Iluminação – Reengenharia em iluminação industrial

out, 2009

Edição 45, Outubro de 2009

Por Luis Fernando Rezende e Paulo Willig Jr.

Com os custos crescentes da energia elétrica e futuro energético volátil, as indústrias estão descobrindo que podem atingir mais facilmente suas metas financeiras por meio de medidas de conservação de energia, que podem, de imediato e substancialmente, impactar em melhor desempenho e ganho de produtividade.

Atualizar o sistema de iluminação de uma indústria utilizando produtos de alta eficiência podem, a primeira vista, representar custo adicional com alto investimento inicial, porém, com a aplicação de métodos corretos de reengenharia, muitas vezes, é possível obter o retorno do investimento em seis meses, mesmo utilizando cálculos bem conservadores.

O processo de reengenharia

Seguindo um roteiro “passo a passo”, é possível garantir uma solução em iluminação que aperfeiçoe o desempenho, economize energia e proporcione um rápido retorno do investimento:

 

1) Especificação: utilizando as normas técnicas vigentes como referência, determinar os critérios do projeto e produtos de alta eficiência a serem utilizados.

 

2) Auditoria técnica: medir as iluminâncias, inspecionar condições dos equipamentos de iluminação existentes e confirmar medidas do local, visando responder às seguintes questões:

 

a. A Iluminação atual atende às recomendações da norma vigente?

b. As luminárias existentes utilizam equipamentos auxiliares com tecnologias modernas e eficientes?

c. O bloco ótico da luminária utilizada é adequado para o nível de sujeira em suspensão do ambiente ou altura de montagem?

d. As características da fonte de luz (lâmpada) aplicada são adequadas ao tipo de trabalho executado com relação à temperatura de cor, ao índice de reprodução de cores ou ao ofuscamento?

e. Existe contribuição da iluminação natural que permita a aplicação de sistemas inteligentes de controle?

 

3) Análise luminotécnica: simular a distribuição dos produtos propostos, calculando com auxílio de software específico. Os resultados obtidos devem indicar os iluminamentos médio, máximo e mínimo, ponto por ponto e uniformidade. O ideal é utilizar softwares de cálculo independentes, ou seja, que não pertençam a nenhum fabricante. Isso permite comparação com diversos tipos de produtos, de diferentes fabricantes utilizando os mesmos parâmetros de cálculo. Os softwares independentes utilizam fotometrias no padrão de arquivo .IES. Alguns exemplos de softwares independentes são: Visual Lighting Software, Relux, Dialux, AGI32 e Lúmen Micro.

 

4) Avaliação financeira: determinar o tempo de retorno do investimento total comparando os custos operacionais (energia + manutenção) do sistema atual versus o custo operacional projetado do sistema proposto.

 

5) Área piloto: escolher uma área e instalar o novo sistema de iluminação para comparações reais.

 

6) Visitar projetos já realizados: troca de experiências e informações de como o sistema proposto se comporta ao longo do tempo de uso.

 

Avaliação do local

Diversos fatores relacionados ao local devem ser levados em consideração:

O espaço: altura útil, altura do plano de trabalho, refletâncias das principais superfícies, como teto e paredes, interferências como máquinas altas e estantes, instalação elétrica existente.

Condições do ambiente: umidade, sujeira, poeira, fumaça ou óleo em suspensão, presença de gases inflamáveis, alta temperatura, vibração, risco de impacto.

Campo visual: tamanho, cor, textura, contraste dos objetos, ângulos visíveis pelo observador, ofuscamento.

Flexibilidade e necessidade de controle: algumas instalações industriais exigem troca constante do layout de equipamentos para se adequar à necessidade de produção, redução da iluminação em áreas produtivas em horários ociosos ou aproveitamento da contribuição de iluminação natural.

Segurança: minimizar riscos de acidentes de trabalho, observando o índice de reprodução de cores adequado para a tarefa, possibilidade de ofuscamento e proporcionando iluminação apropriada para rota de fuga mesmo com presença de fumaça.

Manutenção: durabilidade dos equipamentos de iluminação, reatores e lâmpadas de longa vida útil permitem maior período sem manutenção para limpeza de refletores ou troca de equipamentos auxiliares.

Facilidade de acesso: manutenção da luminária, limpeza do bloco ótico e futura troca de lâmpadas.

Conservação de energia: atingir os melhores resultados em densidade de potência relativa (W/m² para cada 100 lux).

