Sistemas e Tecnologias Industriais - I
Módulo 8 Luminotécnica
Luminotécnica
Leitura obrigatória •
Capítulo 5 do livro: CREDER, Hélio, Instalações Elétricas. 15 Ed. Rio de Janeiro: LTCA 2007
Luminotécnica
LUMINOTÉCNICA • estudo das das técnicas das das fontes de iluminação iluminação artificial, através da energia energia elétrica • luz é uma uma modalidade modalidade da energia radiante verificada pela sensação visual de claridade • faixa de radiações das ondas eletromagnéticas eletromagnéticas detectada pelo olho humano humano se situa situa entre 380 380 nm e 780 nm. nm.
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CONFORTO LUMINOSO • ambiente ambientess com melhor conforto conforto luminoso luminoso e no menor custo • confor conforto to – respo resposta sta fisio fisiológ lógica ica do indi indivíd víduo uo • ambiente ambiente – estímulos estímulos ambien ambientais tais (quantid (quantidade, ade, qualid qualidade ade e distribu distribuição ição da luz) • “Quanto menor menor for o esforço de adaptação adaptação do indivíduo, maior será será sua ”
– Citação e figura: Manual Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONFORTO LUMINOSO • sensações sensações e emoções emoções subjetiva subjetivass
• “Conforto é, é, portanto, a interpretação interpretação de estímulos objetivos, físicos e facilmente quantificáveis, por meio de respostas fisiológicas (sensações) e de emoções, com caráter subjetivo e de difícil avaliação” – Citação e figura: Manual Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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OBJETIVOS DA ILUMINAÇÃO • obtenção obtenção de de boas boas condições condições de visão – visibilidad visibilidade, e, segurança segurança,, orientação orientação • ligado ligado a atividades atividades laborati laborativas vas e produtivas produtivas (escola (escolas, s, escritórios, escritórios, bibliot bibliotecas, ecas, industrias) • utilização utilização da da luz como como instrume instrumento nto de ambie ambientaçã ntaçãoo de espaço espaço – atividades atividades não laborativas
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CONCEITOS BÁSICOS: ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO • radiação radiação solar – ondas ondas eletromagnéti eletromagnéticas cas • três espectr espectroo principa principais is • infravermel infravermelho ho (sensação (sensação de calor) calor) • espect espectro ro visíve visívell • ultravioleta (efeito higiênico, bronzeamento)
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • espectro espectro visível visível – faixa faixa de 380 a 780 nm • Curva Curva de sensibilidade sensibilidade do do olho humano humano à luz visível
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • luz luz – core coress pri primá mári rias as • aparência de um objeto: resultado da iluminação incidente sobre ele
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Potência Potência total instalada instalada • somatório de todas as potências dos aparelhos utilizados na iluminação iluminação – potência da lâmpada + acessórios n.w [kw] Pt = 1000
• • potência total total instalada em watts watts para cada metro quadrado quadrado
D =
Pt .1000 A
[W / m ] 2
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CONCEITOS BÁSICOS • Flux Fluxoo lumin luminos osoo • radiação total da fonte luminosa entre os os limites de comprimento de onda de 380 e 780 nm • quantidade de de luz emitida por uma fonte, em tensão normal de funcionamento. - lâm lâm ada ada inca incand ndes esce cent ntee de de 100 100 W: W: 1000 1000 lm lm - lâmpada fluorescente fluorescente de 40 W: 1700 a 3250 lm; - lâmpada vapor de mercúrio 250W: 250W: 12.700 12.700 lm; - lâmpada lâmpada multi-v multi-vapor apor metálico metálico de 250W 250W:: 17.000 17.000 lm
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Eficiê Eficiênci nciaa lumino luminosa sa • relação entre o fluxo luminoso luminoso emitido por uma lâmpada lâmpada e a potência elétrica desta lâmpada - lâmpada lâmpada incande incandescente scente de 100W 100W:: 10 lm/W - lâmpada fluorescente fluorescente de 40 W: 42,5 42,5 lm/W a 81,5 lm/W. lm/W. - lâmpada lâmpada vapor vapor de mercúrio mercúrio de 250W: 250W: 50 lm/W -
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Intens Intensida idade de lumino luminosa sa • é a potência potência da radiação radiação luminosa luminosa numa numa dada direção direção • I (inten (intensid sidad ade) e) - unidad unidadee é a candel candelaa (cd) (cd) • Cu Curva rva de distrib distribuiç uição ão lumi luminos nosaa - CDL • Ca Cande ndela la x 1000 1000 lm
