UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

SERGEI LUIZ XAVIER JUNIOR

PROJETO DE DIPLOMAO

ANLISE DE VIABILIDADE DA UTILIZAO DO PROTOCOLO DALI EM PROJETOS DE EFICINCIA ENERGTICA

Porto Alegre (2011)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

ANLISE DE VIABILIDADE DA UTILIZAO DO PROTOCOLO DALI EM PROJETOS DE EFICINCIA ENERGTICA

Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica.

ORIENTADOR: Marcelo Gtz.

Porto Alegre (2011)

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

SERGEI LUIZ XAVIER JUNIOR

ANLISE DE VIABILIDADE DA UTILIZAO DO PROTOCOLO DALI EM PROJETOS DE EFICINCIA ENERGTICA

Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

Orientador: ____________________________________ Prof. Marcelo Gtz, UFRGS Doutor pela Universitt Paderborn, Alemanha

Banca Examinadora: Prof. Rafael Boldori, UFRGS Engenheiro pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil Leonir Antoninho Vivan Filho, APS Solues em Energia S.A. Engenheiro pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil Prof. Dr. Marcelo Gtz, UFRGS Doutor pela Universitt Paderborn, Alemanha

Porto Alegre, (Julho de 2011).

DEDICATRIADedico este trabalho aos meus pais, meu irmo, e amigos pelo suporte, compreenso, apoio, fora e admirao passados a mim, em todos os momentos difceis.

AGRADECIMENTOSAgradeo aos pais, Sergei Luiz Xavier e Sandra Vitria Zanon, por sempre me ensinarem os valores dignos de um ser humano, repassando a minha pessoa conhecimentos, afeto, carinho, ternura, compaixo, dignidade, hombridade e humildade. Ao meu irmo, Luiz Pedro Zanon Xavier, pela confiana e admirao. Aos amigos, pelo apoio, incentivo, compreenso e, principalmente auxlio e suporte, para vencer mais esta rdua batalha, que teve muitos obstculos a serem transpassados. Sem a ajuda de cada um de vocs - com a mais absoluta certeza - eu no chegaria ao fim desta conquista.

RESUMOEste projeto de diplomao foi realizado com o intuito de verificar a viabilidade da implantao de um projeto de eficincia energtica de iluminao sobre o terceiro pavimento do prdio sede da empresa APS Solues em Energia S.A. utilizando a tecnologia DALI. Anteriormente ao estudo de viabilidade, este trabalho apresentar uma fundamentao terica contendo alguns conceitos bsicos sobre iluminao e protocolo DALI, de modo a servir de auxlio ao leitor para o entendimento dos conceitos de engenharia apresentados. Esta anlise de viabilidade se dar por uma comparao com os resultados financeiros e energticos advindos de um projeto de iluminao tradicional, retrofit de equipamentos, sobre este mesmo recinto. Para ambos os projetos (retrofit e adequao/DALI), os resultados sero em relao a um projeto de iluminao ineficiente que ser criado para o ambiente.

Palavras-chaves: Eficincia Energtica, Sistemas de Iluminao, Protocolo DALI, Resultados Energticos e Financeiros.

ABSTRACT

This graduation project was carried out in order to verify the feasibility of installation an energy efficiency lightning project using the DALI technology on the third floor of the headquarters building of the Company APS Solues em Energia. Prior to the feasibility study, this paper presents a theoretical foundation containing some basic concepts of lighting and DALI protocol in order to provide some basis for the reader to understand the engineering concepts presented. This feasibility analysis will be done by a comparison with the results energy and financial coming from a traditional lighting design, retrofit of equipment, realized on the same place. For both projects (retrofit and DALI), the results will be compared to an inefficient lighting project that will be created on the same environment.

Keywords: Energy Efficiency, Lightning Systems, DALI Protocol, Energy and Financial Results

SUMRIO1 1.1 1.2 1.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.42.1.4.1 2.1.4.2 2.1.4.3

INTRODUO ______________________________________________ 16 Motivao ___________________________________________________ 17 Objetivo _____________________________________________________ 18 Organizao do trabalho _______________________________________ 18 FUNDAMENTAO TERICA________________________________ 19 Iluminao ___________________________________________________ 19 Princpios Gerais da Luz _______________________________________ 20 Conceitos bsicos de um projeto de Iluminao ____________________ 21 Sistema de Iluminao Natural __________________________________ 27 Sistemas de Iluminao Artificial ________________________________ 28Lmpadas ________________________________________________________________ 28 Luminrias _______________________________________________________________ 36 Equipamentos Auxiliares ____________________________________________________ 37

2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 3 3.1 3.2 3.2.13.2.1.1 3.2.1.2 3.2.1.3

Clculos Luminotcnicos _______________________________________ 39 Parmetros relativos ao Ambiente - DIALUX______________________ 39 Parmetros das Luminrias (plug-ins)- DIALUX ___________________ 41 Protocolos de Comunicao _____________________________________ 42 Modelo OSI (Open System Interconect) __________________________ 43 Configurao Mestre/Escravo ___________________________________ 44 Codificao Manchester________________________________________ 44 PROTOCOLO DALI __________________________________________ 46 Apresentao _________________________________________________ 46 Viso Geral do Sistema ________________________________________ 47 Configurao de Rede _________________________________________ 47Configurao Bsica ________________________________________________________ 48 Configurao bsica mais controlador __________________________________________ 48 Configurao Multi Controladores _____________________________________________ 48

3.2.23.2.2.1 3.2.2.2

Operao do Sistema __________________________________________ 49Operao Padro ___________________________________________________________ 49 Comissionamento __________________________________________________________ 50

3.3 3.3.13.3.1.1 3.3.1.2 3.3.1.3 3.3.1.4

Comunicao _________________________________________________ 50 Comunicao Controlador-Reator _______________________________ 51Comando Broadcast ________________________________________________________ 52 Comando por endereamento de Grupo _________________________________________ 52 Comando por endereamento individual ________________________________________ 53 Comando de Cena__________________________________________________________ 53

3.3.2 3.3.33.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3

Comunicao Controlador-Controlador __________________________ 53 Formatao da Mensagem de Controle DALI______________________ 54Byte de Endereamento _____________________________________________________ 55 Byte de Comando __________________________________________________________ 57 Lista de Tipos de dispositivos de controle DALI __________________________________ 57

3.3.4 3.3.5 3.4 4 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2

Especificaes Eltricas ________________________________________ 58 Topologia de Rede ____________________________________________ 60 Estabelecimento dos Endereos Individuais do Controlador__________ 61 ESTUDO DE CASO ___________________________________________ 62 Metodologia de Projeto ________________________________________ 62 Caractersticas do Ambiente ____________________________________ 63 Linha de Base ________________________________________________ 67 Caractersticas do sistema ______________________________________ 67 Formas e Tempos de Funcionamento _____________________________ 69

4.3.34.3.3.1 4.3.3.2 4.3.3.3

Resultados Luminotcnicos _____________________________________ 70rea Geral _______________________________________________________________ 70 Sala de Reunies___________________________________________________________ 72 Lavabos _________________________________________________________________ 74

4.3.4 4.4 4.4.1 4.4.24.4.2.1 4.4.2.2 4.4.2.3

Resultados Energticos e Premissas adotadas. _____________________ 76 Projeto de Aplicao Retrofit __________________________________ 77 Caracterizao do Sistema Proposto _____________________________ 79 Resultados Luminotcnicos _____________________________________ 82rea Geral _______________________________________________________________ 82 Sala de Reunies___________________________________________________________ 84 Lavabos _________________________________________________________________ 86

4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.5 4.5.1 4.5.24.5.2.1 4.5.2.2 4.5.2.3

Investimentos ________________________________________________ 88 Resultados Energticos ________________________________________ 89 Anlise Financeira ____________________________________________ 91 Premissas Adotadas ___________________________________________ 92 Projeto de Aplicao Adequao/DALI _________________________ 93 Metodologia __________________________________________________ 93 Adequao do Projeto Luminotcnico ____________________________ 94Adequao rea Geral ______________________________________________________ 94 Adequao da Sala de Reunies _______________________________________________ 96 Resumo dos Resultados _____________________________________________________ 98

4.5.3 4.5.44.5.4.1 4.5.4.2 4.5.4.3 4.5.4.4 4.5.4.5

Cenrios de Iluminao Natural _________________________________ 98 Iluminao Natural ___________________________________________ 101Cenrio I _________________________________________________________________ 101 Cenrio II ________________________________________________________________ 103 Cenrio III _______________________________________________________________ 106 Cenrio IV _______________________________________________________________ 109 Resumo dos Resultados _____________________________________________________ 112

4.5.5 4.5.6 4.5.7 4.5.84.5.8.1 4.5.8.2 4.5.8.3 4.5.8.4 4.5.8.5

Definio dos Grupos de Luminrias _____________________________ 113 Alocao dos Sensores _________________________________________ 114 Lgica de Funcionamento dos Grupos ____________________________ 116 Resultados Luminotcnicos Finais _______________________________ 118Cenrio I - 08h00 as 10h00___________________________________________________ 118 Cenrio II - 10h00 as 12h00 __________________________________________________ 122 Cenrio III 13h00 as 15h00 _________________________________________________ 126 Cenrio IV 15h00 as 17h00 _________________________________________________ 130 Resumo dos Resultados com Dimerizao _______________________________________ 134

4.5.9 4.5.10 4.5.11 4.5.12 4.5.13 5 6 7

Resultados Energticos ________________________________________ 135 Materiais Empregados _________________________________________ 137 Investimentos ________________________________________________ 138 Anlise Financeira ____________________________________________ 139 Premissas Adotadas ___________________________________________ 140 COMPARATIVO DOS RESULTADOS __________________________ 141 CONCLUSO E TRABALHOS FUTUROS ______________________ 143 REFERNCIAS ______________________________________________ 145

