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I. INTRODUÇÃO
A iluminação é a sensação que o olho tem na percepção das coisas, sendo responsável na garantia de forma, cores, distância e movimentos. Podendo ela ser natural ou artificial mas que têm um objectivo comum, o importante parâmetro para a definição de um objecto. A iluminação é um factor preponderante para o universo, porque as plantas necessitam dela para o processo de fotossíntese, gerando oxigénio no qual é essencial na vida humana. A luz influencia as nossas acções e atitude no ambiente, por esta causa se um estádio pretende alcançar o seu potencial de utilização plena operando durante o final da tarde ou de noite, um sistema artificial é essencial, com níveis adequados de luz, boa uniformidade e ausência de ofuscamento, são factores bastantes significativos contribuindo assim para o bem-estar dos jogadores e dos espectadores. As características dos actuais sistemas de iluminação nos estádios de futebol, são feitas de forma mecânica e causam um desgaste enorme nos dispositivos de manobras, consumindo assim um nível excessivo de energia eléctrica. Por esta razão, na possibilidade de melhorar o accionamento dos estádios e solucionar estes factos, apresentamos um diferente modelo de accionamento de forma automatizada, isto é, com a implementação do protótipo Controlo de Iluminação Inteligente Num Estádio de Futebol. 1.1. Definição do tema Controlo de Iluminação Inteligente Num Estádio de Futebol é um sistema automatizado em que vários componentes e elementos eléctricos estão extrinsecamente ligados. Consiste em gerir o consumo de energia eléctrica nos estádios de futebol, porque o seu funcionamento depende de um trinómio. 1.2. Problematização Atendendo o défice do fluxo luminoso artificial em horas primordiais nos estádios de futebol da cidade de Luanda, houve a necessidade de propormos um sistema automatizado de iluminação na quadra de jogo e alguns sectores. Então, surgiu-nos a seguinte questão: Como transformar os sistemas de iluminação dos estádios de futebol em iluminação inteligente? Para racionalizar o consumo energético em função de um trinómio pré- estabelecido.
1.3. Justificativa Escolhemos o tema devido a utilização inadequada da electricidade nos estádios de futebol do país, principalmente Luanda, por parte dos técnicos de electricidades, desta forma nos sentimos motivados em desenvolver este tema para mostrar aos académicos o potencial que automação tem e dispor de mais informações no que concerne na aplicação do mesmo. Também foi escolhido devido a contribuição que iremos dar aos estádios de futebol no que tange o ambiente de jogo verso poupança de energia eléctrica através dos equipamentos de manobras e protecções do sistema de iluminação que só entram em funcionamento quando a combinação do trinómio estiver nas condições desejadas. 1.4. Objectivo geral Descrever sobre sistema de iluminação de um estádio de futebol da cidade capital (Luanda). De modo automatizar o mesmo para transformar em inteligente e racionalizar o consumo energético. 1.5. Objectivos específicos Apresentar informações sobre a automação, desde a história até as suas vantagens e desvantagens; Descrever a dimensão de um estádio de futebol a fim de estudarmos as condições de iluminação; Estudar sistema de iluminação inteligente para aplicar em um estádio de futebol em função de iluminação natural; Analisar o sistema de iluminação do estádio de futebol 22 de Junho da província de Luanda; Propor um sistema de iluminação inteligente no estádio 22 de Junho; Fazer um protótipo de um estádio de futebol com um sistema de iluminação inteligente em função do trinómio estabelecido; 1.7. Hipóteses Descrever sobre análise de implementação de um sistema automatizado num estádio de futebol da cidade de Luanda e propor como deve funcionar os sistemas de iluminação num estado de futebol de forma a racionalizar o consumo energético dos mesmos em função de um trinómio.