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Lumi Luminâ nânc ncia ia • excita excitação ção visual visual • “sensa “sensação ção de clarid claridade ade”” “ Luminância liga-se com contrastes, contrastes, pois a leitura de uma página página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância luminância das letras letras é menor do que a luminância luminância do fundo fundo e, assim, a leitura leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, Entretanto, quando as luminâncias luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara compara luminâncias. Quando compara compara luminâncias pode ficar eufórico ou triste, estimulado ou abatido” Leitur Lei turaa – art artigo igo:: O uso da cor no I 2 ambiente de trabalho L = cd .m – uma ergonomia da A. cos α percepção
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Citação: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Lumi Luminâ nânc ncia ia “ Luminância liga-se com contrastes, contrastes, pois a leitura de uma página página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância lumin ância das letras letras é menor do que a luminância luminância do fundo fundo e, assim, a leitura leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, Entretanto, quando as luminâncias luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara compara luminâncias. Quando compara compara luminâncias pode ficar , ” “ Luminância liga-se com contrastes, contrastes, pois a leitura de uma página página escrita em letras pretas (refletância 10%) sobre um fundo branco (papel, refletância 85%) revela que a luminância lumin ância das letras letras é menor do que a luminância luminância do fundo fundo e, assim, a leitura leitura “cansa menos os olhos”. Entretanto, Entretanto, quando as luminâncias luminâncias se aproximam, como é o caso da linha de costura e do tecido, a observação torna-se mais difícil (contraste reduzido) e há necessidade de de mais luz. Grande é o efeito psicológico das luminâncias luminâncias no indivíduo, quando o homem vê, compara compara luminâncias. Quando compara compara luminâncias pode ficar eufórico ou triste, estimulado ou abatido”
Citação: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Ilum Ilumin inân ância cia • iluminame iluminamento, nto, nível nível de iluminação iluminação • relação entre o fluxo luminoso luminoso incidente numa superfície e a superfície sobre a qual este incide • densidade de fluxo luminoso na na superfície sobre a qual este este incide
lm E = A m Φ
2
Dia ensolarado de verão em local aberto » 100.000 lux Dia encoberto de verão » 20.000 20 .000 lux Dia escuro de inverno » 3.000 3.00 0 lux Boa iluminação de rua » 20 a 40 lux Noite de lua cheia » 0,25 lux Luz de estrelas » 0,01 lux.
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CONCEITOS BÁSICOS • Lumi Luminâ nânc ncia ia x Ilum Ilumin inân ância cia
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Índice Índice de Reprod Reproduçã uçãoo de Cores Cores - IRC • variação de cor nos objetos objetos iluminados baseado baseado em uma cor padrão
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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CONCEITOS BÁSICOS • Temperatur emperaturaa de cor cor Sensação visual: • luz quent quentee – “amare “amarelad lada” a” – tempe temperat ratura ura de cor baixa baixa • luz fria fria:: (azul (azulada ada)) – temper temperatu atura ra de cor cor alta alta
Figura: Manual OSRAM de Iluminação, conceitos e projeto
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TIPOS DE LÂMPADAS • Incand Incandesc escen entes tes • bulbo de vidro com filamento interno de tungstênio espiralado que é levado levado a incandescência pela passagem da corrente (efeito Joule) • oxidação é evitada evitada pela presença de gás gás inerte (Níquel e Argônio) ou vácuo dentro dentro do tubo • alto fluxo luminoso das no novas vas lâmpadas incandescente incandescente é obtido com filamentos de dupla dupla espiralagem feitos de tungstênio tungstênio puro (exigências da NBR IEC 64) • • cor da luz luz é branco-averm branco-avermelha elhada da • reprodução de cores sobressaem as cores amarela amarela e vermelha, ficando amortecidas as as tonalidades verde e azul.
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TIPOS DE LÂMPADAS • Incand Incandesc escen entes tes • Vidro dos bulbos: normalmente normalmente o vidro cal, macio, de baixa temperatura de amolecimento • lâmpadas ao ar livre, são empregados empregados vidros duros ou ou vidros-borossilicatos, que resistem ao choque térmico • lâmpadas especiais especiais tubulares, tubulares, onde onde o filamento é colocado axialmente muito próximo próximo ao bulbo são utilizados tubos de quartzo, que resistem a elevadas temperaturas sem ocorrer o seu amolecimento, como nas lâmpadas halógenas. • bases: fixar mecanicamente mecanicamente a lâmpada em seu seu suporte e completar a ligação ligação elétrica ao circuito de iluminação • A maior maior parte das lâmpadas usa a base de rosca tipo Edison.