LISTA DE ILUSTRAESFigura 1. Consumo de energia eltrica da Regio sul do Brasil. .............................................. 16 Figura 2. Propriedades da Luz conforme seu comprimento de onda. ...................................... 20 Figura 3. Diferentes sensibilidades da luz ao olho humano. .................................................... 21 Figura 4. Exemplo de Iluminncia. .......................................................................................... 22 Figura 5. Exemplo de Luminncia. .......................................................................................... 22 Figura 6. Exemplo ilustrativo da intensidade luminosa. .......................................................... 22 Figura 7. Fluxo Luminoso de uma lmpada fluorescente compacta. ....................................... 23 Figura 8. Representao da diferena do IRC para mesmos elementos. .................................. 23 Figura 9. Espectro Visual da luz natural e das lmpadas fluorescentes. .................................. 24 Figura 10. Exemplos de Lmpadas com temperaturas de cores distintas. ............................... 24 Figura 11. Escala de Temperatura de cor - associao entre temperatura e cor ....................... 25 Figura 12. Comparativo da vida til entre tipos de lmpadas mais usuais no mercado. .......... 25 Figura 13. Ilustrao da Eficincia de uma lmpada. ............................................................... 26 Figura 14. Lmpada Incandescente Tradicional. ...................................................................... 29 Figura 15. Lmpada Incandescente Halgena. ......................................................................... 29 Figura 16. Lmpadas Fluorescentes Compactas (LFC)............................................................ 30 Figura 17. Estrutura interna e princpio de funcionamento. ..................................................... 31 Figura 18. Comparao entre os dimetros dos bulbos de vidro de lmpadas FLUOR. .......... 32 Figura 19. Aproveitamento do fluxo luminoso em luminrias pelas lmpadas fluorescentes tubulares encontradas. ...................................................................................................... 32 Figura 20. Lmpada de Vapor de Mercrio. ............................................................................ 33 Figura 21. Lmpada de Vapor de Sdio de Baixa Presso (LPS). ........................................... 34 Figura 22. Lmpada de Sdio (HPS) utilizada em via pblica. ............................................... 34 Figura 23. Lmpada de Vapor Metlico Ovide e Tubular. ..................................................... 35 Figura 24. Lmpadas Mistas de 160W, 250W e 500W. ........................................................... 36 Figura 25. Diagrama polar da distribuio luminosa da luminria INTRAL DS500. ............. 41 Figura 26. Nveis de Abstrao da Automao Industrial, e seus exemplos de aplicao ....... 42 Figura 27. Exemplo de comunicao do tipo Mestre-Escravo ou Cliente/Servidor ................ 44 Figura 28. Exemplo de Codificao Manchester...................................................................... 44 Figura 29. Princpio de funcionamento de uma rede DALI. .................................................... 47 Figura 30. Configurao bsica da rede DALI. ........................................................................ 48 Figura 31. Configurao bsica mais controlador. ................................................................... 48 Figura 32. Configurao multi controladores. .......................................................................... 49 Figura 33. Codificao Manchester. ......................................................................................... 50 Figura 34. Frame da mensagem de ida. .................................................................................... 51 Figura 35. Frame da mensagem de volta. ................................................................................. 51 Figura 36. Especificao eltrica durante a transmisso de dados sobre interface DALI. ....... 59 Figura 37. Cabeamento da Rede DALI. ................................................................................... 60 Figura 38. Topologias de rede do DALI................................................................................... 61 Figura 39. Cdigo para a tipologia de lmpadas fluorescentes tubulares. ............................... 63 Figura 40. Layout em 2D da rea Geral de Escritrios............................................................ 64 Figura 41. Layout em 2D da Sala de Reunies......................................................................... 65 Figura 42. Layout 2D dos lavabos. ........................................................................................... 65 Figura 43. Layout em 3D da rea De escritrios e Recepo. ................................................ 65 Figura 44. Distribuio da carga de iluminao ineficiente. .................................................... 67 Figura 45. Lmpada Fluorescente T10, de 20W da OSRAM. ................................................. 68 Figura 46. Reator eletromagntico de partida rpida. .............................................................. 68

Figura 47. Luminria utilizada na Linha de Base FS 840 Intral............................................ 69 Figura 48. Dados fotomtricos da luminria de 4x20W, modelo FS 840 da Intral. ................. 69 Figura 49. Resultados Luminotcnicos da rea Geral - Linha de Base. .................................. 71 Figura 50. Distribuio de fluxo luminoso sobre a rea Geral - Linha de Base...................... 72 Figura 51. Resultados Luminotcnicos da Sala de Reunies - Linha de Base. ........................ 73 Figura 52. Distribuio de fluxo luminoso sobre a Sala de Reunies - Linha de Base. ........... 74 Figura 53. Resultados Luminotcnicos sobre os Lavabos - Linha de Base. ............................ 75 Figura 54. Distribuio de fluxo luminoso dos lavabos Linha de Base. ............................... 76 Figura 55. Lmpada Fluorescente T5, de 14W da PHILIPS. ................................................... 79 Figura 56. Reator eletrnico para lmpadas fluorescente T5 de 2x14W.................................. 80 Figura 57. Luminria de 4x14W, de Embutir, modelo TBS 262/C6 Philips. ....................... 80 Figura 58. Diagrama Polar da luminria TBS 262/C6 da Philips. ........................................... 81 Figura 59. Luminria para FLUOR 2x14W de embutir, modelo TBS 930/C5 da Philips. ...... 81 Figura 60. Diagrama Polar da luminria TBS 930/C5. ............................................................ 82 Figura 61. Resultados Luminotcnicos da Sala de Reunies Retrofit. .................................. 83 Figura 62. Distribuio de fluxo luminoso da rea Geral Retrofit. ...................................... 84 Figura 63. Resultados Luminotcnicos da Sala de Reunies Retrofit. .................................. 85 Figura 64. Distribuio luminosa da Sala de Reunies Retrofit............................................ 86 Figura 65. Resultados Luminotcnicos dos Lavabos Retrofit. .............................................. 87 Figura 66. Distribuio Luminosa dos Lavabos Retrofit. ..................................................... 88 Figura 67. Resultados Luminotcnicos da rea Geral Adequao. ...................................... 95 Figura 68. Distribuio Luminosa da rea Geral Adequao. ............................................. 96 Figura 69. Resultados Luminotcnicos da Sala de Reunies Adequao. ............................ 97 Figura 70. Distribuio Luminosa da Sala de Reunies- Adequao. ..................................... 97 Figura 71. Janela que contm as propriedades do cenrio de luz natural. .............................. 100 Figura 72. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio I. .. 101 Figura 73. Distribuio Luminosa da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio I. .......... 102 Figura 74. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da Sala de Reunies Cenrio I. ...................................................................................................................................... 103 Figura 75. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural rea Geral Cenrio II. ...... 104 Figura 76. Distribuio Luminosa da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio II. ........ 105 Figura 77. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da Sala de Reunies Cenrio II. .................................................................................................................................... 106 Figura 78. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio III. 107 Figura 79. Distribuio Luminosa da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio III. ....... 108 Figura 80. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da Sala de Reunies Cenrio III. ................................................................................................................................... 109 Figura 81. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio IV.110 Figura 82. Distribuio Luminosa da Iluminao Natural da rea Geral Cenrio IV. ....... 111 Figura 83. Resultados Luminotcnicos da Iluminao Natural da Sala de Reunies Cenrio IV. ................................................................................................................................... 112 Figura 84. Definio dos Grupos de Luminrias da rea Geral. ........................................... 113 Figura 85. Sensor de Presena/Movimento/Luminosidade. ................................................... 114 Figura 86. Alocao dos sensores e suas respectivas reas de captao. ............................... 115 Figura 87. Layout da sala de Reunies com a alocao do sensor. ........................................ 116 Figura 88. Lgica de Funcionamento dos Grupos de Luminrias com os Sensores. ............. 117 Figura 89. Resultados Luminotcnicos Finais da rea Geral Cenrio I. ............................ 119 Figura 90. Distribuio Luminosa Final da rea Geral Cenrio I. ..................................... 120 Figura 91. Resultados Luminotcnicos Finais da Sala de Reunies Cenrio I. .................. 121 Figura 92. Distribuio Luminosa Final da Sala de Reunies Cenrio I. ........................... 122

Figura 93. Resultados Luminotcnicos Finais da rea Geral Cenrio II. ........................... 123 Figura 94. Distribuio Luminosa Final da rea Geral Cenrio II. .................................... 124 Figura 95. Resultados Luminotcnicos Finais da Sala de Reunies Cenrio II. ................. 125 Figura 96. Distribuio Luminosa Final da Sala de Reunies Cenrio II. .......................... 126 Figura 97. Resultados Luminotcnicos Finais da rea Geral Cenrio III........................... 127 Figura 98. Distribuio Luminosa Final da rea Geral Cenrio III. ................................... 127 Figura 99. Resultados Luminotcnicos Finais da Sala de Reunies Cenrio III. ................ 129 Figura 100. Distribuio Luminosa Final da Sala de Reunies Cenrio III. ....................... 130 Figura 101. Resultados Luminotcnicos Finais da rea Geral Cenrio IV. ....................... 131 Figura 102. Distribuio Luminosa Final da rea Geral Cenrio IV. ................................ 132 Figura 103. Resultados Luminotcnicos Finais da Sala de Reunies Cenrio IV. ............. 133 Figura 104. Distribuio Luminosa Final da Sala de Reunies Cenrio IV........................ 134 Figura 105. Topologia DALI PROFESSIONAL adaptada para este projeto. ........................ 138

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Comparativo da eficincia energtica entre tipos de lmpadas. ............................... 26 Tabela 2. ndice de Refletncia dos materiais. ......................................................................... 40 Tabela 3. ndice de Refletncia das cores................................................................................. 40 Tabela 4. ndices de Refletncias usuais. ................................................................................. 40 Tabela 5. Fator de Manuteno. ............................................................................................... 41 Tabela 6. As sete camadas de comunicao do modelo OSI/ISO. ........................................... 43 Tabela 7. Tipos de dispositivos de controle DALI. .................................................................. 58 Tabela 8. Relao bitola x Comprimento dos cabos de dados. ................................................ 60 Tabela 9. Iluminncia por tipo de atividade definida pela NBR 5413. .................................... 66 Tabela 10. Composio das potncias das tipologias da linha de base. ................................... 68 Tabela 11. Ciclos de Operao por ambiente. .......................................................................... 70 Tabela 12. Energia Consumida na rea Geral Linha de Base. ............................................. 76 Tabela 13 Energia Consumida na Sala de Reunies Linha de Base. .................................... 77 Tabela 14 Energia Consumida nos Lavabos Linha de Base. ................................................ 77 Tabela 15 Energia Consumida Total Linha de Base. ............................................................ 77 Tabela 16. Medidas Propostas Retrofit. ................................................................................. 79 Tabela 17. Composio das potncias das tipologias propostas Retrofit. ............................. 79 Tabela 18. Investimentos - Retrofit. ......................................................................................... 88 Tabela 19. Energia Consumida na rea Geral - Retrofit. ........................................................ 89 Tabela 20 Energia Consumida na Sala de Reunies Retrofit. ............................................... 89 Tabela 21 Energia Consumida nos Lavabos Retrofit. ........................................................... 90 Tabela 22. Energia Consumida pelo Sistema Proposto. Retrofit. ......................................... 90 Tabela 23. Resultados Energticos Esperados do retrofit da Iluminao. ............................... 90 Tabela 24. Anlise Financeira Retrofit. ................................................................................. 91 Tabela 25. Resumo dos Resultados da Adequao. ................................................................. 98 Tabela 26. Resumo dos Resultados de Iluminncia Natural de cada ambiente. .................... 112 Tabela 27. Clculo da reduo de potncia da rea Geral Cenrio I. ................................. 120 Tabela 28. Clculo da reduo de potncia da Sala de Reunies Cenrio I. ....................... 122 Tabela 29. Clculo da reduo de potncia da rea Geral Cenrio II. ............................... 124 Tabela 30. Clculo da reduo de potncia da Sala de Reunies Cenrio II. ..................... 126 Tabela 31. Clculo da reduo de potncia da rea Geral Cenrio III. .............................. 128 Tabela 32. Clculo da reduo de potncia da Sala de Reunies Cenrio III. .................... 130 Tabela 33. Clculo da reduo de potncia da rea Geral Cenrio IV. .............................. 132 Tabela 34. Clculo da reduo de potncia da Sala de Reunies Cenrio IV. .................... 134 Tabela 35. Resumo dos Resultados Luminotcnicos com Dimerizao rea Geral. ......... 135 Tabela 36. Resumo dos Resultados Luminotcnicos com Dimerizao Sala de Reunies. 135 Tabela 37. Resultados Energticos Adequao /DALI rea Geral.................................. 136 Tabela 38. Resultados Energticos Adequao /DALI Sala de Reunies......................... 136 Tabela 39. Resultados Energticos Finais Adequao/DALI. ............................................ 137 Tabela 40. Investimentos Adequao/DALI. ...................................................................... 139 Tabela 41. Anlise Financeira Adequao/DALI................................................................ 139 Tabela 42. Comparativo dos Resultados Energticos Retrofit e Adequao/DALI............ 141 Tabela 43. Comparativo dos Resultados Financeiros Retrofit e Adequao/DALI. ........... 141

