de
sódio, porém de uma forma bem mais lenta. A característica anfótera do
alumínio permite que ele seja desengraxado ou fosqueado em uma solução
alcalina de baixo custo.
Quando filmes de óxidos são muitos resistentes, poderá ser
necessária à utilização de limpeza acida. Para essa limpeza é possível o uso
do acido sulfúrico, que é um produto de baixo custo, mas que, todavia, não
possui um grande poder de ataque no alumínio. Como alternativa para o
funcionamento perfeito desta solução, é possível a adição de um agente
molhante e a utilização do processo a quente (60°C).
Sem a presença de um fino filme de óxido em sua superfície, o
alumínio será um metal extremamente reativo. Esse filme não é homogêneo
e poderá ser constituído de forma a comprometer o tratamento de superfície.
Isto se explica pelo fato que os óxidos de elementos de liga, particularmente
o magnésio, podem produzir manchas esbranquiçadas no desengraxe e
fosqueamento alcalino; óxidos de pequenas partículas intermediárias,
principalmente alumínio-ferro-silício, podem comprometer o fosqueamento
alcalino, e as graxas e lubrificantes de operações anteriores podem se fixar
entre a superfície do alumínio e o filme de óxido e não são removidos com
facilidade pela limpeza alcalina.
74
Íon - Partícula com carga elétrica, resultante de um átomo ou de um grupo de átomos por
perda ou ganho de elétrons.
75
Ânion - íon de carga negativa.
76
Cátion - íon com carga positiva.
77
Anfóteros – Substância que pode se comportar como um ácido ou como uma base,
dependendo de outro reagente presente. Se estiver na presença de ácido, comporta-se
como uma base; se estiver na presença de uma base, comporta-se como um ácido.
167
6.5.2.
Processo da anodização
É um processo eletrolítico que promove a formação de camada
controlada e uniforme de óxido na superfície do alumínio. A Figura 77, a
seguir, mostra o processo eletrolítico ou eletroquímico.
Figura 77 – Processo eletrolítico ou eletroquímico
Fonte: MENEGHESSO, 2009.
A estrutura da camada anódica 78 é constituída por células
hexagonais, exemplificada na Figura 78, sendo cada uma delas com um poro
central. No fundo dos poros forma-se uma fina camada barreira, que separa
o óxido em formação do alumínio.
Essencialmente, o tamanho das células é determinado pela
voltagem, enquanto a espessura da camada é determinada pelo número de
Coulomb 79 que passa através dela (relação corrente x tempo).
As características da camada anódica dependem do tamanho e do
volume dos poros e estão diretamente ligadas à remoção do calor gerado no
processo.
78
Camada anódica – Camada de óxido que se forma sobre a superfície do alumínio.
Coulomb - (símbolo: C) É a unidade de carga elétrica pelo Sistema Internacional (SI). É
uma unidade composta, definida a partir do ampére: 1 coulomb é a quantidade de carga
elétrica carregada pela corrente de 1 ampére durante 1 segundo.
79
168
Figura 78 – Corte esquemático de um feixe de células hexagonais
Fonte: ABAL, 2006.
Ao oxidar uma peça de alumínio em uma solução que tenha uma ação
dissolvente sobre a camada de alumina, a densidade da corrente, para uma
determinada tensão, diminui muito rapidamente. Utilizando-se um exemplo,
em uma solução de ácido sulfúrico a 180 g/l e temperatura de 20ºC, a
densidade de corrente será de 1,5 A/dm2 para uma tensão aplicada de 14 V.
Tem-se, então, a formação de uma camada de alumina contínua e compacta,
que impede a passagem da corrente elétrica, chamada de “camada barreira”.
A espessura dessa película representa a distância que um íon metálico pode
alcançar através de seu próprio óxido, sob a influência de um dado potencial.
Depois dos primeiros segundos de eletrólise é formada uma
verdadeira camada barreira, cuja espessura tende a assumir um valor limite
de 14 Ângstrons80 /V.
A camada de óxido formada é constituída de células hexagonais
sobrepostas, onde o centro será de alumina amorfa, pouco resistente a
ácidos, e a periferia será formada de alumina cristalina, muito resistente a
ácidos. Aparecem, então, na superfície da camada barreira milhares de
pontos de ataque, que são consequência do efeito da dissolução da película
pelo eletrólito, que se produz no centro das células de alumina, e que
constitui o começo dos poros. Forma-se, assim, a camada porosa. Cada
ponto de ataque (poro) pode ser considerado como uma fonte de corrente, a
80
Ângstron - Unidade usada para medidas de comprimentos de onda de radiação
eletromagnética. Um angstrom equivale a um centésimo milionésimo de um centímetro, ou
seja, 0,00000001 centímetros. Este número tão pequeno também pode ser escrito como 1 x
-8
10 centímetros, se usarmos a chamada notação científica. O ângstrom é, realmente, uma
unidade de medida bastante especial. Basta notarmos que uma folha de papel tem a
espessura de, aproximadamente, 1.000.000 de ângstrons. Temos também que 10.000
ângstroms correspondem a 1 mícron. Seu símbolo: Å.
169
partir da qual vai se desenvolver um campo de potencial, os íons, que se
apresentam na separação óxido-eletrólito e fornecem o oxigênio que
transforma em óxido a porção reatacada.
Simultaneamente, a ação de dissolução do eletrólito continua se
manifestando na base dos poros, tendendo a diminuir a espessura da
camada barreira que se desenvolve. Os poros se alongam, fazendo com que
os íons penetrem facilmente. Ocorre liberação de calor, o que tende a
favorecer a dissolução.
A camada anódica de uma superfície, a partir de um poro isolado,
está representada nas Figuras 79 e 80.
Figura 79 – Película anódica no princípio de formação em um eletrólito, com
ação dissolvente sobre a película.
Fonte: ABAL, 2011.
Figura 80 – Camada anódica.
Fonte: ALMECO, 2008.
Anodização em meio sulfúrico é o processo anódico mais utilizado
universalmente, constituindo-se de ácido sulfúrico, de custo relativamente
170
baixo. Em função da temperatura e da voltagem, apresenta uma versatilidade
quanto à qualidade da camada formada, que vai desde a porosa, de fácil
coloração (bens de consumo/arquitetura) até aquelas extremamente duras
(fins técnicos).
Parâmetros que influenciam a anodização nas camadas são:

Concentração do ácido sulfúrico no eletrólito;

Temperatura do eletrólito;

Voltagem utilizada;

Densidade de corrente aplicada;

Agitação.
Um dos fatores mais importantes e não mencionado é o custo de
energia. A tarifa de energia é baseada no quilowatt/hora, comumente
combinada com a máxima demanda da carga.
As impurezas mais importantes presentes no eletrólito, que causam
efeitos indesejáveis à superfície do alumínio, são descritas na Tabela 29 a
seguir.
Tabela 29: Impurezas e seus efeitos
Impurezas
Efeito
Alumínio
É uma impureza que afeta a densidade da corrente, sendo gerada com
dissolvido
qualquer voltagem. Pode ocasionar problemas na coloração e precipitar
nos banhos, se não for controlada. A razão da sua formação é devido ao
fato de que um dos três átomos de alumínio permanece na solução e não
forma óxido. Várias empresas controlam o teor máximo de alumínio em 15
g/l.
Ferro
É uma impureza indesejável e pode ser encontrada no ácido sulfúrico
comercial. Problemas podem surgir, como perda de brilho na anodização
e amolecimento do filme, quando sua concentração no eletrólito exceder
22 – 50 ppm.
171
Cobre/
Reduzem a resistência intrínseca à corrosão da camada anódica, se
Níquel/
exceder a 50 ppm, quando submetidos a testes de salt spray . Esses
Manganês
metais também reduzem o brilho da anodização.
Cloro/
Mesmo em baixos níveis podem produzir pitting na camada – manter
Flúor
abaixo de 25 ppm.
Nitratos-
Não deve exceder a 30 ppm, para melhorar o brilho.
81
NO3
Fosfatos–
Pode se acumular devido à lavagem deficiente após a anodização.
PO4
Transferência de fosfato do abrilhantamento para a selagem ocasionará
deficiência nos testes de selagem.
Fonte: ABAL, 2010.
A voltagem requerida para produzir uma determinada densidade de
corrente depende da liga conforme tabela, e também das condições
particulares da anodização que são escolhidas.
Materiais brilhantes requerem técnicas adequadas de anodização.
Há uma perda de brilho na anodização, devido aos constituintes
intermetálicos do material que estão sendo incorporados ao filme durante o
processo.
Entretanto, essa perda é mais acentuada quando a densidade da
corrente de anodização aumenta. Nas mesmas densidades de corrente, o
uso de eletrólitos mais fracos requer voltagens maiores para a mesma
densidade de corrente. Isto resultará numa perda maior de brilho durante a
anodização.
A mistura de materiais de ligas diferentes é um problema para o
anodizador, que pode desconhecer esta mistura e alterar o comportamento
do processo:
- Ligas contendo magnésio requerem maiores densidades decorrentes do
que o alumínio puro. Para elevados teores de magnésio o efeito será maior.
81
Salt spray – Pt. “ensaio névoa salina”. Ensaio comparativo muito importante na área de
corrosão. Para execução do teste é necessária uma câmara que simula um ambiente
marinho severo, com concentração de sal e temperatura controlada. Tal câmara denominase Câmara de Névoa Salina (CNS), e é padronizada por norma nacional (ABNT - NBR 8094)
e internacional (ASTM B117 e DIN 50.021).
172
- Ligas com alto teor de cobre/alta dureza requerem maiores voltagens que o
alumínio puro, mas menores temperaturas do eletrólito, devido à dissolução
dos constituintes ricos em cobre na anodização.
- As ligas de fundição contendo 5% de silício ou mais exigem voltagens de
20 a 30 Volts, para que seja mantida constante a densidade de corrente.
- Os produtos fundidos nunca devem ser anodizados, como chapas e perfis,
por exemplo, não sendo recomendado o processamento em meio sulfúrico,
mas sim em meio crômico.
- Baixas densidades de corrente podem minimizar as diferenças na
espessura do filme obtida com cargas mistas, mas o tempo de anodização
deve ser estendido convenientemente.
As gancheiras nunca devem ser de ligas, mais facilmente
anodizáveis do que as peças, visto que roubam corrente do processo.
As selagens de camadas anódicas foram originalmente obtidas de
forma empírica. Qualquer pessoa que tenha manuseado uma camada
anódica não selada sabe que ela tem uma superfície altamente absorvente.
Antigamente, as peças sofriam simplesmente uma lavagem a quente,
para secagem fora da linha de produção. Descobriu-se, então, que as peças
continham marcas de dedos, manchas de tintas, etc. Assim, foi feita uma
investigação mais sistemática das variáveis da selagem, tornando-se
evidente que os parâmetros de temperatura, tempo e PH 82 eram
significativos.
A estrutura e composição das camadas anódicas produzidas em
meio de ácido sulfúrico não são simples de se determinar, mas o consenso
estabelece o seguinte:

A camada consiste principalmente de óxido de alumínio.

Os íons sulfato do eletrólito ficam incorporados na camada, com
cerca de 15% em peso.

Há um excesso de íons de alumínio, aqueles necessários para
formar Al2O3 em parte da fronteira da camada barreira, e uma falta nas
camadas superiores.

82
A concentração de íons sulfatos diminui na superfície externa
+
PH= (H3O ). A Escala de pH constitui um instrumento básico da classificação das
substâncias em substâncias ácidas, substâncias neutras ou substâncias básicas ou
alcalinas.
173
do óxido para a camada – barreira.
A reação básica da selagem parece ser de conversão do óxido de
alumínio amorfo em uma forma estável e hidratada conhecida como
boemita 83:
Al2O3 + H2O → 2AlOOH (Óxido de alumínio + Água →Boemita)
Uma camada anódica consiste de uma célula hexagonal com um
poro central, que está separado do metal por uma camada – barreira muito
fina. A conversão do óxido de alumínio para a boemita envolve um acréscimo
de volume, tanto quanto um significativo aumento na resistência elétrica e na
resistência da constante dielétrica da camada de anodização.
Os poros de uma camada anódica de ácido sulfúrico são de
aproximadamente 150-200Å de diâmetro. O processo envolve a difusão de
íons hidroxilas através da camada anódica e, sendo um processo de difusão,
a taxa de selagem não é linear, relacionando- se diretamente com o tempo
de selagem. Isto acarreta as seguintes implicações práticas:

A taxa de selagem, isto é, conversão do óxido para a boemita,
diminui progressivamente com o tempo de selagem.

Em função do diâmetro dos poros e do processo de difusão, a
camada de óxidos mais próxima à superfície será convertida em
boemita mais rapidamente do que a da base dos poros.
O efeito dos parâmetros acima na selagem tem sido investigado com a
utilização de água deionizada, para determinar o aumento de peso em
camada de 25 micrometros, em temperaturas de 80ºC, 100ºC e vapor a
115ºC. A maior parte da selagem ocorre nos primeiros 5 a 10 minutos, e
então progride muito vagarosamente.
Testes demonstraram que a melhor selagem é obtida com PH 5,5- 6,5
e que a qualidade de selagem está relacionada com a temperatura, de forma
que uma boa selagem requer uma temperatura próxima a do ponto de
ebulição. O tempo de selagem depende da espessura da camada e dos
83
Boemita (Al2O3.H2O). – Do grupo dos bauxitos, é um material heterogêneo composto
principalmente de minerais de hidróxido de alumínio, gibsita (Al2O3.3H2O) e diásproro
(Al2O3.H2O) .
174
requisitos da especificação do teste de selagem, sendo a correta dimensão
de 2,5-3,0 min/ micrometros.
A característica essencial do processo é que ele opera à temperatura
de 25-30ºC, e que a solução de selagem contenha 1-2 g/l de íons níquel e
0,5-0,8 g/l de íons fluoreto. Se a temperatura aumentar significativamente
acima da faixa estabelecida, não mais proporcionará uma selagem efetiva,
enquanto temperaturas mais baixas resultarão numa selagem mais vagarosa
e de qualidade insatisfatória.
6.5.2.1. Etapas básicas do processo de anodização
O processo de anodização é composto por uma série de etapas
básicas, comuns a todos os tipos de anodização. Cada processo adquire
uma característica própria que demonstra o tipo de acabamento e são
identificados por estágios que consideram cada tipo de anodização,
conforme Figura 81 que explicita os fins:
→
Anodização para fins arquitetônicos
→
Anodização para fins técnicos (DURA)
→
Anodização para bens de consumo
175
Figura 81 -Fluxograma de identificação dos estágios de anodização, conforme
aplicação.
Fonte: ABAL, 2011.
Antes de sofrer o tratamento de superfície, o alumínio e suas ligas
podem ser submetidos a diversos tratamentos mecânicos e químicos, com a
finalidade de melhorar seu aspecto superficial pela eliminação de eventuais
defeitos e/ou criação de novos efeitos decorativos.
176
Figura 82- Fluxograma dos estágios básicos no processo de anodização
Fonte: - MENEGHESSO, 2007.
Tratamentos mecânicos - O jateamento produz uma textura fosca
acetinada sobre a superfície do alumínio, e utilizam partículas abrasivas
lançadas com grande energia cinética, eliminando praticamente todos os
tipos de imperfeições nos produtos extrudados, como faixas, marcas de
manuseio, atritos etc.
O jateamento com um fino abrasivo de areia produz um acabamento
fosco de granulação fina nos produtos trabalhados ou fundidos de alumínio.
Este tipo de jateamento é altamente suscetível a riscos e a manchas de
impressos digitais. Por essa razão, as superfícies dos acabamentos foscos,
usualmente, são protegidas por um revestimento anódico ou verniz
transparente.
A anodização é o tratamento protetivo mais popular porque conserva
a aparência original da superfície.
Quando uma superfície jateada é
anodizada, resulta em uma coloração levemente acinzentada, devido às
partículas abrasivas que contêm sílica (vidro ou areia) incrustada na
superfície do alumínio.
177
Nem todas as ligas de alumínio podem receber jateamento com
areia. As que contêm 99% de alumínio obtêm um acabamento anódico
transparente, mas ligas ricas em manganês, silício e cobre ficam coloridas
quando anodizadas, e as ligas com alto teor de magnésio correm o risco de
segregação e aparecimento de buracos, a menos que sejam usados prétratamentos especiais.
O escovamento mecânico é utilizado para a obtenção de uma textura
superficial atraente nos acessórios de alumínio, como, por exemplo, em
maçanetas, dobradiças, rosetas, puxadores de gaveta e perfis em geral.
Este acabamento resulta em pequenos riscos paralelos, bem
próximos à superfície do metal, que proporcionam um leve brilho de menor
refletividade do que as peças polidas. O tratamento protetivo de anodização
ou pintura tem de ser imediato, para que seja evitada corrosão 84.
O lixamento é um acabamento mecânico e tem a capacidade de
produzir um efeito visual diferenciado no acabamento final, devido à
uniformidade dos sulcos e estrias em função da granulometria do abrasivo
(lixa). O uso das lixas é eficiente apenas nas superfícies lisas.
O polimento mecânico é realizado através de correias, conjuntos de
discos (rodas) de pano ou flanela; produz na superfície do alumínio um brilho
especular, pela aplicação de abrasivos adequados.
Tratamentos químicos - O tratamento fosco acetinado/aveludado é
feito através de um processo químico alcalino, que utiliza soda cáustica com
aditivos niveladores e inibidores de ataque, utilizados para tornar opaca a
superfície do alumínio.
Isto confere um acabamento uniforme fosco
acetinado e aveludado.
O abrilhantamento químico é um processo baseado em uma mistura
dos ácidos fosfórico, sulfúrico, nítrico e aditivos niveladores de ataque,
capazes de tornar a superfície do alumínio lisa e brilhante, e utiliza a
diferença de potencial entre o metal aço inox, usado para a construção do
tanque, e o alumínio, que produz correntes galvânicas.
84
Corrosão – Desgaste ou modificação química ou estrutural de um material provocado pela
ação química ou eletroquímica espontânea de agentes do meio ambiente.
178
O polimento eletroquímico e químico é essencialmente seletivo de
dissolução, no quais os picos de uma superfície rugosa são atacados mais
rapidamente do que as depressões, nivelando a superfície.
Após o pré-tratamento, que consiste no polimento mecânico,
desengraxe com solução alcalina inibidora e lavagem, a peça é imersa num
banho de polimento eletrolítico ou químico.
O polimento eletrolítico tem por objetivo deixar a superfície do metal
lisa e brilhante, conferindo um poder refletor máximo e um poder difusor
mínimo, eliminando-se os picos e irregularidades da superfície. Esta ação
seletiva está diretamente ligada à intensidade de corrente corretamente
aplicada ao metal a ser abrilhantado, o qual pode ser atacado antes da sua
oxidação. Os banhos de polimento eletrolítico, dependendo da formulação
em uso, poderão ser aplicados em cobre, liga de cobre, aço inox, níquel ou
liga de níquel, mas o seu principal uso é o alumínio, conforme demonstra a
Tabela 30.
Tabela 30 - Formulação típica de uma solução de polimento eletrolítico
Ácido fosfórico
75% em peso
Ácido crômico
6,5% em peso
Ácido sulfúrico
4,7 % em peso
Água
Para 100%
Temperatura
75-85°C
Densidade de corrente
5-15 A/dm²
Tempo
2-10 minutos
Fonte: ABAL, 2009.
O mecanismo do polimento químico é considerado análogo ao
eletrolítico, com oxidação e dissoluções constantes. A corrente contínua do
processo eletrolítico é substituída por correntes galvânicas no processo
químico, originadas pela diferença de potencial entre aço inox (constituição
do tanque) e o alumínio.
179
Agentes
químicos
fortemente
oxidantes
(HNO3
+
H2SO4) 85,
associados às correntes galvânicas, propiciam a formação de películas de
óxidos idênticas às do processo eletrolítico, e sua dissolução ocorre
simultaneamente através do H3PO4 86.
Os principais banhos de polimento químicos são á base de ácido
fosfórico, com adição de ácido sulfúrico e de ácido nítrico como agentes
oxidantes. Para acelerar o processo, é necessário adicionar aditivos
compostos de sais de metais pesados.
O principal problema do polimento químico é seu alto grau de
toxidade, pela formação de gases nitrosos (cor alaranjada). O sistema de
exaustão e lavagem é de extrema importância.
O procedimento ideal para redução da formação dos gases tóxicos é
o uso do composto pela solução, apresentada na Tabela 31.
Tabela 31 - Composto ideal para redução da formação dos gases tóxicos
Ácido fosfórico
87%
Ácido nitrico
5%
Ácido sulfúrico
7%
Aditivos
1%
Temperatura
90-95°C
Tempo de imersão
0,5-2 minutos
Fonte: ABAL, 2009.
Neste caso, o uso de controles do processo, observando a
densidade do banho, com a adição constante de água ou banho novo, deve
ser controlada a reposição de ácido nítrico, para um bom rendimento. A
concentração do alumínio dissolvido deve ser inferior a 35 g/l.
85
86
(HNO3 + H2SO4) – Ácido nítrico + Ácido sulfúrico.
H3PO4 - Ácido fosfórico ou ácido ortofosfórico.
180
Aspectos físico-químicos - A composição, orientação e tamanho
dos grãos individuais nas peças têm um efeito direto na uniformidade da
dissolução durante o abrilhantamento. Material com granulação fina, cuja
superfície esteja livre de quaisquer imperfeições, como segregação, inclusão
de óxidos, marcas e manchas, é mais adequado para o abrilhantamento
químico e eletrolítico.
Os melhores resultados são obtidos com ligas que têm composição
química uniforme e que não precipitam os constituintes com potenciais
diferentes
da
matriz,
durante
qualquer
tratamento
térmico
ou
de
aquecimento. As ligas devem ser adequadas às operações de conformação
para que não ocasionem defeitos posteriores, como nervuras, casca de
laranja etc.
Em geral, a maior refletância total e especular da superfície
abrilhantada são obtidos com alumínio puro, tendo uma estrutura granular
fina, que tende a diminuir quando o teor do elemento de liga aumenta.
O efeito dos elementos de liga varia muito com os diferentes
processos de abrilhantamento. As superfícies abrilhantadas química ou
eletroliticamente podem ser protegidas com uma camada orgânica
transparente; porém, a maioria das superfícies abrilhantadas por esses
métodos são anodizadas para produzir uma camada protetiva de óxido clara
e incolor. Para vários usos decorativos, a camada anódica é colorida
posteriormente, antes da selagem.
As principais aplicações dos processos de polimento químico e
eletrolítico são funcionais e decorativas. Incluem joias, frisos de automóveis,
canetas-tinteiro, luminárias, peças ornamentais coloridas (brilhantes ou
naturais), frisos para arquitetura, utilidades domésticas e refletores térmicos
para componentes de veículos espaciais. Nos processos onde o polimento é
usado como operação final de acabamento, o metal é dissolvido mais
vagarosamente e o total de metal removido normalmente varia de 3 a 13
micrometros. Tais procedimentos são usados em ligas de alumínio de alto
brilho, com ate 2% de magnésio, e em alumínio de alta pureza.
Comparando o polimento químico e o eletrolítico, o custo do sistema
eletrolítico é mais elevado devido à necessidade do uso de retificadores de
181
corrente, tanques com maior volume e revestimentos especiais (chumbo).
Neste processo, três fatores importantes se destacam:

Operacional: os banhos eletrolíticos abrangem maior variedade
de ligas, conferindo brilho final superior ao dos banhos químicos. Têm maior
vida útil em função da compensação do seu equilíbrio (teor de alumínio
dissolvido), via corrente elétrica e temperatura.

Qualidade: os banhos eletrolíticos, devido à menor tensão
superficial, possibilitam maior ataque e nivelamento da superfície, eliminando
pequenos riscos.

Meio ambiente: outra grande vantagem dos banhos eletrolíticos
é que não necessitam de sistema de lavagem de gases.
6.5.3. Tipos de anodização por tratamento químico
 Anodização brilhante – Bens de consumo: é uma anodização
resultante da ação combinada de um tratamento mecânico e/ou químico
sobre a superfície do alumínio, aumentando a sua refletividade. Esse tipo de
acabamento é muito utilizado em frisos, molduras, eletrodoméstico ou
elementos decorativos, para realçar a beleza decorativa do alumínio.
 Anodização fosca – Acetinada: é uma anodização resultante da
ação controlada de um tratamento mecânico e/ou químico agressivo sobre a
superfície do alumínio, diminuindo sua refletividade, tornando a peça de
alumínio opaca. Esse tipo de acabamento é muito utilizado em vitrines,
painéis, móveis residenciais de alto padrão, pois valorizam a beleza do efeito
decorativo e transmitem a ideia de modernidade desse acabamento.
 Anodização para fins arquitetônicos: é uma anodização resultante
de um tratamento químico agressivo sobre a superfície do alumínio, onde a
aparência e o aspecto visual são valorizados, porém prevalece as
características protetoras contra a corrosão e o desgaste. Esse tipo de
acabamento é muito utilizado na construção civil, na forma de fachadas,
janelas, portas, gradis etc.
 Anodização para fins técnicos (DURA): é realizada sob condições
de processos especiais, para produzir uma película espessa e dura de óxido
182
de alumínio, que ofereça alta resistência à abrasão e à corrosão. Esse tipo
de acabamento é muito utilizado pelas indústrias aeronáutica, automobilística
e de autopeças.
 Anodização colorida eletrolítica: é um processo de coloração da
camada anódica (anodização), realizada em uma solução eletrolítica de sais
metálicos; normalmente se utiliza estanho metálico, depositado no fundo dos
poros pelo uso de corrente alternada. Esse tipo de acabamento é muito
utilizado em todos os segmentos industriais, como eletrodomésticos, bens de
consumo e, principalmente, na construção civil (em janelas, portas, gradis,
boxes de banheiro etc.), exemplificado na figura 83.
Figura 83 – Processo de coloração anódica
Fonte: ALMECO, 2012 – Linha Bandoxal Decor.
6.5.4. Anodização em processo contínuo
Anodização em processo contínuo é um método eletroquímico, cuja
aplicação é limitada quase exclusivamente ao alumínio e alguns outros
metais que podem se beneficiar deste tipo de tratamento. Ela envolve a
transformação das camadas de superfície de uma camada dura, compacta e
transparente de óxido de alumínio, por oxidação eletroquímica de uma
solução ácida. O processo resulta em um revestimento sem igual no que se
refere à aderência ao substrato de metal.
183
O acompanhamento cuidadoso dos parâmetros do processo de
anodização contínua permite o controle do grão fino do óxido, de modo a
maximizar a refletividade da superfície, com uma excelente aparência,
distintos acabamentos e com uma redução drástica do fenômeno de
iridescência.
As características especiais óticas e estéticas, que caracterizam a
gama de produtos, são obtidas com a utilização de uma grande variedade de
acabamentos de superfície especial, ou seja, uma grande variedade de
produtos na produção de chapas, bobinas ou refletores anodizados, ilustrado
na figura 84.
Figura 84 – Acabamento por processo de anodização continua.
Fonte: ALMECO, 2012.
6.5.4.1. Etapas do processo de anodização contínua
O processo de anodização de forma contínua é realizado em varias
etapas, tendo início com a inserção da bobina de alumínio laminado bruto,
passando pela torre de resfriamento, desengraxamento, eletropolimento,
neutralização, oxidação anódica, coloração eletrolítica, selagem, secagem e
rebobinação. A empresa ALMECO S.p.A. ,produz em sua unidade em San
Giuliano Milanese (Mi), Itália chapas e bobinas por esse processo, conforme
ilustrado na figura 85.
A figura 86 mostra o processo do rebobinador, anodização e
desbobinador e na figura 87 vemos o corte de bobinas da linha continua. A
184
largura desta linha é de 1250 mm, produzindo chapas de espessuras de 0,2
mm- 1,5mm e com a capacidade máxima de até 7.000 kg.
Figura 85 - Processo de anodização (1 - 11 etapas) .
Fonte: ALMECO, 2007.
(1) Desbobinador de lâmina – suporte para bobina de alumínio
laminado bruto. Normalmente é equipado com um sistema de freio para
controlar a tensão e outro para o alinhamento da lâmina.
(2) Torre de resfriamento – dispositivo de remoção do calor gerado pelo
processo de desbobinamento do alumínio.
(3 ) Desengraxamento – processo de remoção química de óleo ou
graxa, atráves de solvente orgânico ou detergente alcalino.
(4) Eletropolimento – polimento da superfície metálica, tornando-a
anódica em eletrólito apropriado.
(5) Neutralização – processo para remover quaisquer partículas de
intermetálicos ou hidróxidos presentes na superficie do alumínio.
(6) Oxidação anódica – processo eletrolitico de oxidação pelo qual a
superfície do alumínio é convertida em uma camada de óxido.
(7) Coloração eletrolítica – coloração de camadas de óxidos anódicas
pela deposição de óxidos metálicos na estrutura porosa do alumínio.
(8) Selagem – tratamento aplicado após a anodização; aumenta a
resistência da camada anódica contra manchas e corrosão.
(9) Secagem – processo de cura; tem como função promover a
completa secagem da película anódica.
185
(10) Torre de armazenamento – suporte para o rebobinador.
(11) Rebobinador – Estrutura que rebobina o alumínio pré-anodizado.
Figura 86– Etapas do rebobinador, anodização e desbobinador da linha
contínua.
Fonte: ALMECO, 2007.
Figura 87 – Linha de corte de bobinas
Fonte: ALMECO, 2007.
186
6.5.4.2. Principais vantagens no processo de pré-anodização
As principais vantagens do alumínio pré-anodizado, em relação ao
alumínio natural, estão relacionadas à redução da rugosidade da superfície
(Figura 60), elevando sua qualidade, à refletância (que se apresenta superior
e controlada), à amplititude na escolha de acabamentos, a resistência à
abrasão e à corrosão.
Figura 88 – Redução da rugosidade da superfície (rugosidade e dissolução
de micro-picos formados durante a laminagem) por polarização anódica em um
banho de ácido concentrado
Fonte: ALMECO, 2012.
Figura 89 – Bobinas de alumínio natural e bobina de alumínio pré-anodizado
Fonte: ALMECO, 2012.
Dependendo da liga de alumínio utilizada e da camada de deposição
do óxido de alumínio, os resultados finais na reflexão total da superfície são
distintos, conforme exemplifica a Figura 90.
187
Figura 90 – Influência da liga e revestimento na reflectância final do material
Fonte: ALMECO, 2012.
6.5.5. Anodização por processo de deposição física do vapor - PVD
(Physical Vapour Deposition)
O processo PVD (Deposição física de vapor) é uma técnica de
deposição de filmes finos (metálicos ou cerâmicos) através da vaporização
destes materiais em câmaras especiais. De forma geral este processo
envolve controle de aquecimento, potencial e pressão. O processamento
PVD é feito sob alto vácuo e temperaturas que variam entre 150° e 500 °C.
O material de revestimento sólido de alta pureza (metais como
titânio, cromo e alumínio) é evaporado por calor ou bombardeado com íons
(deposição catódica). Ao mesmo tempo, é introduzido um gás reativo (por
exemplo, nitrogênio ou um gás que contenha carbono) formando um
composto com o vapor metálico que se deposita nas ferramentas ou nos
componentes na forma de um revestimento fino e altamente aderente.
O processo PVD vaporiza o material sólido por calor ou sputtering e
recondensa o vapor sobre a superfície do substrato para formar o filme fino
sólido, exemplificado na figura 63, onde temos o substrato do alumínio.
Principais etapas do tratamento PVD:
− O material a ser depositado (fonte sólida) é convertido à fase
vapor por processo físico.
− O vapor é transportado da fonte até o substrato através de uma
região de baixa pressão.
188
− O vapor condensa sobre o substrato para formar o filme fino.
− A conversão para a fase gasosa pode ser feita por adição de
calor,por evaporação
− Ou pelo desalojamento dos átomos da superfície da fonte através
de transferência de momento por bombardeio iônico – sputtering.
Figura 91 – Camadas reflexivas e protetoras do alumínio pelo sistema PVD,
desde o substrato do alumínio
Fonte: ALMECO, 2011.
Figura 92 – Linha de produção PVD (Physical Vapour Deposition). ALMECO
GmbH, Bemburg, Alemanha.
Fonte: ALMECO, 2011.
189
Figuras 93 e 94– Vista da cabine de controle, estágio de entrada onde o processo
de deposição a vácuo é criado
Fonte: ALMECO, 2011.
Figuras 95 e 96 – Processo magnetron sputtering
Fonte: ALMECO, 2011.
Figuras 97 e 98– Refletômetro 87
Fonte: ALMECO, 2011.
87
Refletômetro - Instrumento destinado a medir os fatores de reflexão de superfícies
refletivas.
190
A grande particularidade desta técnica de tratamento PVD é que ela
permite tratar sob vácuo uma grande extensão de metal de forma contínua.
Este processo é conhecido como air-to-air.
A tecnologia PVD é utilizada na fabrica da ALMECO na cidade de
Bemburg, Alemanha é denominado de linha Vega e através do refletômetro,
conforme ilustrações das Figuras 96 e 97, é possível medir as reflexões
especulares nos ângulos de 60° transversal e 60° na longitudinal , conforme
a Norma alemã DIN 5036-3 – que trata das propriedades radiométricas e
fotométricas dos materiais, suas caracterísiticas,definições e grandezas.
Verifica-se que pelo processo PVD é posivel elevar am até 13% as
reflexçoes totais em relação ao alumínio anodizado padrão 100. Este
material permitir uma economia de energia considerável de intensidade
constante de luz e aumenta a eficácia dos aparelhos de iluminação na ordem
de
20%.
Estas características tornam Vega um produto ideal para todas as
aplicações que exigem uma reflexão alumínio de alta, como refletores e
louvre, servindo principalmente para o retrofit de sitemas existentes, onde o
interesse é elevar a eficiência energética.
6.6 Características dos alumínios objeto deste estudo
Os alumínios especulares utilizados na produção de luminárias se
diferenciam
pelas
suas
características
físico-químicas,
processo
do
tratamento de superfície e pela sua capacidade de reflexão e emissão de luz.
O alumínio nacional é encontrado no mercado em chapas e bobinas
sem tratamento de anodização ou cortado em forma de disco ou superfícies
retangulares e quadradas. O disco normalmente passa por um processo de
repuxo para a confecção de luminárias com características cilíndricas, ou
cortes retangulares ou quadrados na produção de projetores, recebendo uma
anodização posterior.
Essa anodização nem sempre é perfeita, pois o disco, após a
usinagem, lixamento e o repuxo, deve ser lavado com querosene ou
detergente neutro para remoção de óxido e óleos; as peças não podem ter
191
soldas ou componentes ferrosos prensados ou arrebitados, para receber a
anodização.
Diferentes zonas de brilhos podem aparecer ao longo do perfil e as
possíveis causas são a retenção de ar/gases, devido ao posicionamento
inadequado das peças na gancheira, inibindo a migração do pigmento para o
interior dos poros no tanque de anodização.
A camada anódica depositada também não é perfeita em toda a
extensão das peças, o que diminui a capacidade reflexiva da luminária.
Figura 99 – Elevação das reflexões das superfícies dos sistemas óticos,
conforme processo de anodização
Sistema ótico com
pós anodização
Sistemas óticos com
pré -anodização
Reflexão
de 75% a 86%
Sistemas óticos
com processo PVD
Reflexão
de 86% a 98%
Fonte: ALMECO, 2012.
Figura 100 – Reflexão total (%) de distintos materiais metálicos
Fonte: ALMECO, 2012.
192
A Figura 101 mostra a redução na intensidade da luz com múltiplas
reflexões, considerando Alumínio pré-anodizado especular 100 (reflexão total
-86%), VEGA95100 (reflexão total 95%) e VEGA 98100 (reflexão total 98%) .
Figura 101 – Redução na intensidade da luz com múltiplas reflexões
Fonte: ALMECO, 2012.
6.7 Mercado nacional de alumínio utilizado na indústria de iluminação
No Brasil, a maior parte do alumínio produzido é aplicada em
embalagens e transportes, seguido da aplicação nos segmentos de
eletricidade, construção civil, bens de consumo, máquinas e equipamentos
duráveis. Embora existam fabricantes de alumínio primário no Brasil, sua
produção é considerada inadequada para o uso no setor de iluminação.
Dessa forma, o uso do alumínio importado é que abastece uma importante
parcela do setor, porém o volume que se importa não justifica a instalação de
uma linha de anodização, pois a capacidade de produção é maior que a de
consumo (LASMAR).
Até 2009, cerca de 20% a 30% dos fabricantes nacionais utilizavam o
alumínio nacional sem anodização para a fabricação das suas luminárias
comercais. Em 2012 tivemos uma alteração extremamente positiva, quando
90,65% da indústria optou pela aquisição do alumínio anodizado, 2,15 % pelo
alumínio com tratamento PVD e 7,2% pelo alumínio nacional sem
193
anodização, conforme a estimativa do uso no mercado nacioanl, ilustrada na
Figura 102.
Figura 102 – Estimativa do uso do alumínio no mercado nacional (t)
Quant. comercializada no mercado (t)
30
100
ALUMINIO NACIONAL 75%
ALUMÍNIO ANODIZADO 86%
1.260
ALUMÍNIO PVD ≥ 95%
Fonte: ABAL, LUCCHI, SISCOMEX, 2012.
6.8 Corrosão
A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química
ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços
mecânicos. Ao se considerar o emprego de materiais na construção de
equipamentos instalações é necessário que estes resistam à ação do meio
corrosivo, além de apresentar propriedades mecânicas suficientes e
características de fabricação adequadas. A corrosão pode incidir sobre
diversos tipos de materiais, sejam metálicos como os aços ou as ligas de
cobre, por exemplo, ou não metálicos, como plásticos, cerâmicas ou
concretas. A ênfase aqui descrita será sobre a corrosão dos materiais
metálicos. Esta corrosão é denominada corrosão metálica.
Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre o material, os
processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos,
abrangendo
todos
os
casos
eletroquímica e corrosão química.
deterioração
por
corrosão:
corrosão
194
Os processos de corrosão eletroquímica são mais frequentes na
natureza e se caracterizam basicamente por:
•
Necessariamente na presença de água no estado líquido;
•
Temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a
grande maioria na temperatura ambiente;
•
Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação
de elétrons na superfície metálica.
Em face da necessidade do eletrólito conter água líquida, a corrosão
eletroquímica é também denominada corrosão em meio aquoso.
Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos
não metálicos presentes no meio, O2, S, H2S, CO2 entre outros, produzindo
compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram
extraídos. Conclui-se, portanto, que nestes casos a corrosão corresponde ao
inverso dos processos metalúrgicos, vide Figura 102.
Figura 103 – Ciclo dos metais
Fonte: GUTEMBERG, 2011.
Os processos de corrosão química são, por vezes, denominados
corrosão ou oxidação em altas temperaturas. Estes processos são menos
frequentes na natureza, envolvendo operações onde as temperaturas são
elevadas.
Tais processos corrosivos se caracterizam basicamente por:

Ausência da água líquida;
195

Temperaturas, em geral, elevadas, sempre acima do ponto de
orvalho da água;

Interação direta entre o metal e o meio corrosivo;
Como na corrosão química não se necessita de água líquida, ela
também é denominada em meio não aquoso ou corrosão seca. Existem
processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em
serviço, que não se enquadram na definição de corrosão. Um deles é o
desgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do
material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação
do meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou
eletroquímico.
Pode-se, entretanto ocorrer, em certos casos, ação simultânea da
corrosão, constituindo o fenômeno da corrosão-erosão.
Outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço são as
transformações metalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais,
particularmente em serviço com temperaturas elevadas. Em função destas
transformações as propriedades mecânicas podem sofrer grandes variações,
por exemplo, apresentando excessiva fragilidade na temperatura ambiente.
A alteração na estrutura metalúrgica em si não é corrosão embora
possa modificar profundamente a resistência à corrosão do material,
tornando-o, por exemplo, susceptível à corrosão intergranular.
Durante o serviço em alta temperatura pode ocorrer também o
fenômeno da fluência, que é uma deformação plástica do material crescente
ao longo do tempo, em função da tensão atuante e da temperatura.
6.8.1 Meios corrosivos
Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis
pelo aparecimento do eletrólito. O eletrólito é uma solução eletricamente
condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases.
196
Principais meios corrosivos e contaminantes:
−
Atmosfera: o ar contém umidade, os sais em suspensão, gases
industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa
na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no
ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos
podem acelerar o processo corrosivo;
−
As concentrações dos principais contaminantes na atmosfera
estão apresentadas na Tabela 32. Entre estes contaminantes os
óxidos de enxofre e, principalmente, o dióxido de enxofre, exercem
uma influência importante sobre a corrosão atmosférica dos aços e
do zinco. As duas principais fontes de dióxido de enxofre na
atmosfera são a oxidação atmosférica do ácido sulfídrico (H2S),
produzido pela decomposição de compostos orgânicos contendo
enxofre, e a queima de combustíveis contendo enxofre. A última
destas fontes predomina em países industrializados.
Tabela 32 - Concentrações típicas de impurezas na atmosfera
Impureza
Dióxido de enxofre
Trióxido de enxofre
Ácido sulfúrico
Amônia
Cloreto
Particulas de fumaça
Concentrações (μg m-3)
Região industrial
Região rural
100 - 350
40 - 100
1 - 3,5
0,4 - 1
1,5 - 90
0,15 - 0,45
4,8
2,1
2,7 - 8,2
5,4
100 - 250
15 - 60
Fonte: Universidade Federal do Paraná, 2012.
•
Além dos contaminantes citados a corrosão atmosférica é
influenciada por um conjunto de fatores, muitas vezes interrelacionados: temperatura, umidade relativa como orvalho,
condensação e mesmo chuva, na ausência da umidade, a
maioria dos contaminantes teria pouco ou nenhum efeito,
direção dos ventos e velocidade dos ventos, radiação
solar, pluviosidade, condensação e etc.
197
•
Os materiais mais empregados como resistentes aos
diferentes tipos de atmosferas são: cobre chumbo,
alumínio e aço galvanizado. O aço carbono, com pequena
quantidade de cobre, também é resistente à corrosão
atmosférica uma vez que o cobre auxilia na formação de
uma película protetora sobre o aço. Pequenas quantidades
de níquel e cromo são úteis em atmosferas industriais, pois
formam sulfatos insolúveis que protegem o metal.
•
Outro fenômeno importante também ocorre quando os
materiais estão expostos à atmosfera. Com a diminuição
da temperatura ambiente nos períodos noturnos, ocorre
condensação de umidade em regiões da estrutura metálica
onde a evaporação está dificultada e, portanto, o ataque do
metal. Um bom exemplo deste fenômeno, denominado
corrosão protegida, é a corrosão que ocorre nas partes
internas das portas dos automóveis. Para se evitar este
tipo de corrosão deve-se cobrir o metal com películas
protetoras.
−
Solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias.
Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas.
O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos;
−
Águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem
conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos
industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O
eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos.
Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;
−
Água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável
de sais. Uma análise da água do mar apresenta em média os
seguintes constituintes em gramas por litro de água.
•
A água do mar em virtude da presença acentuada de sais é
um eletrólito por excelência. Outros constituintes como
gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos;
198
•
O ambiente marinho é o mais corrosivo de todos os meios
naturais, e compreende desde a atmosfera contaminada
com sal do mar até regiões mais profundas do oceano e o
lodo sobre o fundo do mar. Os componentes e estruturas
que estão normalmente expostos a meios marítimos são,
por exemplo, as bombas e tubulações de água do mar,
navios, submarinos, cais, estacas e plataformas de petróleo
costeiras.
−
Produtos químicos: os produtos químicos, desde que em
contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem
provocar corrosão eletroquímica.
−
Corrosão biológica - A atividade biológica de organismos vivos
presentes em um dado meio (água, solo, etc.) pode afetar, direta ou
indiretamente, o processo de corrosão de um metal. O processo de
deterioração de um metal provocado pela atividade biológica de
organismos vivos é denominado de corrosão biológica.
•
Observa-se que os organismos vivos vivem e se
reproduzem em meios de pH entre 0 e 11, à temperaturas de 0
a 80°C e sob pressões de até 1000 atm. Portanto, a atividade
dos organismos vivos pode afetar a corrosão de um metal numa
grande variedade de ambientes.

Influenciando diretamente as reações anódica e
catódica;

Influenciando as películas protetoras formadas sobre
o metal;
•

Criando condições corrosivas;

Produzindo depósitos;
Vale ressaltar que os efeitos citados podem ocorrer de
forma única ou combinados dependendo do ambiente e do
organismo envolvido.
•
Os organismos vivos podem existir nas formas micro,
como as bactérias, e nas formas macro, como as algas. O
mecanismo pelo qual as diferentes formas de organismos
afetam a velocidade de corrosão de um metal são:
199

Micro-organismos: são classificados de acordo
com sua capacidade de crescer em presença ou
ausência
de
oxigênio.
Os
micro-organismos
que
necessitam de oxigênio no seu processo metabólico
são chamados de aeróbicos; os que não necessitam de
oxigênio são chamados anaeróbicos.