Neste capítulo fazemos uma profunda pesquisa concernente a algumas matérias já existente sobre a iluminação dos estádios de futebol e implementamos outras técnicas para torna-lo automatizada ou seja numa iluminação inteligente, por isso, abordamos de forma específica a história da automação de maneira geral e seus principais objectivos, aplicações, vantagens e desvantagens. Para transformar a iluminação de forma automática foi necessário um estudo das dimensões do estádio de futebol, que nos permitirá a implementação na instalação eléctrica, para isso distinguimos dois tipos de iluminação nos estádios a de segurança e a do campo, estas devem ser elaboradas cuidadosamente para que não haja fenómenos de poluição de luz e violações de luz indesejadas, que originam impacto ambiental, causando um encandeamento na visão de pedestres e motoristas fora do estádio. 2.1. História da Automação Bastos (1999), afirma que a automação, está presente na história da tecnologia desde a Revolução Industrial na Inglaterra, a partir do último quarto do século XVIII. A crescente incorporação de máquinas em substituição ao trabalho vivo na indústria permitiu revolucionar a base técnica da economia capitalista, que, na época, representava o que havia de mais avançado do ponto de vista do desenvolvimento tecnológico (Womack, Jones, Roos, 1992, p.23-25). O mesmo autor diz que a partir das primeiras décadas do século XX, com a constituição da base técnica electromecânica, presenciou-se um novo desenvolvimento na incorporação de máquinas nos processos produtivos. Talvez o exemplo mais representativo de automação em modelos clássicos tenha sido o uso de máquinas dedicadas na indústria automobilística do início deste século, o qual favoreceu um salto em termos de produtividade do trabalho em comparação com os processos de produção até então dominantes naquela indústria (Womack, Jones, Roos, 1992, p.23-25). O mesmo autor continua a dizer que as formas de automação se combinavam de uma maneira muito adequada com a produção em grande escala de bens padronizados, pois delas não eram exigidas nenhuma - ou muito pouca - flexibilidade nos processos produtivos. Após a Segunda Guerra Mundial, a difusão dessas tecnologias mostrou-se perfeitamente compatível com mercados com crescimento relativamente estável, pois delas se demandava principalmente a capacidade de reduzir - através das economias de escala - os custos unitários de produção.
Nesse sentido, pode-se argumentar que essas formas de automação estavam em consonância com os elementos do padrão de eficiência produtiva das principais economias capitalistas desse período histórico, contribuindo para a redução do preço das mercadorias e, com isso, para a constituição de mercados de consumo de massa em diversos países (Aglietta, 1979). Não obstante ao ponto anterior o mesmo autor destaca uma limitação das tecnologias de automação vinculada à base técnica electromecânica. Esta limitação era a grande rigidez que as mesmas impunham ao processo produtivo, pois sua viabilidade económica era condicionada pelo tamanho das escalas de produção e pela necessidade de certa invariância dos tipos de mercadorias fabricadas. Assim, a esse respeito, já destacava um trabalho dos anos 50 (EINZIG apud KAPLINSKY, 1984, p.69). 2.2. Objectivos da Automação Alves (2004), descreve que automação é a tecnologia relacionada com a aplicação de sistemas mecânicos, Eléctricos e electrónicos, apoiados em meios computacionais, na operação e controlo dos sistemas de produção. Em termos gerais, os objectivos a atingir com a automação poder-se-ão enquadrar em dois grandes níveis, nomeadamente, a segurança e o mercado. No primeiro, pretende-se a melhoria das condições de trabalho e de segurança de pessoas e bens. No segundo, pretendesse aumentar a competitividade global do produto e da empresa, única forma de esta se manter, na aguerrida concorrência do mercado. J. Norberto Pires (2007), descreveu que a automação industrial é uma técnica que pode ser usada para reduzir custo de produção dos produtos. Hoje em dia, as modernas economias dependem daquilo que produzem nas suas fábricas. 2.3. Aplicações da Automação Groover (2001). Expelia que a parte mais visível da automação, actualmente, está ligada à robótica, mas também é utilizada nas indústrias química, petroquímicas e farmacêuticas, com o uso de transmissores de pressão, vazão, temperatura e outras variáveis necessárias para um SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) ou CLP (Controlador Lógico Programável). A Automação visa, principalmente, a produtividade, qualidade, segurança e conforto de um processo. Em um sistema típico toda a informação dos sensores é concentrada em um controlador programável o qual de acordo com o programa em memória define o estado dos