LISTA DE ABREVIATURAS

ABNT: Associao Brasileira de Noras Tcnicas BF: Ballast Factor cd: candela CEEE-D: Companhia Estadual de Energia Eltrica - Distribuio DELET: Departamento de Engenharia Eltrica DALI: Digital Addressable Lightning Interface Dim: Dimerizao E: Nvel de iluminao ou Iluminncia Eav: Iluminncia mdia FP: Horrio Fora Ponta FLUOR: Lmpada Fluorescente Tubular G: Grupo de Luminrias HPS: High Pressure Sodium IEC: International Eletroteclimical Comission IHM: Interface Homem Mquina IL: Intensidade Luminosa IRC: ndice de Reproduo de Cores ISO: International Organization for Standardization K: Kelvin kWh: Quilo Watt hora L: Luminncia LED: Light Emitting Diode LFC: Lmpada Fluorescente Compacta

Lm: Lmen LPS: Low Pressure Sodium Lx: Lux m: metro m2: metro quadrado ONS: Operador Nacional do Sistema OSI: Open System Interconect P: Horrio de Ponta : Refletncia ou Coeficiente de Reflexo SI: Sistema Internacional T5: Lmpada fluorescente tubular com dimetro de 5/8 T8: Lmpada fluorescente tubular com dimetro de 1 T10: Lmpada fluorescente tubular com dimetro de 10/8 T12: Lmpada fluorescente tubular com dimetro de 12/8 THD: Distribuio Harmnica Total UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul W: Watt : Polegada

16 1 INTRODUO Pelo fato do consumo de energia eltrica no Brasil seguir em constante crescimento, conforme ilustra a Figura 1, ( exceo dos anos de 2001 e 2009, devido s crises inesperadas), cada vez mais est se buscando alternativas de contornar essa tendncia, sempre visando tornar esse aumento em algo sustentvel.[GWh]90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

Figura 1. Consumo de energia eltrica da Regio sul do Brasil. Fonte: [1] Operador Nacional do Sistema (ONS).

Aliado a isto, o processo de globalizao e a instaurao de uma economia altamente competitiva, tm por exigir das empresas eficincia em todos os sentidos, seja nas suas atividades, seja no consumo de energia eltrica. Segundo (2) (Grupo ComEnergy), no Brasil, aproximadamente 20% da energia eltrica consumida destinada iluminao, ultrapassando os 40% no setor tercirio. Tais valores, aliados ao fato de que tecnologias de iluminao ineficientes ainda serem largamente empregadas, indicam a existncia de um grande potencial de reduo do desperdcio, no restringindo apenas a economia proporcionada pela substituio de equipamentos antiquados por mais eficientes, mas atuando atravs de um sistema de otimizao dos recursos existentes

17 Segundo (3) (Lamberts, 1997), a eficincia energtica pode ser entendida como a obteno de um servio com baixo dispndio de energia. Portanto, um edifcio mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condies ambientais com menor consumo de energia. 1.1 Motivao Em iluminao, a eficincia energtica no est relacionada apenas com a reduo do consumo e/ou demanda de energia, mas tambm com a obteno de um sistema eficiente do ponto de vista quantitativo e qualitativo, devendo incluir um bom projeto e equipamentos de qualidade empregados de uma maneira efetiva. Modernos sistemas de iluminao devem fazer muito mais, alm de ligar e desligar a luz. Simultaneamente, os equipamentos auxiliares ganham inteligncia atravs da tecnologia eletrnica digital, fazendo com que os ambientes possam ser controlados de forma mais eficiente, econmica e com inmeros recursos, trazendo flexibilidade e conforto s pessoas que utilizam e habitam os ambientes. Estes sistemas eletrnicos com poderosos recursos para controle total da iluminao so chamados de sistemas de gerenciamento da iluminao. E tratando-se de equipamentos de qualidade, sem dvida, o emprego do DALI (Digital Addressable Lightning Interface) com intuito de incrementar eficincia energtica de um sistema de iluminao agrega uma tecnologia de ponta. Logo, o grande desafio est em verificar se um sistema robusto e arquitetnico como este, ser vivel em termos de financeiros, ante aos benefcios energticos e financeiros propiciados e o investimento necessrio para realiz-lo. A preocupao financeira vlida visto que esta tecnologia ainda no difundida no mercado brasileiro, em especial no ambiente industrial, fato este que implica na menor demanda de produto/servio, portanto, encarecendo-o.

18 1.2 Objetivo Este trabalho tem por objetivo realizar uma anlise de viabilidade econmica e energtica da aplicao do protocolo DALI em sistemas de iluminao voltados para eficincia energtica. Aps o trmino do estudo, retirar as devidas concluses a respeito dos resultados finais providos da comparao entre as tecnologias utilizadas, justificando o emprego ou no - do DALI em sistemas de iluminao nos mais diversos ambientes. 1.3 Organizao do trabalho Nas sees subsequentes, sero apresentados, de maneira organizada, os tpicos a serem discutidos neste projeto. So eles: Fundamentao Terica: serve para contextualizar o leitor sobre assuntos a serem abordados durante o desenvolvimento do projeto Anlise de Viabilidade da Utilizao do protocolo DALI em projetos de eficincia energtica. Protocolo DALI: Ser apresentada a tecnologia, descrevendo seu funcionamento; Estudos de Caso: Ser realizado um projeto de eficincia energtica em iluminao utilizando o protocolo DALI, e outro utilizando tecnologias j estudadas pela empresa APS Solues em Energia S.A.; Comparativo de Resultados: Neste captulo sero apresentados, para fins de comparao, os resultados energticos e financeiros entre projetos de eficincia energtica de iluminao utilizando DALI, e outras tecnologias tradicionalmente usadas; Concluses e Trabalhos Futuros: Consta a concluso sobre os resultados obtidos no captulo 5 Comparativo de Resultados, e justificativas do sucesso ou insucesso do trabalho, servindo de base para futuros estudos a respeito do tema.

19 2 FUNDAMENTAO TERICA Para melhor contextualizar o presente trabalho, de suma importncia a apresentao e descrio de alguns tpicos bsicos que servem de base para o entendimento dos conceitos a serem expostos no decorrer do trabalho. 2.1 Iluminao A luz um elemento importante e indispensvel do cotidiano, justificando o desenvolvimento das tecnologias de iluminao ao longo dos ltimos anos. De acordo com (4) (RODRIGUES, 2002), no campo da iluminao sabe-se que a qualidade da luz decisiva, tanto no que diz respeito ao desempenho das atividades, como a influncia que exerce no estado emocional e no bem-estar dos seres humanos. O primeiro e mais importante parmetro para a definio de um projeto a funo da iluminao, tanto natural quanto artificial, a que se deseja implementar. Ela que ir determinar o tipo de luz e, portanto tecnologia, que o ambiente necessita. Pode-se realizar um projeto de iluminao em que o objetivo a obteno de boas condies de viso associadas visibilidade, segurana e orientao dentro de um determinado ambiente, o que est diretamente associado s atividades laborais e produtivas (escritrio, escolas, bibliotecas, indstrias, etc.). Pode-se, por outro lado, tratar da utilizao da luz como principal instrumento de ambientao do espao na criao de efeitos especiais com a prpria luz ou no destaque de objetos e superfcies ou do prprio espao. Este objetivo, por sua vez, est intimamente ligado s atividades no produtivas, mas de lazer, bem estar e religiosas.

20 2.1.1 Princpios Gerais da Luz Por definio, luz a radiao eletromagntica capaz de estimular a retina do olho humano, produzindo sensao visual. Espectro Eletromagntico: A luz visvel tem comprimento de onda limitado entre 380nm (radiao ultravioleta) e 780nm (radiao infravermelha), e apresenta as propriedades conforme ilustra a Figura 2:

Figura 2. Propriedades da Luz conforme seu comprimento de onda. Fonte: (5) OSRAM Manual Luminotcnico Prtico.

Vale ressaltar que a luz azul mais bem visualizada durante a noite, enquanto que a luz vermelha ganha mais visibilidade durante o dia. Espectro Visvel: Examinando a radiao visvel, verifica-se que, alm da impresso luminosa, obtm-se tambm a impresso de cor. Sensao esta, que est diretamente ligada aos comprimentos de onda das radiaes, uma vez que o olho humano no igualmente sensvel a todas as cores do espectro visvel, consoante Figura 3.

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Figura 3. Diferentes sensibilidades da luz ao olho humano. Fonte: (6) CIE 18.2 [1983].

Atravs da Figura 3 pode-se notar que o olho humano possui maior sensibilidade por volta do comprimento de onda de valor 550 nm, o que corresponde em termos de cores, entre a cor verde e amarela. 2.1.2 Conceitos bsicos de um projeto de Iluminao Este captulo apresenta, de maneira bastante sucinta e ilustrativa, os principais conceitos de iluminao utilizados nos projetos luminotcnicos. Iluminncia (E): o fluxo luminoso que incide sobre uma superfcie, situada a uma certa distncia da fonte, por unidade de rea. No SI (Sistema Internacional) a unidade de medida para iluminncia lumens/m ou lux (lx). A Figura 4 apresenta um exemplo ilustrativo deste conceito.

22

Figura 4. Exemplo de Iluminncia. Fonte: (5) OSRAM Manual Luminotcnico Prtico.