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TIPOS DE LÂMPADAS • haló halóge gena nass • lâmpadas incandescentes tes nas quais se adicio cionam internamente ao bulbo, elementos halógenos como o iodo ou bromo • interi terioor do bulbo: “ci “ciclo do iodo, ou ciclo do bromo” • tun tungstê gstêni nioo evap evapor oraado comb combin inaa-se -se (em (em tem tempera peratu tura rass abai abaixo xo de 1400 1400° ° C com com o halo halogê gêni nioo adic adicio iona nado do ao gás pres preseente nte no bulb ulbo • , conv convec ecçã çãoo aí pres presen ente tes, s, até até se apro aproxi xima marr nov novamen amente te do fila filame ment ntoo
,
• A alta tem temperatura decompõe o iodeto, e parte do tungstênio se deposita novamente no filamento regenerando-o • Temo emos assim, sim, uma uma rea reação ção cícli íclica ca que que reco reconnduz o tun tungstê stênio nio eva evapora poraddo para ara o fil filame amento. to. Co Com m isso sso, o filamento pode trabalhar em temperaturas mais elevadas (aproximadamente 3200 a 3400K), obtendo-se maior eficiência luminosa, fluxo luminoso de maior temperatura de cor, ausência de depr deprec ecia iaçã çãoo do flux fluxoo lumi lumino noso so por por eneg enegre reci cime ment ntoo do bulb bulboo e dime dimens nsõe õess redu reduzi zida das. s.
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TIPOS DE LÂMPADAS • haló halóge gena nass • Para que o ciclo do iodo ocorra, a temperatura do bulbo deve estar acima de 250°C, obri obriggando ando a utili tiliza zaçã çãoo de bulb bulboos de quar quartz tzo, o, o que encare carece ce a prod produç uçãão e exig exigee que que a lâm lâmpada pada fun funcion cionee nas nas posiç osiçõe õess para para a qual qual foi foi proj projeetad tada. • São lâmpadas de grande potência, mais duráveis, duráveis, de melhor rendimento rendimento luminoso, menores menores dimensões e que reproduzem mais fielmente as cores, sendo todavia, mais caras • , iluminação externa em geral, teatros, estúdios de TV museus, monumentos, projetores, máquinas máquinas de xerox, etc.
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TIPOS DE LÂMPADAS • fluo fluore resce scent ntes es • utilizam a descarga elétrica através de um gás para produzir energia luminosa • lâmpadas fluorescentes fluorescentes tubulares consistem de um bulbo cilíndrico cilíndrico de vidro • Extremidades - eletrodos metálicos de tungstênio recobertos de óxidos ( aumentam seu poder emissor), por onde circula a corrente elétrica • Internamente existe vapor de mercúrio ou argônio argônio a baixa pressão e as as paredes internas do tubo • Para as lâmpadas fluorescentes fluorescentes chamadas chamadas da “partida lenta”, são necessários dois dois equipamentos auxiliares: o starter e o reator. reator.
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TIPOS DE LÂMPADAS • fluo fluore resce scent ntes es • starter é um dispositivo constituído constituído de um pequeno pequeno tubo de vidro dentro do qual são colocados dois eletrodos imersos em gás inerte, responsável pela formação inicial do arco que permitirá estabelecer um contato direto entre os referidos eletrodos e destina-se a provocar um pulso de tensão a fim de deflagrar a ignição da lâmpada • Reator eletromagnético: eletromagnético: bobina com núcleo de ferro, ligada em em série com a alimentação da lâmpada, o qual tem por finalidade provocar um aumento da tensão durante a ignição e uma redução na intensidade da corrente durante o funcionamento da lâmpada • Reator eletrônico, que tem a mesma função do reator eletromagnético e consiste basicamente de um circuito de retificação e um inversor oscilante (oscilador), de 16 a 50 kHz • reatores eletrônicos oferecem inúmeras vantagens vantagens em relação aos eletromagnéticos, eletromagnéticos, a saber: menor ruído audível; menor aquecimento; menores níveis de interferência eletromagnética, menor consumo de energia elétrica e redução da cintilação (flicker).