Normas técnicas: obedecer às recomendações das normas referentes à iluminação, às instalações elétricas e à segurança do trabalho.

 

Avaliação luminotécnica

Uma boa reengenharia em iluminação é projetada para atingir determinadas metas de performance. O desempenho da iluminação pode ser simulada por software para cálculo luminotécnico, levando em consideração alguns fatores que determinam a quantidade e a qualidade da iluminação:

Iluminância – medida primária da quantidade de luz no plano de trabalho horizontal ou vertical. A unidade é o lux pelo sistema internacional de unidades. A NBR 5413 é a norma brasileira que estabelece as iluminâncias mínimas em serviço para iluminação artificial de interiores de acordo com a atividade realizada. Na indústria, muitas tarefas visuais como instrumentos de medição ou estantes em corredores de logística estão posicionadas no plano vertical, por esse motivo, a escolha da distribuição fotométrica da luminária é um fator determinante.

Plano de trabalho              Plano de trabalho

Vertical                              Horizontal

 

Uniformidade – essencial para boa visibilidade e minimizar fadiga visual na maioria das atividades industriais, mas não aplicada em casos em que um alto nível de contraste se faz necessário para inspeção precisa e detalhada de determinado objeto.

Reprodução de cores – é a capacidade de uma fonte de luz representar as cores reais de um objeto, medida pelo Índice de Reprodução de Cores (IRC). Em locais com pessoas trabalhando, as lâmpadas fluorescentes ou a vapor metálico são mais indicadas do que as lâmpadas a vapor de sódio de alta pressão, as quais mesmo possuindo fluxo luminoso mais alto, o que aparentemente parece ter uma eficiência maior, aumentam a chance de erros, risco de acidentes de trabalho e fadiga visual. Podem até causar sonolência devido à baixa temperatura de cor, em torno de 2.200 K, que interfere no nosso “relógio biológico”.

Ambiente com baixo índicce de reprodução de cores (IRC<30%)

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Ambiente com alto índicce de reprodução de cores (IRC>80%)

 

Contraste – o contraste da tarefa com o fundo deve ser o maior possível para garantir a visibilidade dos objetos com perfeição.

Sombras – sombras suaves enriquecem a forma e a profundidade dos objetos enquanto sombras acentuadas reduzem visibilidade e aumentam a fadiga visual, pois a pupila tem de trabalhar muito mais para se ajustar aos diferentes níveis de luz.

Ofuscamento – tanto o ofuscamento direto (resultante da visão direta da lâmpada pelo olho) quanto o ofuscamento indireto (resultante do reflexo causado por superfícies polidas) causam fadiga visual, desconforto e reduzem visibilidade resultando em perda de produtividade, aumento de erros e acidentes de trabalho.

Ofuscamento direto        Ofuscamento indireto

 

Fatores de perda de Luz – ou LLF (Light Loss Factor) são utilizados para ajustar os cálculos fotométricos obtidos em laboratório com as situações reais de aplicação; ou para obter um fator de comparação entre uma instalação nova e a mesma instalação em condições de uso ao longo do tempo dentro de uma vida útil pré-determinada. O Fator de Perda de Luz Total inclui diversos fatores que alteram a iluminação na prática:

a) Depreciação por perda de luz da luminária: contabiliza a iluminação perdida devido à sujeira acumulada no bloco ótico da luminária.

b) Depreciação do fluxo da lâmpada: diminuição do fluxo luminoso das lâmpadas ao longo do tempo de uso.

c) Fator do reator: o fator do reator de 1.0 representa que a lâmpada está trabalhando com a potência nominal total. Fator de perda de luz menor do que 1.0 indica que a lâmpada não vai receber a potência nominal, resultando em menor fluxo luminoso emitido.

d) Fator térmico – lâmpadas fluorescentes tubulares são sensíveis a temperaturas extremas. A temperatura do ambiente externo à luminária pode alterar drasticamente seu fluxo luminoso caso ela não seja adequada para esta situação.

 

Fluxo de iluminação das lâmpadas fluorescentes de acordo com a temperatura

 

Visual lighting software

Desenvolvido pela Acuity Brands Lighting, o software Visual Lighting é uma coleção de ferramentas para cálculos luminotécnicos de áreas internas, externas e rodovias com precisa modelagem 3D desenvolvida para facilitar o processo de design e fornecer uma leitura objetiva dos resultados obtidos por mais complexo que seja o projeto. Em www.visuallightingsoftware.com, é possível baixar a ultima versão gratuita para teste.