Luminncia (L): Medida em candelas por metro quadrado (cd/m), a intensidade luminosa produzida ou refletida por uma superfcie aparente. A luminncia pode ser considerada como a medida fsica do brilho de uma superfcie iluminada ou de uma fonte de luz, sendo atravs dela que os seres humanos enxergam. A Figura 5 ilustra um exemplo de luminncia.

Figura 5. Exemplo de Luminncia. Fonte: (5) OSRAM Manual Luminotcnico Prtico.

Intensidade Luminosa (IL): o fluxo luminoso irradiado na direo de um determinado ponto. Unidade : candela (cd), conforme ilustra a Figura 6.

Figura 6. Exemplo ilustrativo da intensidade luminosa. Fonte: (5) OSRAM Manual Luminotcnico Prtico.

23 Fluxo Luminoso: Fluxo luminoso a radiao total da Fonte luminosa entre os limites de comprimento de onda da luz visvel (380nm e 780nm). O fluxo luminoso a quantidade de luz emitida por uma Fonte, medida em Lumens na tenso nominal de funcionamento (Figura 7).

Figura 7. Fluxo Luminoso de uma lmpada fluorescente compacta. Fonte: (7) OSRAM Iluminao: Conceitos e Projetos.

ndice de Reproduo de Cor (IRC): a medida de correspondncia entre a cor real de um objeto e sua aparncia diante de uma Fonte de luz. A luz artificial deve permitir ao olho humano perceber as cores o mais prximo possvel da luz natural. Quanto mais alto o ndice, isto , quanto mais prximo este ndice for ao IRC 100 (dado luz solar), mais fielmente as cores sero vistas na decorao, conforme ilustra a Figura 8.

Figura 8. Representao da diferena do IRC para mesmos elementos. Fonte: (8) LUMICENTER - Catlogo de Iluminao de 2006.

24 Na Figura 9 tem-se o espectro de luz natural e o espectro produzido por uma lmpada fluorescente. Percebe-se que o espectro da lmapda deficiente em alguns comprimentos de onda, o que acarreta na deficincia de reproduo da respectiva cor.

Figura 9. Espectro Visual da luz natural e das lmpadas fluorescentes. Fonte: (7) OSRAM Iluminao: Conceitos e Projetos.

Temperatura de Cor: Os termos luz quente ou luz fria referem-se a sensao visual de uma luz mais aconchegante ou mais branca, respectivamente. Um dos requisitos para o conforto visual a utilizao da iluminao para dar ao ambiente o aspecto desejado. Sensaes de aconchego ou estmulo podem ser provocadas quando se combinam a tonalidade de cor correta da fonte de luz ao nvel de Iluminncia pretendido. A Figura 10 ilustra exemplos de lmpadas fluorescentes tubulares com temperaturas de cores diferentes.

Figura 10. Exemplos de Lmpadas com temperaturas de cores distintas. Fonte: (7) OSRAM Iluminao: Conceitos e Projetos.

25 Esta caracterstica muito importante de ser observada na escolha de uma lmpada, pois dependendo do tipo de ambiente h uma temperatura de cor mais adequada para esta aplicao. Na Figura 11 segue escala de temperatura de cor, que indica a aparncia de cor da luz.

Figura 11. Escala de Temperatura de cor - associao entre temperatura e cor Fonte: (8) LUMICENTER - Catlogo de Iluminao 2006.

Vida til ou Mortalidade de Lmpadas: definida como o tempo em horas, no qual cerca de 25% do fluxo luminoso das lmpadas testadas foi depreciado. dependente do nmero de vezes que se acendem e apagam em um dia. O grfico da Figura 12 apresenta um comparativo entre vidas teis mdias, das tecnologias de lmpadas mais utilizadas no dia-adia.

Figura 12. Comparativo da vida til entre tipos de lmpadas mais usuais no mercado. Fonte: (8) LUMICENTER - Catlogo de Iluminao 2006.

26 Vida Mediana: definida como o tempo em horas, do qual 50% das lmpadas de um grupo representativo, testadas sob condies controladas de operao, apresentaram queima. Depreciao do Fluxo Luminoso: a diminuio progressiva da iluminncia do sistema de iluminao devido ao acmulo de poeira nas lmpadas e luminrias, e, ao decrscimo do fluxo luminoso das lmpadas. Eficincia Luminosa ou Energtica (w): calculada pela diviso entre o fluxo luminoso e a potncia da lmpada em Watts (lm/W) e de grande importncia para trabalhos de eficincia. A Figura 13 apresenta uma ilustrao deste conceito.

Figura 13. Ilustrao da Eficincia de uma lmpada. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

A Tabela 1 apresenta um comparativo entre as eficincias energticas das lmpadas mais utilizadas no dia-a-dia.Tabela 1. Comparativo da eficincia energtica entre tipos de lmpadas.

Lmpada Sdio Mastercolour Metlica Mercrio Fluorescente Super 80 Fluorescentes Compactas Halgenas/Mistas Incandescentes

Eficincia (lm/W) (valores mdios) 120 a 150 95 80 55 80 65 25 17

Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

Uma lmpada proporciona uma maior eficincia luminosa quando a energia consumida para gerar um determinado fluxo luminoso menor do que da outra.

27 Fator de fluxo luminoso (BF): A maioria das lmpadas de descarga opera em conjunto com reatores. Logo, Fator de fluxo luminoso (Ballast Factor) a razo da luminosidade obtida pelo conjunto (lmpada+reator) pela luminosidade nominal da lmpada. Ou seja, consiste na quantidade de fluxo luminoso que efetivamente obtida pelo conjunto lmpada e reator: 2.1.3 Sistema de Iluminao Natural A utilizao da luz natural , sob todos os aspectos, o ponto de partida para se obter um sistema de iluminao energeticamente eficiente. Esta a tendncia mundial cada vez mais adotada nos modernos sistemas de iluminao, que encontra, no Brasil, razes ainda mais fortes para ser adotada, visto que se tm caractersticas climticas bem favorveis. Um dos grandes problemas da simples utilizao da radiao proveniente do sol consiste na sua composio espectral, isto , aproximadamente 45% da energia recebida pela Terra e composta por radiaes infravermelhas, (4) (RODRIGUES, 2002). Logo, um sistema de iluminao que se utiliza deste tipo de Fonte energtica deve possuir uma proteo adequada contra esta incidncia direta, de modo que essa parcela de radiao no interfira significativamente em outros aspectos de eficincia energtica. Caso do aumento da carga trmica a ser suprida por aparelhos de ar condicionado, visto que radiao infravermelha est diretamente associada ao aquecimento do ambiente. Por outro lado, cerca de 50% da radiao composta de espectro visvel, isto , o uso da luz natural pode fornecer economias de at 50% no consumo de energia eltrica, se corretamente utilizado. Convergindo a este pensamento, a localizao das tarefas passa a ter maior importncia, ou seja, os locais de trabalho que possuem mais exigncias devem estar situados perto de janelas, de modo a receber de forma adequada esta carga de energia. Novamente deve-se ter o cuidado para que esta iluminao no seja excessiva, ou no

28 uniforme na sua distribuio, o que pode acarretar outros prejuzos, tais como ofuscamento, ou desconforto visual. Em uma instalao necessrio, portanto, considerar tanto a iluminao natural, quanto artificial, sendo que a correta integrao entre esses dois sistemas pode tanto atender aos nveis de iluminncia adequados, quanto contribuir para a reduo do consumo de energia. 2.1.4 Sistemas de Iluminao Artificial A eficincia da iluminao artificial est associada, diretamente, s caractersticas tcnicas, eficincia e ao rendimento de um conjunto de elementos, como lmpadas, luminrias, reatores, utilizao da luz natural, circuitos de controle de iluminao, etc. 2.1.4.1 Lmpadas So dispositivos eltricos que transformam energia de origem eltrica em energia luminosa, acrescida de energia trmica atravs de uma reao caractersticas: as lmpadas convencionais (incandescentes) ou as halgenas produzem luz pela incandescncia, assim como o sol. J as de descarga, aproveitam a luminescncia tais como os relmpagos e descargas atmosfricas. Os diodos (LEDs) utilizam a fotoluminescncia, de maneira anloga aos vaga-lumes. (4) (RODRIGUES, p.11, 2002). Existem ainda as lmpadas mistas, as quais combinam as propriedades descritas anteriormente. A seguir, segue uma breve explanao dos tipos de lmpadas citados acima, seu funcionamento, com algumas caractersticas e exemplos visuais.

Lmpadas Incandescentes Lmpada Incandescente Tradicional: Funciona atravs da passagem da

corrente eltrica sobre o filamento de tungstnio, o qual aquece e conseqentemente gera luz. Possui ainda um gs inerte ou vcuo dentro do bulbo que contm o filamento de modo a evitar a sua oxidao. Possui temperatura de cor na faixa de 2700K (amarelada), vida til

29 mdia de 1000 horas, reproduo de cor de 100%, e eficincia variando entre 15 e 20 lm/W. A Figura 14 ilustra um exemplo deste tipo de lmpada.

Figura 14. Lmpada Incandescente Tradicional. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

Lmpada Incandescente Halgena: Possuem o mesmo princpio de

funcionamento, porem foram incrementadas com a introduo de gases halognios, os quais se combinam com as partculas desprendidas de tungstnio. Essa combinao, aliada corrente trmica de dentro da lmpada, faz com que essas partculas desprendidas se depositem de volta no filamento, cirando o ciclo regenerativo do halognio. A conseqncia disto uma lmpada com mais vantagens em relao tradicional, tais como: luz mais branca, brilhante e uniforme, maior vida til (2000 a 4000 horas) e, conseqentemente, maior eficincia energtica, ou seja, mais luz com potncia menor ou igual. A Figura 15 apresenta um exemplo desta lmpada.

Figura 15. Lmpada Incandescente Halgena. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

Lmpadas de Descarga EltricaNas lmpadas de descarga utilizadas em iluminao, a luz produzida pela radiao emitida pela descarga eltrica atravs de uma mistura gasosa composta de gases inertes e vapores metlicos.

30 A corrente eltrica provocada pela descarga, que circula pela mistura gasosa, formada majoritariamente por eltrons emitidos pelo eletrodo negativo (catodo) que so acelerados por uma diferena de potencial externa em direo ao eletrodo positivo (anodo), gerando colises, elsticas e inelsticas, com os tomos do vapor metlico. A energia transferida ao tomo pelas colises elsticas excita eltrons para rbitas mais elevadas e as colises inelsticas provocam sua ionizao gerando novos eltrons. A subseqente transio do tomo para um estado de menor energia acompanhada da emisso de radiao. Cabe ressaltar que para este processo ter incio, necessrio um processo de ignio para o rompimento da rigidez dieltrica da coluna gasosa. Aps a partida, entretanto, necessrio um processo de estabilizao do sistema, o qual realizado pelo elemento conhecido por reator, e que ser abordado nas sees subsequentes. Fluorescente Compacta (LFC): foram desenvolvidas visando obter grande

economia de energia atravs de sua instalao em lugar das incandescentes comuns. So lmpadas mais eficientes, pois economizam at 80% de energia em relao s lmpadas incandescentes, vida longa (10.000 h), timo ndice de reproduo de cores (80) e adaptvel a base comum (E-27), com potncias que variam de 9 a 23W. A Figura 16 ilustra alguns exemplos das LFCs encontradas no mercado.