Macro-organismos: dentre os milhares de tipos de
macro-organismos podem-se destacar: fungos, mofos,
crustáceos, moluscos e algas. Fungos e mofos
pertencem a um grupo de plantas que se caracterizam
pela deficiência de clorofila. Estas espécies assimilam
matéria
orgânica
e
produzem
quantidades
consideráveis de ácidos orgânicos, tais como ácidos
oxálico, lático, acético ou cítrico. Os fungos podem
atacar
borrachas
e
superfícies
com
ou
sem
revestimentos. O crescimento de fungos e mofos pode
ser
eliminado
ou
reduzido
fazendo-se
limpezas
periódicas. A diminuição da umidade relativa e o
emprego
de
agentes
orgânicos
tóxicos
(violeta
genciana, por exemplo) também são eficazes na
redução de fungos de superfície metálicas.
200
7.1.
Procedimentos utilizados para os ensaios
A seguir são apresentados os relatórios com as tabulações, conforme
ferramenta adotada para as medições fotométricas obtidas nos ensaios no
Laboratório de Fotometria da Carolino Indústria e Comércio Ltda.
Os relatórios apresentam:

Especificação técnica e características gerais;

Intensidades luminosas nos eixos transversal e longitudinal;

Iluminâncias;

Constantes zonais;

Rendimentos.
Condições em laboratório:
A precisão e exatidão das medições estão diretamente ligadas a
utilização de procedimentos padronizados e bons equipamentos e, embora
não exista nenhuma norma brasileira própria para os ensaios fotométricos,
foi necessário manter alguns procedimentos específicos para este fim,
recomendados pela CIE e IESNA (1995).
Os ensaios foram realizados seguindo alguns destes padrões:

Quanto à alimentação elétrica, o reator foi operado em sua tensão
e frequência nominal. Durante os ensaios observou-se o período
de estabilização e de controle da tensão mantida constante e com
variação máxima de 0,5%;

O reator eletrônico de padrão de referência secundário RE028 foi
identificado e guardado quando fora do período de uso em
laboratório;
201

As lâmpadas de padrão de referência secundário FL028 e FL028A
foram identificadas, embaladas e guardadas quando fora do
período de uso em laboratório;

Os principais equipamentos fotométricos utilizados nas medições
foram elencados no item 2.5.2.1.
− Goniofotômetro manual – Laboratório Carolino Indústria e
Comercio Ltda.
− Luxímetro MINOLTA, modelo T-10
− Estabilizador de tensão linear – modelo 1000 TRA-BB/13,
fabricante TECTROL

Os ensaios fotométricos foram realizados e as iluminâncias foram
medidas em intervalos de ângulos de 5° nos planos transversal e
longitudinal, e as intensidades luminosas foram obtidas pelas
multiplicações das iluminâncias medidas e o quadrado da distância
entre o centro fotométrico da luminária e o fotômetro do luxímetro,
sendo o ponto fotométrico da luminária o que está sobre a linha
resultante da intersecção do eixo de referência. A distância (d) para
o fotômetro do luxímentro ao centro fotométrico da luminária foi de
seis metros.
Figura 104 – Distância entre o goniofotômetro e a fotocélula do luxímetro.
Fonte: Moreira, 2006.