Avaliação financeira

O custo total de propriedade de um sistema de iluminação pode ser dividido em duas categorias:

• Custo de investimento: luminárias, mão de obra de instalação e infraestrutura (perfilados, cabeamento, etc.).

• Custo operacional: manutenção do sistema (limpeza, troca de lâmpadas e reatores) e consumo de energia.

O custo de investimento ou inicial e o custo unitário de uma luminária nunca devem ser os únicos fatores a serem considerados ao analisar a rentabilidade de um sistema de iluminação. Uma melhor forma é analisar o quão eficaz esse sistema de iluminação é ao longo do tempo de operação. Sistemas óticos desenvolvidos com precisão proporcionam maior eficiência energética, pois permitem maior espaçamento entre luminárias. Aplicação de equipamentos de boa procedência e com tecnologia de ponta proporcionam performance confiável com mínima manutenção ao longo do tempo de uso.

O cálculo de rentabilidade compara um sistema novo versus um sistema existente ou compara várias opções para uma nova construção.

Esse cálculo pode ser feito com auxílio de planilhas ou programas, como o Economic Viewer Software da Acuity Brands Lighting, que utiliza como variáveis de entrada o valor de investimento inicial, o valor do kWh, o tempo de uso mensal, o número de luminárias instaladas, o custo de instalação e o custo de mão-de-obra para manutenção.

Refletor em borossilicato prismático

Para ambientes industriais em que houver calor, fumaça, óleo e poeira em suspensão, o refletor em vidro borossilicato prismático é a melhor opção. O vidro borossilicato tem diversas propriedades que permitem a aplicação nestas situações extremas:

• Maior eficiência devido à reflexão e/ou refração por prismas;

• Coeficiente de dilatação é praticamente zero, portanto, não sofre alteração e é seguro com variações bruscas de temperatura;

• Diferente do acrílico, o borossilicato não sofre nenhuma alteração devido ao ultravioleta ou calor gerado pela lâmpada, portanto, permite que o diâmetro inferior do refletor seja menor, reduzindo o ofuscamento direto do observador;

• Diferentemente do alumínio e do acrílico, é inerte eletrostaticamente, logo, não permite que partículas de poeira ou óleo em suspensão fiquem impregnadas no bloco ótico, mantendo a eficiência do conjunto ao longo do tempo.

 

O refletor em vidro borossilicato, quando utilizado em uma luminária aberta, permite um fluxo de ar ascendente devido ao calor gerado pela lâmpada. Esse fluxo de ar circula pelo bloco ótico junto com as partículas de óleo ou poeira em suspensão e não aderem ao refletor que permanece limpo e com o fluxo luminoso original mantido. Além disso, refletores de vidro borossilicato voltam a 100% de eficiência quando limpos.

Luminárias industriais com refletores de alumínio perdem reflexão muito rápido devido à porosidade do alumínio que adere às partículas em suspensão e escurecem o refletor. Para tentar resolver esta questão, é comum utilizar lente de vidro plano temperado para fechar a luminária e proteger o bloco ótico. O efeito para manutenção é ainda pior, por melhor que seja a vedação do bloco ótico. As lâmpadas de descarga utilizadas neste tipo de luminárias trabalham em temperatura elevada e, quando enclausuradas em um bloco ótico vedado, criam um vácuo que irá sugar o ar externo incluindo as partículas em suspensão quando a luminária for apagada. Essas partículas se acomodam sobre a lente plana, exigindo limpeza constante das lentes, o que é totalmente inviável em um ambiente industrial em que as luminárias estão instaladas em alturas elevadas com máquinas em operação.

Depreciação das luminárias


Reflexão


Refração


Efeito “auto-limpante”

 

 

Outra vantagem dos refletores de vidro borossilicato prismático é o controle ótico preciso com diversas opções de fachos de abertura, que garantem os mesmos níveis de ilu

minamento e uniformidade, porém, com menor quantidade de luminárias quando comparado a refletores convencionais de alumínio anodizado, que possuem apenas opção de facho aberto ou concentrado.

 


 

 


LUIS FERNANDO REZENDE é engenheiro eletricista e diretor técnico do Centro Avançado de Iluminação Ltda.

 

 

 

 

PAULO WILLIG JR. é engenheiro eletricista, pósgraduado em propaganda e marketing e gerente de desenvolvimento de mercado do Grupo Acuity Brands Lighting USA.

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