Figura 16. Lmpadas Fluorescentes Compactas (LFC).

31 Fluorescente Tubular (FLUOR): conhecida comercialmente como lmpada

tubular fluorescente - em funo da geometria do seu tubo de descarga - este tipo de lmpada encontra aplicaes em praticamente todos os campos de iluminao. A Figura 17 apresenta de forma ilustrativa o princpio de funcionamento e a estrutura interna deste tipo de lmpada.

Figura 17. Estrutura interna e princpio de funcionamento. Fonte: (10) TEIXEIRA, Armnio Eficincia Energtica em instalaes de Iluminao.

O tubo de descarga, de vidro transparente, revestido internamente com uma camada de p branco, ou p fluorescente, genericamente conhecido como "fsforo". O "fsforo" atua como um conversor de radiao, ou seja, absorve um comprimento de onda especfico de radiao ultravioleta, produzida por uma descarga de vapor de mercrio a baixa presso, para emitir luz visvel. da composio deste p fluorescente que resultam as diferentes alternativas de cor de luz, bem como sua qualidade e quantidade, alm da eficincia na reproduo de cor. Atualmente existem duas verses dessas lmpadas: Fluorescente Comum: que apresenta eficincia energtica de at 70 lm/W, temperatura de cor variando entre 4100 K e 6100 K e ndice de reproduo de cor de 48 a 78. Fluorescente Trifsforo: com eficincia energtica de at 100 lm/W, temperatura de cor variando entre 4000 K e 6000 K e ndice de reproduo de cor de 85.

32 As lmpadas fluorescentes, comercialmente disponveis, utilizam bulbos de vidro transparente, designados por uma letra T(de tubular) seguida de um nmero, que indica o seu dimetro mximo em oitavos de polegada. Salienta-se que, ao longo dos anos, o processo de melhoria eficincia desse tipo de tecnologia tem ficado por conta da reduo do seu dimetro. Quanto menor ele for, maior a possibilidade de desenvolvimento tico dos refletores, permitindo melhor eficincia das luminrias. A Figura 18 apresenta os tipos de lmpadas FLUOR encontradas no mercado, ilustrando as diferenas visuais entre os dimetros dos tubos.

Figura 18. Comparao entre os dimetros dos bulbos de vidro de lmpadas FLUOR.

As verses tradicionais de lmpadas so produzidos em T12, ou T10, e as verses mais modernas, em T8 e, por ltimo, as T5. Este ltimo modelo o mais eficiente encontrado no mercado deste tipo de tecnologia.

Figura 19. Aproveitamento do fluxo luminoso em luminrias pelas lmpadas fluorescentes tubulares encontradas. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

33 Pode-se notar atravs da Figura 19 o dimetro para cada tipo de tecnologia (T12, T10, T8 e T5), alm do melhor aproveitamento do fluxo luminoso em uma luminria das tecnologias com dimetro reduzido casos da T5 e T8. Vapor de Mercrio: A lmpada de vapor de mercrio constituda por um

tubo de descarga transparente, inserido em um bulbo de vidro, revestido internamente com uma camada de fsforo para correo do ndice de reproduo de cor de maneira semelhante ao processo de filtragem do ultravioleta para radiao visvel das lmpadas fluorescentes. No interior do tubo de descarga que contm vapor de mercrio, alm de argnio, sendo este ltimo responsvel pela ignio da lmpada. Alm disso, o sistema deve ter um reator indutivo de modo a realizar a estabilizao da descarga provocada no tubo de arco, controlando a corrente e a tenso de operao. Cabe salientar que este tipo de reator especfico para este tipo de tecnologia. Essas lmpadas tm eficincia de 40 a 60 lm/W, temperatura de cor de 4100 a 3550 K, IRC de 40 e potncias variando entre 50 W e 1000 W. Na Figura 20 segue um exemplo de uma lmpada de vapor de mercrio encontrada em circulao no mercado.

Figura 20. Lmpada de Vapor de Mercrio. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

Vapor de Sdio: as lmpadas de vapor de sdio possuem duas classificaes:

de baixa presso conhecida pelo acrnimo LPS (Low Pressure Sodium) - e de alta presso HPS (High Pressure Sodium).

34 As lmpadas LPS do tipo tradicional possuem eficincia luminosa da ordem de 100 lm/W, e vida til de 6000 horas. Um agravante desta tecnologia diz respeito a sua composio espectral, sendo quase monocromtica (luz amarela), distorcendo as cores, impedindo seu uso em iluminao interior. Porm, devido sua alta eficincia luminosa, bastante utilizada na iluminao externa, em locais onde no se cobrado uma boa reproduo das cores. Na Figura 21 segue um exemplo de uma LPS.

Figura 21. Lmpada de Vapor de Sdio de Baixa Presso (LPS).

A lmpada HPS a mais eficiente do grupo de lmpadas de descarga. A luz produzida pela excitao de tomos de sdio, aliados a um complexo processo de absoro e re-irradiao em diferentes comprimentos de onda. A luz resultante possui uma colorao branco-dourada, com eficincia de 130 lm/W. As lmpadas de vapor de sdio so projetadas para funcionar nos mesmos reatores das vapor de mercrio, sendo assim, uma excelente opo de substituio deste tipo de tecnologia, desde que estejam instaladas em ambiente externos, como em avenidas, auto-estradas, viadutos, etc, consoante Figura 22.

Figura 22. Lmpada de Sdio (HPS) utilizada em via pblica.

35 Vapor Metlico: So lmpadas que combinam iodetos metlicos,

apresentando altssima eficincia energtica e excelente reproduo de cor. Construtivamente, so semelhantes s lmpadas de mercrio de alta presso. Sua luz, extremamente branca e brilhante atualmente a Fonte de luz branca de maior eficincia disponvel no mercado, reala e valoriza espaos e ilumina com intensidade, alm de apresentar longa durabilidade e baixa carga trmica. Para o seu funcionamento necessrio utilizar um reator para controlar a tenso e corrente de operao, alm de um ignitor para a partida. As lmpadas de vapor metlico apresentam uma eficcia luminosa de 65 a 100 lm/W e um ndice de reproduo de cores superior a 80. A sua vida til em geral inferior a 8000 horas. So comercialmente disponveis lmpadas de 70 W a 2000 W, e na Figura 23 seguem exemplos de lmpada de vapor metlico em circulao.

Figura 23. Lmpada de Vapor Metlico Ovide e Tubular. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

Lmpadas Mistas: As lmpadas de luz mista, como o prprio nome j diz, so

uma combinao de uma lmpada vapor de mercrio com uma lmpada incandescente, isto , um tubo de descarga de mercrio ligado em srie com um filamento incandescente. O filamento controla a corrente no tubo de arco e ao mesmo tempo contribui com a produo de 20% do total do fluxo luminoso produzido. A combinao da radiao do mercrio com a radiao do fsforo e a radiao do filamento incandescente, produz uma agradvel luz branca.

36 Este tipo de lmpada apresenta um ndice de reproduo de cor variando de 50 a 70, porm sua eficcia luminosa (at 22 lm/W) baixa em razo da potncia dissipada no filamento, que determina a sua vida til, em geral de 6000 horas a 10000 horas. A Figura 24 ilustra se este tipo de tecnologia nas potncias de 160W, 250W e 500W as mais encontradas no mercado.

Figura 24. Lmpadas Mistas de 160W, 250W e 500W.

Vale ressaltar que esta tecnologia no necessita de reator, ignitor e/ou starter para operar, sendo, portanto, alternativa de maior eficincia para substituio de lmpadas de incandescncia de altas potncias. 2.1.4.2 Luminrias So equipamentos que recebem a Fonte de luz (lmpada), e modificam a distribuio espacial do fluxo luminoso sobre uma superfcie qualquer. Em outras palavras, a luminria abriga a lmpada e direciona a luz de acordo com a configurao desejada. Pode-se dizer que uma luminria eficiente, quando esta aperfeioa o desempenho do sistema de iluminao. de suma importncia, ao avaliar uma luminria, suas caractersticas de emisso e a sua eficincia. O valor da frao de fluxo que efetivamente emitido depende de alguns fatores, tais como: materiais empregados na construo da luminria, da refletncia das suas superfcies, de sua forma, dos dispositivos usados na proteo das lmpadas (Difusores) e do seu estado de conservao. As principais partes que compem uma luminria so:

37 O receptculo para Fonte luminosa: elemento de fixao que funciona como contato eltrico entre o circuito de alimentao externo e a lmpada; Refletores: dispositivos que servem para modificar a distribuio espacial do fluxo luminoso de uma Fonte. Dispem de vrios perfis (circulares, parablicos, elpticos), cada um com sua aplicao especfica. Os refletores podem ser construdos de vidro ou plsticos espelhados (pouco utilizado devido a sua fragilidade, custo e peso elevado), chapa de ao esmaltado ou pintado de branco e alumnio polido (tima opo, pois alm das vantagens de alta refletncia, possui peso reduzido, resistncia mecnica razovel e custo relativamente baixo). Refratores: so dispositivos que alteram a distribuio do fluxo luminoso de uma Fonte atravs do fenmeno da transmitncia. Uma de suas principais utilidades consiste na vedao da luminria, protegendo a parte interna contra poeira, poluio, impactos, etc. Difusores: Os difusores so elementos translcidos, foscos ou leitosos, colocados em frente lmpada com o intuito de reduzir sua luminosidade, e conseqentemente, diminuir as possibilidades de ofuscamento. Alm disso, podem ser utilizadas para obter-se um aumento da abertura de facho de uma luminria. Carcaa, rgos de fixao e de complementao. 2.1.4.3 Equipamentos Auxiliares

ReatoresTem por finalidade provocar um aumento de tenso durante a ignio e uma reduo na intensidade de corrente durante o funcionamento da lmpada. Isto , um estabilizador do funcionamento de muitas lmpadas. Em termos construtivos podem se apresentar de duas formas: reatores eletromagnticos e eletrnicos.

38 Reatores eletromagnticos: Geralmente compostos de ncleo de ferro, bobinas de cobre e capacitores para correo do fator de potncia. Possui considerveis perdas eltricas, emisso de rudo audvel, efeito flicker e carga trmica elevada; Reatores Eletrnicos: Trabalham em alta freqncia (20 a 50kHz), sendo mais eficientes que os eletromagnticos na converso de potncia eltrica em potncia luminosa. Porm, possuem a desvantagem de apresentar alta distoro harmnica de corrente (THD);

IgnitoresDispositivo responsvel pela partida das lmpadas de vapor de sdio e metlicos. Durante a ignio da lmpada, ela fornece um pico de tenso aos eletrodos da lmpada, sobrepondo-se tenso da rede. Aps a sua partida, ele automaticamente se desliga.