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Fluorescentes Fluorescentes – princípio princípio de funcionamento funcionamento • ao fechar o interrupto interruptorr, ocorre ocorre no starter uma descarga de efeito corona, o elemento bimetálico aquecido fecha o circuito, a corrente que passa aquece os eletrodos da lâmpada • Depois de fechados os contatos (no starter), cessa cessa a descarga o que provoca provoca rápido esfriamento do bimetálico, que dessa forma abrem os contatos e cessa a corrente pelo starter. Em conseqüência da abertura do contato, contato, é gerado no reator uma sobretensão que faz romper o arco, e o circuito passa a fechar-se no interior da lâmpada • Os elétrons deslocando-se deslocando-se de um filamento a outro, esbarram em seu trajeto com átomos do vapor vapor de mercúrio que provocam liberação de energia luminosa não visível (freqüências muito elevadas) tipo radiação ultravioleta • As radiações em contato com a pintura fluorescente do do tubo, produzem radiação luminosa visível. visível. A tensão final no starter é insuficiente para gerar uma nova descarga, o que faz com que o mesmo fique fora de serviço, enquanto a lâmpada estiver acesa • Como os reatores eletromagnéticos são bobinas (indutâncias), absorvem potência reativa reativa da rede e podem apresentar baixo baixo fator de potência. Para melhorar o fator de potência e eliminar o efeito da interferência em rádio e TV, TV, o starter é provido de um capacitor ligado em paralelo com o elemento bimetálico. Ainda, para melhorar o FP e reduzir o efeito estroboscópico pode-se executar executar uma ligação em paralelo de 2 lâmpadas fluorescentes, fluorescentes, utilizando um reator duplo. Neste caso uma das lâmpadas é ligada normalmente com o reator e a outra em série com um reator e um capacitor de compensação constituindo um reator capacitivo. O campo eletrico na superfície dos condutores atinge um limiar no qual o dielétrico do ar rompe-se, criando assim pequenas descargas em torno do condutor, similar a uma coroa.
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TIPOS DE LÂMPADAS • vapor vapor de mercúr mercúrio io • tubo de descarga feito de quartzo para suportar elevadas elevadas temperaturas, tendo em cada extremidade um eletrodo principal, de tungstênio recoberto com material emissor de elétrons • Quando uma tensão tensão é aplicada à lâmpada cria-se um campo elétrico entre o eletrodo eletrodo auxiliar e o principal. Forma-se um arco elétrico entre eles provocando o aquecimento dos óxidos emissores, a ionização do gás e a formação de vapor de mercúrio. Depois que o meio interno tornou-se ionizado, a impedância elétrica elétrica tornase reduzida e, como a do circuito de partida partida é elevada (devido (devido ao resistor), este torna-se praticamente inativo, passando a descarga elétrica a ocorrer entre os eletrodos . aumento do fluxo luminoso. O período de partida leva alguns segundos, e a lâmpada só entra em regime aproximadamente aproximadamente 6 minutos após ligada a chave. Se a lâmpada é apagada, o mercúrio não pode ser reionizado até que a temperatura do arco seja diminuída suficientemente, suficientemente, isto leva de 3 a 10 minutos, dependendo das das condições externas e da potência da lâmpada. • vias públicas, fábricas, parques, parques, praças , estacionamentos estacionamentos • luz de aparência aparência branco-az branco-azulad uladaa
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TIPOS DE LÂMPADAS • vapo vaporr de sódi sódioo • Produzem uma luz monocromática amarela, sem ofuscamento, e são apresentadas como a melhor solução para iluminação em locais onde existe névoa ou bruma. • As lâmpadas a vapor vapor de sódio a alta pressão têm um tubo tubo de descarga de óxido de alumínio sinterizado, encapsulado por por um bulbo oval de vidro. • O tubo de descarga é preenchido por uma amálgama amálgama , neônio e argônio, utilizada para a partida. • As lâmpadas lâmpadas de sódio são são produzidas produzidas para substituir as lâmpadas vapor de mercúrio diretamente nas potências equivalentes.