O período de intervalo de ensaio entre as luminárias não foi
superior a 15 minutos. Desta forma, podemos considerar que as
variações de fluxo luminoso não foram superiores a 0,5% de
lâmpadas e luminárias.
202
7.2. Resultados dos ensaios dos conjuntos óticos de referência -R A1,
R B1 e R C1
7.2.1. Ensaio do conjunto ótico de referência – R A1
Tabela 33 – Tabulação do conjunto ótico de referência – R A1
203
7.2.2. Ensaio do conjunto ótico de referência – R B1
Tabela 34 - Tabulação do conjunto ótico de referência – R B1
onte: a autora, 2013.
Fonte: a autora, 2013.
0°
5°
10°
15°
20°
25°
30°
35°
40°
45°
50°
55°
60°
65°
70°
75°
80°
85°
90°
43,20
43,40
45,00
49,80
53,50
55,80
54,60
50,70
46,40
38,70
30,90
20,30
10,12
2,88
1,60
1,49
1,31
1,13
0,95
ÂNGULO TRANSVERSAL
267,67
268,91
278,82
308,56
331,49
345,74
338,30
314,14
287,49
239,79
191,46
125,78
62,70
17,84
9,91
9,23
8,12
7,00
5,89
cd/1000lm
LUMINÁRIA: CS-656
REFLETOR: ALUMÍNIO VEGA 95100
INCLINAÇÃO: 0°
ALTURA DE MONTAGEM: 6 M
RC1
43,20
43,20
42,70
42,30
40,50
38,90
37,00
34,90
32,70
29,30
26,00
22,50
18,80
14,80
10,50
5,56
2,40
1,25
0,97
267,67
267,67
264,57
262,09
250,94
241,02
229,25
216,24
202,61
181,54
161,10
139,41
116,48
91,70
65,06
34,45
14,87
7,75
6,01
LONGITUDINAL cd/1000lm
36
36
36
36
36 532,8
36 200,2
36
38,9
Fonte: a autora, 2013.
34,9
29,3
22,5
14,8
5,56
1,25
45
810
1055
1256
1400
1523
36
42,3
1555
36
43,2
LxD²
LÂMPADA:
OSRAM
TIPO:
Lâmpada referência FL028 / FL028A
POTÊNCIA:
28W
FLUXO LUMINOSO: 5800 lm (2900 X 2)
CONJUNTO DE REFERÊNCIA
PLANILHA DE RENDIMENTO
1,1
1,5
2,9
20
39
51
56
50
43
36
36
36
36
36
36
36
36
36
TxD²
40,7
53,6
104
731
1393
1825
2009
1793
1562
DATA:
EFETUADO POR:
42,84
126,9
1,0911
1,0579
0,9926
0,8976
0,7744
0,6282
0,4629
0,2835
0,0955
RENDIMENTO:
318,24
770,4
1224
1540,8
1704,6
1657,8
1558,8
MÉDIA CONSTANTE
18/11/2011
ALAN NASCIMENTO
SILVIA BIGONI
77,8%
46,74
4512,09
134,25
315,89
691,51
947,87
967,93
789,06
469,99
148,87
TOTAL
204
7.2.3. Ensaio do conjunto ótico de referência – R C1
Tabela 35 - Tabulação do conjunto ótico de referência – R C1
205
7.3.
Resultados dos ensaios das luminárias de campo - Instalação 1 –
- FASA Fibra Ótica, Peruíbe, SP - FA A1, FA B1, FA C1
7.3.1. Ensaio da luminária de ensaio – FA A1 (1.512 horas)
Tabela 36 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA A1.
Período da instalação: 1.512 horas
Fonte: a autora, 2013.
206
7.3.2. Ensaio da luminária de ensaio - FA A1 (2.640 horas)
Tabela 37 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA A1
Período da instalação: 2.640 horas
Fonte: a autora, 2013.
207
7.3.3. Ensaio da luminária de ensaio – FA B1 (1.512 horas)
Tabela 38 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA B1.
Período da instalação: 1.512 horas.
Fonte: a autora, 2013.
208
7.3.4. Ensaio da luminária de ensaio– FA B1 (2.640 horas)
Tabela 39 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA B1
Período da instalação: 2.640 horas
Fonte: a autora, 2013.
209
7.3.5. Ensaio da luminária de ensaio – FA C1 (1.512 horas)
Tabela 40 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA C1.
Período da instalação: 1.512 horas
Fonte: a autora, 2013.
210
7.3.6. Ensaio da luminária de ensaio FA C1 (2.640 horas)
Tabela 41 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 1 – FASA Fibra
Ótica, Peruíbe, SP – FA C1.
Período da instalação: 2.640 horas
Fonte: a autora, 2013.
211
7.4. Resultados dos ensaios das luminárias de campo – Instalação 2 LUCCHI Ltda., Cotia, SP – LU A1, LU B1 e LU C1
7.4.1.
Ensaio da luminária de ensaio LU A1 (1.576 horas)
Tabela 42 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda,
Cotia, SP – LU A1.
Período da instalação: 1.576 horas
Fonte: a autora, 2013.
212
7.4.2.
Ensaio da luminária de ensaio LU A1 ( 2.720 horas)
Tabela 43- Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda,
Cotia, SP – LU A1.
Período da instalação: 2.720 horas.
Fonte: a autora, 2013.
213
7.4.3.
Ensaio da luminária de ensaio– LU B1 (1.576 horas)
Tabela 44 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda,
Cotia, SP – LU B1.
Período da instalação: 1.576 horas
Fonte: a autora, 2013.
214
7.4.4.
Ensaio da luminária de ensaio– LU B1 (2.720 horas)
Tabela 45 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda,
Cotia, SP – LU B1.
Período da instalação: 2.720 horas.
Fonte: a autora, 2013.
215
7.4.5.
Ensaio da luminária de ensaio– LU C1 (1.576 horas)
Tabela 46 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda,
Cotia, SP – LU C1.
Período da instalação: 1.576 horas
Fonte: a autora, 2013.
216
7.4.6.
Ensaio da luminária de ensaio - LU C1 (2.720 horas)
Tabela 47 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 2 – LUCCHI Ltda.
Cotia, SP – LU C1.
Período da instalação: 2.720 horas.
Fonte: a autora, 2013.
217
7.5. Resultados dos ensaios das luminárias de campo – Instalação 3Condomínio PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO A1, PO B1 e PO C1
7.5.1.
Ensaio da luminária de ensaio – PO A1 (1.648 horas)
Tabela 48 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO A1
Período da instalação: 1.648 horas
Fonte: a autora, 2013.
218
7.5.2.
Ensaio da luminária de ensaio – PO A1 (2.856 horas)
Tabela 49 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO A1
Período da instalação: 2.856 horas
Fonte: a autora, 2013.
219
7.5.3.
Ensaio da luminária de ensaio – PO B1 (1.648 horas)
Tabela 50 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO B1
Período da instalação: 1.648 horas
Fonte: a autora, 2013.
220
7.5.4.
Ensaio da luminária de ensaio– PO B1 (2.856 horas)
Tabela 51 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO B1
Período da instalação: 2.856 horas
Fonte: a autora, 2013.
221
7.5.5.
Ensaio da luminária de ensaio– PO C1 (1.648 horas)
Tabela 52 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO C1
Período da instalação: 1.648 horas
Fonte: a autora, 2013.
222
7.5.6.
Ensaio da luminária de – PO C1 (2.856 horas)
Tabela 53 - Tabulação da luminária de ensaio – Instalação 3 – Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna, SP. – PO C1
Período da instalação: 2.856 horas
Fonte: a autora, 2013.
223
Através da metodologia proposta, apresentam-se as variações
percentuais verificadas nas perdas luminosas dos conjuntos óticos das
luminárias de ensaios em relação aos conjuntos de referências.
Tabela 54 – Redução percentual dos rendimentos das luminárias de campo
em relação aos conjuntos óticos de referência.
R A1
Conjunto ótico
de referência
Redução
(%)
66,70%
R B1
Redução
(%)
74,20%
R C1
Redução
(%)
77,80%
Etapa 1 - Período médio em funcionamento (8 horas/dia) - 1.578 horas (197 dias)
FA A1
Instalação 1
65,40%
FA B1
1,95%
LU A1
Instalação 2
63,40%
60,80%
2,56%
LU B1
4,95%
PO A1
Instalação 3
72,30%
FA C1
73,80%
70,50%
0,64%
LU C1
0,53%
PO B1
8,85%
77,30%
76,70%
1,41%
PO C1
4,99%
74,00%
4,88%
Etapa 2 - Período médio em funcionamento (8 horas/dia) - 2.730 horas (342 dias)
FA A1
Instalação 1
62,10%
FA B1
6,88%
LU A1
Instalação 2
62,20%
64,80%
3,24%
LU B1
6,74%
PO A1
Instalação 3
71,80%
FA C1
71,00%
72,10%
4,11%
LU C1
4,31%
PO B1
2,85%
74,60%
75,40%
3,09%
PO C1
2,83%
77,30%
0,64%
Fonte: a autora, 2013.
Verificaram-se determinantes conclusões com relação à utilização dos
alumínios com características reflexivas distintivas, dos quais, mesmo que do
ponto de vista visual inicialmente tenham a mesma característica brilhante e
especular, os resultados mostram que as luminárias de ensaios FA A1, LU
A1 e PO A1 apresentaram situação mais crítica, dentro do período de
análise, em relação ao conjunto ótico de referência R A1. Uma possível
explicação se deve ao fato de o alumínio não ter o tratamento de anodização
224
da superfície e de apresentar fragmentos minúsculos de óxido, o que o torna
mais impuro. Além de conter essas impurezas, observou-se que as suas
propriedades de reflexão foram variáveis e com um alto nível de