Sensor de PresenaUm sistema com sensor de presena composto por um detector de movimento (ultrasnicas ou radiao infravermelha), uma unidade de controle eletrnica e um interruptor controlvel (rel). Esse dispositivo se aplica em locais de ocupao imprevisvel, ou intermitente, podendo gerar economias significativas.

Sistema por Controle FotoeltricoEste sistema possui sensores que identificam a presena da luz natural, e realizam o devido controle ao diminuir, ou at desligar a iluminao artificial atravs de dimmers e/ou rels. Alm de um sistema de gerenciamento, sensores de presena e fotoeltricos so imprescindveis para a obteno de um sistema de iluminao inteligente e eficiente.

DimmersSo dispositivos que controlam a potncia mdia fornecida lmpada atravs de um circuito eletrnico e, por consequncia, a sua quantidade de fluxo luminoso.

39 2.2 Clculos Luminotcnicos Basicamente, existem dois mtodos para clculo luminotcnico: - Mtodo dos Lumens ou Mtodo do Fluxo Luminoso; - Mtodo Ponto por Ponto. O mtodo dos Lumens, ou mtodo do Fluxo Luminoso, consiste em determinar a quantidade de fluxo luminoso (lumens) necessria para determinado recinto baseado no tipo de atividade desenvolvida, cores das paredes e teto, e tambm do tipo de lmpada-luminria escolhidos. Este mtodo foi desenvolvido para o clculo de iluminao de ambientes internos, em funo das dificuldades do mtodo do ponto a ponto. O mtodo ponto a ponto, tambm chamado de mtodo das intensidades luminosas, baseia-se nos conceitos e leis bsicas da luminotcnica, entre elas, as leis de Lambert. Consiste em determinar a iluminncia (lux) em qualquer ponto da superfcie, individualmente, para cada projetor cujo facho atinja o ponto considerado. O iluminamento total ser a soma dos iluminamentos proporcionados pelas unidades individuais. um mtodo bastante preciso, contudo, envolve grande complexidade de clculos, alm do conhecimento prvio das distribuies fotomtricas das Fontes de luz. Cabe salientar que os clculos luminotcnicos sero todos realizados atravs do software gratuito DIALux, o qual efetua as operaes luminotcnicas pelo mtodo ponto a ponto. Para tanto, deve-se disponibilizar para o DIALux alguns parmetros a respeito do projeto, sejam do ambiente em que ser inserido o campo de iluminao, ou sejam as distribuies fotomtricas das luminrias e lmpadas escolhidas para o projeto. 2.2.1 Parmetros relativos ao Ambiente - DIALUX Os parmetros pertinentes ao ambiente so: ndice de refletncias do teto, parede e piso: so valores expressos em valor percentual do total de luminosidade refletida pelo elemento sob incidncia de alguma

40 radiao, e dependem fortemente das cores em que esto pintadas. Os valores destes ndices para os principais materiais e cores encontram-se listados na Tabela 2 e na Tabela 3.Tabela 2. ndice de Refletncia dos materiais. Tabela 3. ndice de Refletncia das cores.

Cores Branco Amarelo Cinza Verde Vermelho Preto

ndice de Reflexo (%) 70 a 80 50 a 70 20 a 50 20 a 40 20 3a7

Materiais Gesso Tinta Branca gua Azulejos Brancos Cimento Madeira Clara Vidro Transparente

ndice de Reflexo (%) 85 70 60 a 75 55 45 6a8

Alm do material que o compem estes ndices dependem fortemente da prpria limpeza, manuteno e vida til, pois podem estes valores podem cair at 20% dos nominais mostrados na Tabela 2 e na Tabela 3, com o passar do tempo. (11) (COSTA, 2000). Uma forma bastante prtica de se determinar a refletncia das superfcies de um ambiente realizar um pequeno experimento, em que se mensura a quantidade de lux incidida na superfcie, e o montante efetivamente refletido. A Tabela 4 apresenta os ndices mais utilizados nos clculos luminotcnicos.Tabela 4. ndices de Refletncias usuais.

Teto Parede Piso

Branco 75%

Claro 50% 50%

Mdio 50% 30% 30%

Escuro 30% 10% 10%

As refletncias so dadas atravs de 3 (trs) algarismos que representam as refletncias do teto, paredes e piso respectivamente. Por exemplo, se o teto for branco (75% de reflexo), as paredes so mdias (30% de reflexo) e o piso escuro (10%), o valor das refletncias caracterizado como 7,5/3/1. Fator de Manuteno, ou Depreciao: O fator de depreciao corresponde a uma relao entre o fluxo luminoso no fim do perodo de manuteno e o fluxo luminoso no incio da instalao. obtido levando-se em conta, no o modelo da luminria, mas sim o

41 tipo de ambiente e o perodo previsto para a manuteno, tendo seu valor varivel de acordo com o fabricante da luminria, conforme apresenta a Tabela 5.Tabela 5. Fator de Manuteno.

Ambiente Limpo Normal Sujo

Perodo de Manuteno 2.500 hs 5.000 hs 7.500hs 0,95 0,91 0,88 0,91 0,85 0,8 0,8 0,66 0,57

Cabe ressaltar que esses valores mostrados na Tabela 5 so os sugeridos pela PHILIPS. 2.2.2 Parmetros das Luminrias (plug-ins)- DIALUX Aps carregar no DIALux as caractersticas do ambiente, deve-se escolher o tipo de luminrias e lmpadas a se instalar. O software calcula a iluminncia atravs das caractersticas fotomtricas da luminria escolhida, que se encontram carregadas em arquivos de extenso IES, disponveis pelos prprios fabricantes aps a realizao de ensaios de fotometria. Estes arquivos so conhecidos por plug-ins e na Figura 25 apresentado um diagrama polar da distribuio luminosa de uma luminria, cujos valores esto contidos neste arquivo.

Figura 25. Diagrama polar da distribuio luminosa da luminria INTRAL DS500.

Fonte: (12) INTRAL. Catlogo Geral de Produtos. A unidade utilizada na distribuio luminosa ilustrada na Figura 25 candela por 1000 lumens (cd/1000lm).

42 2.3 Protocolos de Comunicao Um protocolo de comunicao nada mais do que um conjunto de convenes que rege o tratamento e, especialmente, a formatao dos dados num sistema de comunicao. Seria a "gramtica" de uma "linguagem" de comunicao padronizada. Conhecemos vrios protocolos de comunicao e fazemos uso deles diariamente, mas no pensamos neles como protocolos de comunicao. Dentro do contexto da automao industrial, os protocolos de comunicao esto inseridos no nvel de rede de comunicao, conforme se pode observar atravs da Figura 26.

Figura 26. Nveis de Abstrao da Automao Industrial, e seus exemplos de aplicao Fonte: (13) (OLVEIRA, Notas de Aula Automao na Medio da Indstria de Petrleo).

Tecnicamente, um protocolo (ou regra) deve definir o formato, a sincronizao, a sequncia e, ainda, a deteco de erros e falhas na comutao de pacotes, isto , na transmisso de informao entre as partes envolvidas, por exemplo, os computadores. Assim, dois ou mais elementos (computadores, por exemplo), para se comunicarem numa rede, tm de falar a mesma linguagem, ou seja, usar o mesmo protocolo. Para existir comunicao necessrio existir pelo menos um canal, um emissor e um receptor e garantir que ambos tenham a faculdade de utilizar um protocolo comum.

43 2.3.1 Modelo OSI (Open System Interconect) Em 1977 foi criado pela ISO (International Organization for Standardization) o modelo de referncia OSI com o objetivo de criar padres de conectividade para interligar sistemas de computadores locais e remotos. Os aspectos gerais da rede esto divididos em sete camadas funcionais, de forma a facilitar a compreenso de questes fundamentais. A Tabela 6 ilustra o modelo ISO/OSI, com as sete camadas de comunicao dividas de forma bem clara.Tabela 6. As sete camadas de comunicao do modelo OSI/ISO.

7 6 5 4 3 2

Aplicao Apresentao Sesso Transporte Rede Enlace

1

Fsica

Esta camada funciona como uma interface de ligao entre os processos de comunicao de rede e as aplicaes utilizadas pelo usurio. Aqui os dados so convertidos e garantidos em um formato universal. Estabelece e encerra os enlaces de comunicao. Efetua os processos de sequenciamento e, e alguns casos, confirmao de recebimento dos pacotes de dados. O roteamento dos dados atravs da rede implementado aqui. Aqui a informao formatada em quadros (frames). Um quadro representa a exata estrutura dos dados fisicamente transmitidos atravs do fio ou outro meio. Define a conexo fsica entre o sistema computacional e a rede. Especifica o conector, a pinagem, nvel de tenso, dimenses fsicas, caractersticas mecnicas e eltricas, etc.

Vale ressaltar que nem todos os protocolos utilizam ou seguem, necessariamente, as sete camadas. Alguns unem as funes de duas camadas em uma (geralmente as mais altas), e outros dividem (geralmente as mais baixas). Alm disso, importante observar que o modelo OSI simplesmente um modelo que especifica as funes a serem implementadas pelos diversos fabricantes em suas redes. Este modelo no detalha como estas funes devem ser executadas, deixando isto para que cada empresa/organizao tenha liberdade para desenvolver.

44 2.3.2 Configurao Mestre/Escravo O modelo Mestre/Escravo o tipo de comunicao em que apenas um nico dispositivo, o mestre, pode iniciar transaes conhecidas por queries. A Figura 27 demonstra um exemplo deste tipo de modelo.

Figura 27. Exemplo de comunicao do tipo Mestre Escravo ou Cliente/Servidor Mestre-Escravo

Os demais equipamentos da rede, os escravos, respondem suprindo os dados requisitados pelo mestre, ou executando uma ao determinada por ele. 2.3.3 Codificao Manchester Na Codificao Manchester, o ponto no qual o sinal varia usado para representar o dado. O hardware usado na Codificao Manchester sensvel borda do pulso de tenso e as transies so conhecidas como borda de subida ou descida vide Figura 28. onhecidas

Figura 28. Exemplo de Codificao Manchester.

45 Com esse tipo de estrutura, cada perodo de bit dividido em dois intervalos iguais e tem uma transio no meio que facilita para o receptor sincronizar com o transmissor. Para assegurar que haja uma sincronizao adequada das janelas de tempo quando da amostragem do sinal pelo receptor, a Codificao Manchester usa um prembulo para permitir a sincronizao pelo receptor. O prembulo composto por 64 bits (1s ou 0s) que se alternam, o qual enviado antes do quadro de dados. Um padro que alterna uns e zeros produz uma onda quadrada pela qual o receptor pode determinar o valor das janelas de tempo. O efeito combinado do prembulo e da transio no meio do perodo do bit elimina a necessidade de um clock externo para sincronizar o transmissor e receptor.