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TIPOS DE LÂMPADAS • mult multii-va vapo porr metá metálilico co São lâmpadas de vapor de mercúrio onde se introduz outros elementos (iodetos, brometos) em seu tubo de descarga, de forma que o arco elétrico se realize numa atmosfera de vários vapores misturados Obtensão de maiores eficiências luminosas
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TIPOS DE LÂMPADAS • luz luz negr negraa • lâmpadas a vapor vapor de mercúrio de de bulbo de vidro vidro com óxido de níquel níquel • absorve em grande parte parte o fluxo fluxo luminoso produzido. • usadas em exames exames de gemas e minerais, apuração de fabricações, setores setores de correio, levantamento de impressões digitais, na indústria alimentícia para verificar adulterações
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TIPOS DE LÂMPADAS • LED • diodo emissor de luz LED (Light Emitting Diode) • emissão de luz em locais e instrumentos onde se torna mais conveniente conveniente a sua utilização no lugar de uma lâmpada • diodo semicondutor que quando energizado emite luz visível visível • Luz não é monocromática (como em um laser), mas consiste de uma banda banda espectral relativamente relativamente estreita
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TIPOS DE LUMINÁRIAS • proteg proteger er as lâmp lâmpad adas as • orientar orientar ou concentr concentrar ar o facho luminoso luminoso • difu difund ndirir a luz luz,, • reduzi reduzirr o ofusca ofuscamen mento to ’
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VIDA ÚTIL DE LÂMPADAS LÂMPADAS
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CÁLCULO LUMINOTÉCNICO • estabelecer o melhor sistema de iluminação iluminação para uma uma dada aplicação • Métod Métodoo dos dos Lúm Lúmens ens ou fluxo fluxo lumi luminos nosoo • Métod Métodoo ponto ponto a ponto ponto • NBR 541 5413
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CÁLCULO LUMINOTÉCNICO • Estabelecer o iluminamento médio médio do local, em função das das dimensões do do mesmo e da atividade a ser desenvolvida
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CÁLCULO LUMINOTÉCNICO • Estabelecer o iluminamento iluminamento médio do local, em função função das dimensões do mesmo e da atividade a ser desenvolvida desenvolvida • Estabelecer o tipo de lâmpada e de luminária a serem utilizadas no local • determ determina inarr Fator de Utilização (Fu) (coeficiente, menor ou igual a 1, representa uma ponderação que leva em conta as dimensões do local e a quantidade de luz refletida por paredes e teto) • Determ Determina inarr Fator de Depreciação (Fd) (c oeficiente, oeficiente, menor ou igual a 1, representa r epresenta uma ponderação que leva em conta a perda de eficiência luminosa das luminárias devido à contaminação do ambiente) • Determinar o fluxo luminoso luminoso total (em lúmen) lúmen) que as luminárias deverão produzir produzir • Determinar o número necessário necessário de luminárias • Ajustar o número de luminárias de de forma a produzir um arranjo uniformemente uniformemente distribuído
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AVALIAÇÃO ALIAÇÃO DE ILUMINAÇÃO ILUMINA ÇÃO • NBR 5382 – Verificação erificação de ilumin iluminação ação de de interior interiores es • NBR 5413 5413 – Ilumin Iluminaçã açãoo de Interi Interiore oress • NR-15 anexo anexo 4: revogado revogado pela portaria 3751 de 23/11/90 23/11/90 • a quantidade de luz dentro de um ambiente ambiente pode ser medida medida com o auxílio de um um luxímetro • Como o fluxo fluxo luminoso luminoso não é distribuíd distribuídoo uniformem uniformemente, ente, a iluminância iluminância não será a mesma em todos os pontos da área avaliada • Consideras Considerasse se assim a iluminância iluminância média (Em)
Referências bibliográficas
Bibliografia básica • CREDER CREDER,, Hélio Hélio,, Instal Instalaçõ ações es Elét Elétrica ricas. s. 15 15 Ed. Ed. Rio Rio de Janeir Janeiro: o: LTCA LTCA 2007 2007 • COTRI COTRIM, M, Adem Ademar aroo A. M. M. B. Insta Instala laçõ ções es Elét Elétric ricas as.. 4 Ed. São São Pau Paulo lo:: Pearson Prentice Hall, 2003 • MAMEDE MAMEDE FILHO, FILHO, João. João. Instal Instalaçõ ações es Elétric Elétricas as Indust Industria riais. is. 7 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007 Bibliografia complementar LIMA FILHO, Projetos de instalações instalações prediais, 11 11 edição São Paulo Paulo – Érica 2007 Informações sobre luminárias: www www.faelluce.com.br/ .faelluce.com.br/