embaçamento 88, ocorrido provavelmente pela sua condição crítica à baixa
resistência à corrosão, que dificulta a sua manutenção e limpeza. Como o
fator de manutenção é um critério importante deste trabalho, considera-se
que possivelmente este alumínio, sendo desprotegido, muito macio e com
dureza aproximada de 50Hv, terá a sua superfície seriamente arranhada com
um simples esfregar de um tecido ou pano macio, e sua superfície brilhante
destruída (ALMECO, 2011).
Analisando o conjunto ótico de referência, identificamos uma reflexão
inicial de 66,7%.
A aparência visual do conjunto ótico de referência R A1, ilustrada na
Figura 114, do Anexo I, mostra na superfície ótica uma textura de pequenos
veios 89 orientados possivelmente na direção do bobinamento 90 da chapa do
alumínio. São pequenos arranhões que acabam dispersando mais a luz e
fazem a superfície parecer mais nebulosa 91.
Avaliando-se as três instalações de campo, após um período de uso
médio de 2.738 horas, observou-se uma redução de 6,88% em relação à
luminária de ensaio FA A1, de 6,74 % em relação à luminária de ensaio LU
A1, e de 2,85 % em relação à luminária de ensaio PO A1, com uma média de
5,5 % no rendimento dos modelos e perda de parte de sua propriedade
reflexiva, comparativamente com o conjunto de referência R A1, além de
uma aparência enevoada mais perceptível, conforme o ilustrado nas Figuras
117 (1.512 horas) e 120 (2.640 horas) da luminária de ensaio FA A1.
Os ensaios das luminárias de ensaios FA B1, LU B1 e PO B1, em
relação ao conjunto ótico de referência R B1, apresentaram uma condição
considerada boa, com redução de 3,24% em relação à luminária de ensaio
FA B1, de 4,31 % de redução em relação à luminária de ensaio LU B1, e
2,83% de redução em relação à luminária de ensaio PO B1, com média de
88
Embaçamento - Ato ou efeito de embaçar; embaçadela.
Veio - Faixa longa e estreita, encontrada nas madeiras, pedras e outras superfícies, e que
se distingue pela natureza ou pela cor.
90
Bobinamento – Processo de se enrolar um material flexível, neste caso o alumínio em um
cilindro.
91
Nebulosa - Obscuro, pouco claro, turvo, falta de nitidez.
89
225
3,46% de perdas luminosas e de rendimento após o mesmo período de
depreciação das instalações.
Essa menor perda se deve principalmente ao fato de que o alumínio
nomeado de B1 recebeu uma fina camada de recobrimento anódico e
efetivamente tem uma maior resistência à corrosão em ambientes úmidos e
salinos.
Visualmente não se observaram alterações das superfícies dos
alumínios dos modelos ensaiados, conforme o ilustrado nas Figuras 118
(1.512 horas) e 121 (2.640 horas) da luminária de ensaio FA B1.
Os ensaios das luminárias de ensaios FA C1, LU C1 e PO C1, em
relação ao conjunto ótico de referência R C1, apresentaram a melhor
condição com a menor perda de luminosidade e depreciação do rendimento,
com uma redução de 4,11 % em relação à luminária de ensaio FA C1, de
3,09 % de redução em relação à luminária de ensaio LU C1, e 0,64 % de
redução em relação à luminária de ensaio PO C1, com uma média de 2,61%
após o mesmo período de funcionamento das instalações.
A menor perda da luminosidade e de rendimento e a melhoria na
eficiência foi possível devido ao processo de deposição de filmes finos,
através de vaporização do alumínio de alta pureza, o que elevou ainda mais
a resistência à corrosão, sem alteração ou perda de refletividade.
Aparentemente, não se observaram alterações das superfícies de
alumínios dos modelos ensaiados, exemplificado nas Figuras 119 (1.512
horas) e 122 (2.640 horas) da luminária FA C1.
Foram Identificados desvios nos resultados das medições na Etapa 1,
após um período médio de 1.648 horas de funcionamento das luminárias de
ensaios PO A1, PO B1 e PO C1, denominadas de instalação 3 - Condomínio
PORTO de IBIÚNA, Ibiúna , SP .
Os resultados dessas medições fotométricas foram descartados, visto
que apresentaram valores inferiores, divergentes e que não estão de acordo
com os demais resultados, conforme apresentado na Tabela 55.
226
Tabela 55 – Desvios das medições das luminárias de campo - PO A1, PO B1
e PO C1.
R A1
Conjunto ótico de
referência
Redução
(%)
66,70%
Redução
(%)
R B1
74,20%
R C1
Redução
( %)
77,80%
Etapa 1 - Período em funcionamento (8 horas/dia) - 1.648 horas (206 dias )
PO A1
Instalação 3
60,80%
PO B1
8,85%
PO C1
70,50%
4,99%
74,00%
4,88%
Etapa 2 - Período em funcionamento (8 horas/dia) - 2.856 horas (357 dias)
PO A1
Instalação 3
64,80%
PO B1
2,85%
PO C1
72,10%
2,83%
77,30%
0,64%
Fonte: a autora, 2013.
Uma possível explicação pode ser a não verificação da tensão de
alimentação, visto que as medições destas luminárias foram feitas
separadamente, no dia 02/06/2012, diferentemente das luminárias de
ensaios FA A1, FA B1, FA CI, LU A1, LU B1 e LU C1, que foram ensaiadas
no dia 01/06/2012, com a alimentação elétrica estabilizada e controlada.
Avaliando os três conjuntos óticos de referência, observou-se que as
diferenças de rendimentos são determinantes, visto que o conjunto ótico de
R C1 gera 14,26% a mais de luz do que o conjunto ótico R A1, pelo mesmo
consumo energético, e o conjunto ótico R B1 gera 10,11 % a mais de luz, em
relação ao conjunto ótico R A1, conforme a Tabela 56.
Tabela 56- Diferença entre os rendimentos dos modelos de referência
ensaiados.
Modelos
Conjunto ótico de
referência
Diferença (%)
RA1 - R C1
Diferença (%)
R A1 - R B1
Diferença (%)
RB1 - R C1
14,26%
10,11%
4,63%
Fonte: a autora, 2013.
227
9.1 Considerações finais
Este trabalho teve por objetivo apresentar uma análise quanto ao uso
de distintos tipos de alumínios empregados na fabricação dos conjuntos
óticos das luminárias comerciais.
O segmento de iluminação passou por muitas transformações no
decorrer dos anos e matérias-primas poucos utilizadas no passado
expandiram o seu uso por conta das novas necessidades do mercado e do
consumidor, que se utiliza cada vez mais de materiais recicláveis.
O alumínio passou a ser cada vez mais exigido na fabricação de
luminárias em virtude da qualidade, eficiência e durabilidade. No entanto,
para garantir essas propriedades por muitos anos é cada vez mais
indispensável o uso do tratamento de superfície por meio de anodização.
Esse mesmo tratamento já é empregado há muitos anos em outros
materiais, como esquadrias, portões etc., de forma a evitar a oxidação que
ocorre frequentemente quando instalados em regiões litorâneas.
Além disto, considerando que a periodicidade da manutenção dos
sistemas de iluminação deve adequar-se a cada tipo de instalação, o fator de
depreciação utilizado pelo projetista de iluminação deverá conciliar as
informações de projeto e as condições de manutenção, em razão da
complexidade do sistema, de sua importância e das influências externas do
local.
A prática do mercado está no uso do fator de depreciação (Fd) em
0,80, mas para condições mais criticas a prática de um fator de depreciação
de até 0,70 será o mais indicado. Essa condição já está sendo recomendada
pela Norma NBR ISO 8995-1 (aprovada e em fase de publicação) e pela CIE
97:2005.
228
Do ponto de vista energético, quanto menor o rendimento de uma
luminária, maior o desperdício de energia elétrica, mas quanto maior a
refletância do alumínio, maior será o rendimento do sistema.
Se for analisado o caso de uma instalação nova comercial, pública
ou de serviço, em que estaria em discussão a escolha sobre qual das opções
a ser adotada será a melhor, para a fabricação de uma luminária eficiente o
sistema com o modelo de alumínio C1 será o mais adequado, observando-se
que através de uma solução e tecnologia que aparentemente possa ser
considerada mais onerosa, é extremamente viável a médio e longo prazo,
com a garantia da iluminância desejada, o melhor conforto ambiental, a
menor perda luminosa e, principalmente, pelo menor custo energético.
9.2. Conclusões