46 3 PROTOCOLO DALI Este tpico tem por objetivo apresentar o protocolo DALI, descrevendo seu princpio de funcionamento e demais caractersticas. Alguns conceitos bsicos sobre esta tecnologia, e que sero expostos diversas vezes no texto, encontram-se descritos logo a seguir: Dimerizar: Ajustar a luminosidade das lmpadas, aumentando ou reduzindo a quantidade de luz no ambiente. Grupo: o agrupamento de vrias luminrias, que sero controladas conjuntamente, ou seja, quando liga-se ou dimeriza-se um determinado grupo, todas as luminrias pertencentes quele grupo sero ligadas ou dimerizadas simultaneamente. Cena: o status de cada grupo/luminria presente no ambiente, ou seja, quais esto desligadas, quais esto ligadas, e quais so os nveis de dimerizao (quantidade de luz) de cada uma delas naquela cena em especfico. 3.1 Apresentao DALI um acrnimo de Digital Addressable Lighting Interface. Trata-se de um padro internacional especificado pela norma IEC 60929 que independe dos fabricantes dos produtos, o que assegura a intercambialidade e a interoperabilidade de dispositivos dimerizveis de vrios fabricantes; entre eles: OSRAM, PHILIPS, HELVAR, HCO, TRIDONIC, TRILUX, etc. Este protocolo restrito para os componentes do sistema de iluminao, porm, no representa uma desvantagem, pelo contrrio, pois simplifica o planejamento e instalao. Os componentes DALI possibilitam a criao de um sistema de iluminao flexvel, de custo vantajoso e controle descentralizado. A Figura 29 apresenta uma topologia de uma rede DALI, indicando algumas caractersticas fundamentais, tais como: tipos de endereamento possveis, limites (fsicos) de utilizao, especificao do cabeamento da linha.

47

Figura 29. Princpio de funcionamento de uma rede DALI. Fonte: (14) OSRAM Technical Guide DALI/DIM.

Nota-se, portanto, que cada unidade de controle pode enderear reatores DALI de maneira individual - at 64 unidades -, ou em grupos, ou globalmente, atravs do comando broadcast. A composio da linha DALI feita de, no mnimo cinco fios, sendo trs deles da alimentao do sistema, e dois de controle/transmisso de dados, sendo permitido um mximo de 300 metros de comprimento do barramento. Cabe ressaltar que no decorrer do captulo ser abordado com maior profundidade as caractersticas do protocolo. 3.2 3.2.1 Viso Geral do Sistema Configurao de Rede Uma rede DALI pode ter at trs configuraes: bsica, bsica com controlador dimerizvel, e multi controladores com reatores selecionados. A comunicao se d atravs de um barramento de dois fios de dados, sendo as mensagens enviadas atravs de um chaveamento entre os dois condutores de dados com uma Fonte de alimentao, criando assim os sinais digitais, alto e baixo.

48 3.2.1.1 Configurao Bsica A rede comporta at 64 dispositivos de iluminao, isto , reatores, transformadores, gateways, rels, e outros. O barramento de dados deve ser alimentado por pelo menos uma Fonte de energia. A Figura 30 ilustra esta configurao:

Figura 30. Configurao bsica da rede DALI. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol.

3.2.1.2 Configurao bsica com controlador Nota-se atravs da Figura 31 que inserido um controlador de luminosidade na rede, o qual tem por funo controlar digitalmente o fluxo luminoso todos os reatores, sendo possvel prover at 254 nveis de dimerizao para, deste modo, se alcanar uma resposta mais suave.

Figura 31. Configurao bsica com controlador. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol.

3.2.1.3 Configurao Multi Controladores Nesta configurao podem ser adicionados mais 63 controladores na rede, capacitando a rede de enderear at 128 dispositivos 64 de controle e 64 de sada. Neste caso, os mdulos de controle podem se comunicar, tanto entre si (controladores), como com os

49 reatores. Estes ltimos podem ser endereados sozinhos, ou por grupos, caso sejam programados - via software de programao para tanto. A Figura 32 apresenta um esboo desta configurao.

Figura 32. Configurao multi controladores. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol.

3.2.2

Operao do Sistema Um dispositivo de controle DALI (controlador) pode ser configurado para controlar

diretamente reatores pr-especificados atravs de comandos de 2 bytes, bem como se comunicar com outros dispositivos de controle atravs de comandos de 3 bytes, ou at mesmo ambas configuraes.

3.2.2.1 Operao Padro A operao padro do dispositivo de controle se destina a fornecer o mnimo de funcionalidades que requerem comissionamento. Isto , funciona de maneira bastante simples. Todos os reatores conectados na rede iro responder a todos os controles, executando as funes determinadas por eles.

50 3.2.2.2 Comissionamento O processo de comissionamento torna a operao do sistema mais robusta. Durante esse processo, o agente de responsvel pelo comissionamento fica encarregado de realizar as seguintes tarefas: a) Enderear o Reator; b) Enderear o dispositivo de Controle; c) Configurar os parmetros de controle do sistema. 3.3 Comunicao No DALI existem dois tipos de comunicao: entre as centrais de controle (controlador-controlador), e entre a central de controle e os demais dispositivos conectados rede (controlador-reator). Esta ltima procede seguindo o mtodo de controle de acesso conhecido por Mestre-escravo. Os tempos de transmisso utilizados tanto para a comunicao controlador-reator, ou controlador-controlador so os mesmos, porm a ltima configurao se utiliza de 8 bits extras. Esta transferncia de dados do tipo assncrona, half duplex, serial sobre um barramento de dois fio de tenso diferencial. O sistema adota a codificao de bits do tipo Manchester, com as transies lgicas definidas conforme a Figura 33.

Figura 33. Codificao Manchester. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol.

Para a rede DALI, o mestre so somente as unidades de controle, enquanto que os demais dispositivos, tais como, reatores, sensores, gateways, interfaces so os escravos.

51 3.3.1 Comunicao Controlador-Reator A taxa de transmisso, expressa em largura de banda, de 1.200 Hz 10% para o canal de envio (forward), e para o de recebimento (backward). O frame da mensagem de ida possui 19 bits, conforme ilustra a Figura 34, sendo: a) 1 star bit; b) 1 byte de endereamento: 1 bit para indicar se do tipo individual ou por grupo, 6 bits de endereo, 1 bit de seleo; c) 1 byte de dados; d) 2 stop bits.

Figura 34. Frame da mensagem de ida. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol.

A mensagem de recebimento (backward), por sua vez, consiste em 11 bits (Figura 35), dos quais: a) 1 start bit; b) 1 byte de dados; c) 2 stop bits;

Figura 35. Frame da mensagem de volta. Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol..

52 As mensagens forward se diferenciam das backward no que diz respeito ao endereamento. Isto porque as mensagens de envio so enviadas pelo controlador, o qual o mestre da comunicao sempre lembrando que este tipo de configurao segue o modelo Mestre/Escravo - e este precisa indicar para qual elemento conectado na rede que vai receber a informao. J para efetuar a resposta mensagem de recebimento (backward) o elemento escravo (Reatores DALI, Sensores DALI, etc.) no precisa carregar o endereamento visto que s permitido responder a quem solicitou a informao. Uma rede DALI permite ao controlador que realize at trs tipos de endereamento aos reatores, ou outro dispositivo de sada DALI, de modo a se alcanar a resoluo de controle desejada. So eles: Broadcast; Por grupo; Individualmente.

3.3.1.1 Comando Broadcast Todos dispositivos conectados na rede respondem ao mesmo tempo, e da mesma maneira ao mestre quando for enviado um comando broadcast. Nenhum comissionamento necessrio para que escravos respondam ao comando. 3.3.1.2 Comando por endereamento de Grupo Os reatores devem fazer parte de pelo menos um grupo, entre os 16 possveis. Comissionamento necessrio para alocar na memria do reator a informao de que ele pertence a algum grupo. Para isso, a unidade deve ser endereada com este fim atravs de um

53 comando de grupo, e todos os dispositivos pertencentes ao grupo devem responder da mesma forma quando solicitados pelo mestre. 3.3.1.3 Comando por endereamento individual Todos os reatores devem receber um endereo individual exclusivo, dentre os 64 possveis em uma rede. Comissionamento requerido para alocar no reator a mensagem individual, e este deve responder ao mestre quando solicitado. 3.3.1.4 Comando de Cena Os reatores podem ter at 16 Cenas gravadas em sua memria, sendo que cada uma pode conter 254 nveis digitais de luminosidade. necessrio comissionamento para armazena as cenas nos reatores, sendo possvel acion-la atravs dos trs comandos anteriores. 3.3.2 Comunicao Controlador-Controlador A taxa de transmisso de dados - a mesma da comunicao entre controlador-reator de 1.200 Hz 10% para o canal de envio (forward), e para o de recebimento (backward). O frame da mensagem de envio composto por 27 bits, com a composio descrita a seguir. a) 1 start bit; b) 1 byte (8 bits) de endereamento; c) 2 bytes de dados; d) 2 stop bits. Nota-se que esta mensagem possui dois bytes de dados, um a mais que o frame forward da comunicao controlador-reator.

54 O frame da mensagem de recebimento possui os mesmos 11 bits do frame de recebimento da comunicao controlador-reator (apresentada no item 3.3.1.1) e encontram-se listados abaixo. a) 1 start bit; b) 1 bytes de dados; c) 2 stop bits. Cabe ressaltar que neste tipo de comunicao Controlador/Controlador tambm ocorre uma diferenciao quanto ao tamanho e composio dos frames de envio e recebimento. Porm, neste caso, alm da diferena quanto ausncia de endereamento da mensagem backward, ocorre uma discrepncia quanto ao tamanho dos bits de dados, que passam de dezesseis a para oito. Esta diferena nos bits de dados ocorre, pois alguns comandos necessitam apenas destes 8 bits de dados, pois so comandos mais simples, enquanto que outros precisam de um byte extra para complementar a informao. 3.3.3 Formatao da Mensagem de Controle DALI Esta seo tem por objetivo expor a estrutura das mensagens de controle DALI, e apresentar a lista de tipos de dispositivos de controle DALI. O formato genrico de uma mensagem de controle descrito abaixo: Byte um: Endereamento (quem); Byte dois: Comando (o que); Byte trs: Dados (quanto).

55 3.3.3.1 Byte de Endereamento O primeiro byte usado para endereamento. Ele controla quem ir receber ou reagir mensagem, existindo cinco tipos de endereamento suportados pelas mensagens de controle DALI: Endereamento Individual de controle (Enviado para um dispositivo individual); Endereamento Originador de controle (recebido de um dispositivo individual); Endereamento de controle de tipos (enviado a um tipo especfico de dispositivos); Endereamento de controle de Grupos (enviado a um grupo de dispositivos) Enderaamento de controle Broadcast (enviado a todos dispositivos). Endereamento Individual de controle No mais que 64 dispositivos de controle so permitidos em um barramento DALI. O limite, na verdade, determinado pelo consumo de corrente e pela potncia disponvel para a linha. O endereo individual para o controlador pode ser de 0 a 63. A primeira vista pode parecer que o endereamento dos controladores e reatores podem ocupar o mesmo espao, mas no o fazem, visto que a comunicao com os reatores realizada usando-se comandos de 2 bytes, e no 3 como so os de controle. Endereamento individual especificado quando os dois bits superiores do byte so ambos iguais a zero. Os seis bits restantes que compem o valor do endereo, por isso mesmo, que o range de valores vai de 0 a 63, ou o a 0x3f em hexadecimal. Endereamento Originador de controle Alguns dispositivos, tais como sensores de presena e de luminosidade, necessitam enviar periodicamente informaes ao controlador. Partindo do pressuposto que podem existir mltiplos sensores em uma mesma rede DALI, necessrio que os sensores se identifiquem

56 na rede. Para suportar essa funo, o campo de endereamento, que normalmente identifica o receptor da informao, usado para identificar a Fonte da mensagem. Quando usado o Endereamento Originador de controle, todos os dispositivos do barramento recebem a mensagem, porm apenas os que foram previamente configurados iro agir de acordo com o contedo da mensagem. Este endereamento anlogo ao individual, porm com um offset de 64. Ele especificado quando o bit mais significativo do byte igual a zero, e o seguinte igual a um. Os seis bits restantes carregam o valor do endereo. Desta forma, o range de valores vai de 64 a 127 (0x40 a 0x7f em hexadecimal). Endereamento de controle de Tipos Essa terceira maneira de endereamento foi concebida de forma a permitir que um elemento na rede se comunique com todos os outros desde que pertenam ao mesmo tipo. Os tipos de dispositivos definidos atualmente so apresentados na Tabela 7, da seo 3.4.3, sendo permitida a definio de at 64 tipos. Endereamento de Tipos especificado quando o bit mais significado do byte de endereamento igual a um e o bit seguinte igual a zero, sendo os bits restantes responsveis por carregar o valor do endereo, que pode ir de 128 a 191 (0x80 a 0xbf em hexadecimal). Endereamento de Grupos Este tipo de endereamento especificado quando os dois bits mais significativos do byte so iguais a um, e o bit seguinte igual a zero. Logo, o valor do endereo est contido nos 5 bits restantes, levando a um range de valores de 192 a 223 (0xc0 a 0xdf em hexadecimal). Cabe ressaltar que existem ainda os bits de endereamento reservados para futuras expanses, sendo estes especificados quando os trs bits mais significativos do byte de

57 endereamento forem iguais a um, levando a um range de valores de 224 a 255 (0xe0 a 0xfe em hexadecimal). Endereamento Broadcast de controle Consiste no quinto tipo de endereamento suportado, sendo usado quando qualquer controlador na rede queira receber a informao. Ele especificado quando todos os bits do byte forem iguais a um, correspondendo ao endereo de valor 255, ou 0xff em hexadecimal. 3.3.3.2 Byte de Comando O segundo dos trs bytes da mensagem de controle DALI contm o comando de controle. Ele especifica o que ser realizado/executado pelo dispositivo endereado no primeiro byte. Para obter uma maior eficincia do byte de comando, este pode ser divido em trs partes: Comando de Controle Comum 0 a 127 (0x00 a 0x7f hexadecimal); Comando de tipo especfico 128 a 191 (0x80 a 0xbf hexadecimal); Comando especfico de fabricao 192 a 355 (0xc0 a 0xff hexadecimal). A eficincia citada acima obtida ao saber se diferenciar os comandos que requerem, ou no, dados complementares para uma tarefa. Para os comandos que necessitam de informaes adicionais, o segundo byte vai indicar o comando, enquanto que o terceiro byte vai carregar os dados efetivamente. J para os casos em que no se precisam dados extras, o segundo byte vai indicar um data-less comand (comando sem dados), tendo a informao carregada no terceiro byte. 3.3.3.3 Lista de Tipos de dispositivos de controle DALI A Tabela 7 apresenta a lista de alguns dispositivos de controle quando endereados pelo endereamento de tipo.

58Tabela 7. Tipos de dispositivos de controle DALI.

Tipo DEC128 129 130 131 132

Tipo HEX0x80 0x81 0x82 0x83 0x84

NomeDispositivo Desconhecido Dispositivos Switches Dimmer Deslizante Sensor de Presena/Movimento Controlador de Luminosidade em Malha Aberta Controlador de Luminosidade em Malha Fechada Programador Gateway Seqenciador Fonte de Alimentao Controlador de Luminosidade de Emergncia Unidade de Entrada Analgica Data Logger

ComentriosSe algum dos dispositivos abaixo no se aplicam No limitado apenas as chaves ON/OFF, mas tambm aos elementos de troca de cenas, dimerizao, etc. Controlador dimerizvel analgico/posicional Dispositivo que indica a presena de pessoas em uma rea controlada Dispositivo que informa nveis de luminosidade atuais e/ou envia mensagens de controle para atuadores baseados em limites de luminosidade pr-estabelecidos Dispositivo que informa nveis de luminosidade atuais e/ou envia mensagens de controle para atuadores baseados na variao dos nveis de iluminao Elemento que estabelece um modo de construo baseado no tempo do dia, ou que fornece sadas de controle Interface para outros sistemas de controle ou barramentos de comunicao Dispositivo que efetua seqenciamento de cenas de luminosidade Fonte de Alimentao DALI que alimenta o barramento de comunicao Elemento que certificado para o uso em controle de luminosidade de emergncia, ou, se no certificado, para luminosidade de reserva no crtica Dispositivo genrico com entrada analgica Unidade que armazenam dados (podem ser dados analgicos ou digitais)

133 134 135 136 137 138 139 140

0x85 0x86 0x87 0x88 0x89 0x8a 0x8b 0x8c

Fonte: (15) NEMA STANDARD PUBLICATION 243-2004 DALI Control Devices Protocol..

Nota-se que apesar de serem expostos apenas os tipos de dispositivos com endereo indo de 128 a 140, estes podem variar at o valor 192, conforme apresentou a seo 3.4.1.3. 3.3.4 Especificaes Eltricas Com o DALI, os telegramas de dados so produzidos atravs de um minichaveamento dos fios de dados curto-circuito seguido de uma liberao dos contatos com a Fonte, gerando assim os sinais lgicos zero e um. Isso pode ser feito tanto pelos reatores como pelos controlados. Cabe ressaltar que durante o evento de curto circuito da linha (rpido fechamento da chave) a corrente limitada pela Fonte a 250mA. A Figura 36 ilustra com grande clareza todas as caractersticas eltricas de uma transmisso de dados sobre uma interface DALI.

59

Figura 36. Especificao eltrica durante a transmisso de dados sobre interface DALI. Fonte: (14) OSRAM Technical Guide DALI/DIM.

Para uma unidade transmissora, considerado o sinal lgico alto caso ela esteja contida no range de 20,5V a 11,5V, como de forma anloga, a unidade receptora compreende como sinal lgico baixo caso a tenso esteja na faixa entre 6,5V. Outro ponto importante consiste na mxima diferena de tenso admitida entre as passagens receptor/transmissor, de 2V. Graas a uma alta relao sinal-rudo e uma baixa frequncia de transmisso de dados, torna praticamente impossvel uma transferncia de dados com DALI ser afetada por interferncias, garantindo assim, uma comunicao confivel. Logo, no necessria a utilizao de cabos blindados, alm de tornar possvel o agrupamento dos fios de controle com os de alimentao pelo mesmo cabeamento, facilitando a instalao, sem comprometer a confiabilidade, conforme evidencia a Figura 37.

60

Figura 37. Cabeamento da Rede DALI. Fonte: (9) PHILIPS Guia de Iluminao 2005.

A Tabela 8 apresenta a bitola mnima entre os fios de dados de acordo com seu comprimento no barramento geral.Tabela 8. Relao bitola x Comprimento dos cabos de dados.

Comprimento Bitola mnima At 100 metros 0,5 mm Entre 100 e 150 metros 0,75 mm Acima de 150 metros 1,5 mm

Outro ponto importante que a distncia mxima que essa linha pode ter de 300m de fio, ou uma queda de tenso de 2V ao longo da via, para uma corrente mxima de 250mA. Outra grande vantagem diz respeito ausncia de polaridade do sinal de controle. 3.3.5 Topologia de Rede As topologias que esta rede comporta a do tipo barramento, estrela, a do tipo linha, ou uma combinao destas.

61

Figura 38. Topologias de rede do DALI. Fonte: (14) OSRAM Technical Guide DALI/DIM.

A Figura 38 apresenta essa caracterstica, evidenciando ainda, a impossibilidade de colocar a rede em formato do tipo anel, alm do mximo comprimento que a linha pode ter que so 300 metros. 3.4 Estabelecimento dos Endereos Individuais do Controlador Existem trs mtodos para estabelecer o endereo individual dos controladores: Alocao de endereo aleatrio: esta tcnica atribui um endereo individual para cada elemento oriundo de um grande nmero aleatrio gerado dentro do dispositivo. Essa atribuio no requer a interveno do usurio, deixando o processo de identificao de qual dispositivo pertence a seu respectivo endereo em aberto. Seleo Fsica: este mtodo envolve a instalao de uma ferramenta, e o usurio tem papel fundamental na escolha do endereo do controlador, realizando tal feito pressionando um boto, removendo uma lmpada, etc. Pr-Seleo: consiste em pr atribuir um endereo individual por algum mtodo, tais como: fixado pelo fabricante, endereo atribudo por chaves ou botes, etc. Quando esta atribuio for feita de modo automtico, deve-se tomar o cuidado com a possibilidade de duplicao de endereos. Para evit-los deve-se instalar uma ferramenta que seja capaz de detectar este tipo de ao.

62 4 ESTUDO DE CASO Este captulo tem por finalidade apresentar os projetos de incremento eficincia energtica da iluminao do terceiro pavimento do edifcio sede da empresa, APS Solues em Energia S.A - a qual ser referida apenas de APS no decorrer do texto - utilizando-se o mtodo conhecido por Retrofit e, posteriormente, a DALI. Cada projeto contemplar uma anlise luminotcnica do ambiente - atendendo os requisitos da norma (16) (NBR 5413, 1992) os investimentos necessrios para executar as medidas propostas na anlise, as economias energticas e o tempo retorno de investimento (anlise financeira bsica). Para fins de comparao entre os projetos, e tambm devido ausn