Verificou-se que há uma real perda progressiva das intensidades
luminosas e dos rendimentos das luminárias de ensaios FA A1, FA B1, FA
C1, LU A1, LU b1, LU C1, PO A1, PO B1 e PO C1 em relação aos conjuntos
óticos de referência R A1, R B1 e R C1.
As perdas das intensidades luminosas e de iluminâncias atendem
aos fatores de depreciação praticados no mercado, sendo que esses níveis
de iluminação são os recomendados para cada tarefa e fornecidos como
iluminâncias de manutenção, que dependem das características de
manutenção da lâmpada, da luminária (parte do objeto de ensaio deste
trabalho), do ambiente e do programa de manutenção. O projeto de
iluminação deve ser desenvolvido com o fator de manutenção total calculado
para o equipamento de iluminação selecionado, para o tipo de ambiente e
para o cronograma de manutenção especificado.
Os resultados demonstraram que nos ambientes onde o sal está
presente na atmosfera, a durabilidade das superfícies dos alumínios B1 e C1
tiveram a menor depreciação, e a superfície A1 a que mais teve a sua
superfície danificada. Isto se deve, possivelmente, após um breve período de
exposição ao sal e também à umidade. Essa condição, conhecida como
patina atmosférica, é um branqueamento da camada de óxido durante a
229
exposição atmosférica e visualizada no ensaio de corrosão por exposição à
atmosfera úmida saturada, executado no Departamento de Corrosão do IPT
(2005), conforme mostra a Tabela 57 do anexo II.
9.3 Contribuições da dissertação
É de suma importância ampliar a discussão sobre a real necessidade
do uso de alumínios sem anodização na fabricação de luminárias comerciais
e para o desenvolvimento dos sistemas óticos, já que não há como
administrar a falta de conhecimento do mercado consumidor.
Acrescenta-se a isso a criação de novos elementos e informações
para levar a indústria de luminárias a um novo patamar de qualidade.
Permeou ainda o trabalho a necessidade de difundir as tecnologias
inovadoras de tratamento de superfície dos alumínios, expandindo o
conhecimento de suas características e durabilidade, de forma a garantir a
qualidade das instalações e atender aos apelos sustentáveis, conceito
altamente em foco em novos projetos, em razão de ser um material
totalmente
reciclável,
com
100%
de
reaproveitamento
e
de
fácil
transformação.
9.4
Sugestão para futuros trabalhos
Dando continuidade a esta pesquisa, é proposto o desenvolvimento
de outras atividades, na busca do aprimoramento e correções no método
sugerido. Para isso torna-se relevante a necessidade de:
−
Elevar o tempo dos ensaios de campo por um período superior
a 5.000 horas, objetivando perdas luminosas mais realistas;
−
Ensaios em laboratórios acreditados pelo INMETRO;
−
Ensaios de aceleração de corrosão por exposição à atmosfera
úmida saturada dos modelos, fixando um período de exposição;
−
Ensaios dos índices de refletância em diferentes posições
angulares entre a fonte de emissão e o sensor de fotodetecção, para a
230
obtenção da quantidade de luz incidida na superfície de referência dos
conjuntos óticos, conforme a intensidade luminosa da luz especularmente
refletida e a razão entre a intensidade da luz emitida;
−
Ensaios de exposição à névoa salina, onde se induz um
processo de corrosão acelerada por um período de 240 horas, conforme o
sugerido na ASTM B 117:2003 - Standard Practice for Operating Salt Spray
(Fog) Apparatus;
−
Ensaios da determinação da espessura da camada anódica dos
alumínios pelo método microscópico, conforme Norma ISO 1463:1998;
−
Simulações com outros tipos de conjuntos óticos, como refletor
e aleta branca, refletor de alumínio e aleta branca, refletor de alumínio sem
aleta e refletor branco sem aleta, por exemplo;
−
Simulações em ambientes com outros fatores de influência
sobre as perdas luminosas, como por exemplo, com sistemas de
condicionamento de ar;
−
Simulações computacionais comparando os sistemas, nas
quais se considere diferentes tipos de edificações, em função de
características arquitetônicas e atividade comercial desenvolvida.
231
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241
Equipe de apoio: Eng. Alan Nascimentpo, Eng. Carlos Carolino, Arqt.
Nelson Solano, Sr. Aguinaldo Reis (fotometrista) e Arqt. Silvia Bigoni.
Figuras 105 e 106 - Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1. Data: 26/08/2011.
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni, Eng. Alan Nascimento e Arqt Nelson Solano,
2011.
Figuras 107 e 108 - Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1. Data: 26/08/2011
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni, Eng. Alan Nascimento e Arqt. Nelson Solano, 2011.
242
Figuras 109 e 110 - Registro fotográfico dos preparativos para os ensaios
dos conjuntos óticos de referência - R A1, R B1 e R C1. Data: 26/08/2011.
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni, Eng. Alan Nascimento e Arqt. Nelson Solano, 2011.
Figuras 111, 112 e 113 - Identificação das luminárias de campo, FA B1, LU
C1 e PO A1. Data: 28/12/2012.
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni e Eng. Alan Nascimento, 2012.
Figuras 114, 115 e 116 – Registro fotográfico dos conjuntos óticos de
referência R A1, R B1 e R C1.Data: 28/12/2012.
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni e Eng. Alan Nascimento, 2012.
243
Figura 117,118 e 119 – Registro fotográfico das luminárias de campo – FA
A1, FA B1 e FA C1- Condições dos alumínios após periodo de 1.512 horas de
funcionamento.
.
Fonte: Arqt. Silvia Bigoni, 2013.
Figuras 120, 121 e 122– Registro fotográfico das luminárias de campo - FA
A1, FA B1 e FA C1 - Condições dos alumínios após periodo de 2.640 horas de
funcionamento.
244
Natureza do ensaio: Ensaio acelerado de corrosão por exposição à
atmosfera úmida saturada e fixado pelo prazo de 240h. A análise do material
é visual e foi executado no IPT em 28/01/2005.
Cliente Solicitante: Lucchi Ltda.
Responsável pelo acompanhamento: Silvia Bigoni
Tabela 57 - Ensaios de câmara úmida executados no IPT
NACIONAL
Acabamento
ALMECO 100/030/B
ALMECO VEGA
95100
Especular
Especular
24 horas
Aparecimento de
manchas brancas e
escuras em cerca de
70% da área ensaiada
Nenhuma alteração
Material não
ensaiado
72 horas
perda total de brilho e
manchas escuras com
escorrimento dos
produtos formados
Perda de brilho
Material não
ensaiado
192 horas
produtos escuros
cobrindo cerca de 70%
da área ensaiada
Nenhuma alteração
em relação à situação
anterior
Material não
ensaiado
240 horas
nenhum alteração em
relação à situação
anterior
Nenhuma alteração
em relação à situação
anterior
Material não
ensaiado
Fonte: LUCCHI, IPT, 2005.
Especular
245
Natureza do ensaio: Ensaio de determinação de refletância após
período de corrosão.
Fixado prazos de ensaios de corrosão: 100h, 200h, 300h e 400h.
Ensaios executados no IPT pelo Laboratório de Equipamentos
Elétricos e Ópticos em 2005.
Material analisado: Alumínio Nacional e alumínio 100/030/B
Cliente Solicitante: Lucchi ltda
Responsável pelo acompanhamento: Silvia Bigoni
Figura 123 - Ensaio de determinação do índice de refletância – Alumínio
Nacional
Fonte: LUCCHI, 2005.
246
Figura 124 - Ensaio de determinação do índice de refletância – Alumínio
100/030/B
Fonte: LUCCHI, 2005.
247
Figura 125– Dados técnicos da lâmpada fluorescente tubular T5 FH 14/28W
Fonte: OSRAM, 2011.
248
Figura 126 – Dados técnicos do reator eletrônico QTP 5 2x14-35W/230-240V
Fonte: OSRAM, 2011.
249
Figura 127– Dados técnicos do reator eletrônico QTP 5 2x14-35W/230-240V
Fonte: OSRAM, 2011.
250
Figura 128– Dados técnicos do alumínio ALCOA.
Fonte: ALCOA, 2012
.
251
Figura: 129 – Dados técnicos do alumínio 100/030/B – 100/040/B, ALMECO.
Fonte: ALMECO, 2011.
252
Figura: 130 – Dados técnicos do alumínio VEGA 95100, ALMECO.
Fonte: ALMECO, 2011.
Fonte: ALMECO, 2011.
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