Comunicações. Automatização dos correios. Transportes. Controle de tráfego de veículos. Como a automação é aplicada em diversas áreas devido a combinação de vários actuadores, sensores e outros instrumentos, desta forma, transportaremos automação para um estádio de futebol em função de vários sistemas combinatórios. 2.4. Vantagens da Automação Copeliovitch (1993). Explica que uma das vantagens de se usar a automação industrial é o fato de que 1. As máquinas, aliadas aos avanços tecnológicos e a informática, conseguem fazer melhor e mais rapidamente o trabalho de um homem. 2. A automação industrial incorpora conhecimentos de diferentes áreas, como: Mecânica, Electrónica, Eléctrica, Física, Química e Informática. 3. Tecnologias emergentes como: Nano tecnologia; Sistemas de montagem em nano-escala; MEMS (micro-electro-mechanical-sytems); Sensores manométricos de baixo custo que podem medir praticamente tudo. O mesmo autor, mostra outra vantagem da automação industrial é o capital, uma máquina custa um valor muito alto, porém o dono da empresa irá arcar com o valor da manutenção do aparelho. Se ele contratasse pessoas para fazer o trabalho da máquina teria que custear planos de saúde, licença, férias e vários outros subsídios que o trabalhador tem direito perante a lei. Sendo assim eis o nosso parecer de acordo as vantagens da automação: Maior produtividade: os níveis de produção aumentam e assim é possível suprir melhor o mercado, e isso em todo tipo de negócio, desde o sector automobilístico, passando pelo sector químico, siderúrgico alimentício, incluindo aqui as actividades agrícolas, que usam de colectores automáticos e mais uma infinidade de vantagens e tecnologias que ajudam a melhorar a produção e distribuição; Maior flexibilidade: os equipamentos automáticos têm a capacidade de fazerem os movimentos, mas rápidos do que os humanos, facilitando assim a execução de tarefas muito pesadas e cansativas param o homem;
Melhor qualidade: os sistemas automáticos tendem a fazer o trabalho final igual ao inicial. Por ser um ciclo repetido. Enquanto o homem depois de muitas horas de trabalho cansa, e a probabilidade de o produto inicial ser igual ao final e ínfimo; Maior capacidade tecnológica; Integração; Aumento da segurança: a automação substitui os operadores humanos em tarefas que devem ser feitas em ambientes perigosos como seja, fogo, espaço, vulcões, instalações nucleares, sob a água, e outras tarefas, fazendo tarefas que estão além das capacidades humanas tais como manipulação de cargas muito pesadas, objectos de grandes dimensões, muito quentes ou muito frias substâncias ou a exigência de tornar as coisas muito rápidas ou muito lentas; Diminuição dos custos operacionais: a automação veio para melhora à economia de empresas, sociedade ou a maior parte da humanidade. Por exemplo, quando a empresa que investiu em tecnologia de automação recupera seu investimento, quando um estado ou país aumenta seu rendimento devido à automação, ou quando a humanidade pode usar a internet que, por sua vez usara satélites e outros mecanismos automatizados; Melhoria das condições de operação; Simplificação das instalações; Aumento dos níveis de controlo: o sistema de controlo automático tem menos chance de errar do que o homem; 2.5. Desvantagens da Automação As maiores desvantagens da automação encontram-se no seu valor quando uma máquina estraga o valor para arrumá-la pode ser extremamente alto. Além disso, os números de profissionais que sabem trabalhar com a automação industrial são muito pequenos. Os cursos
existentes no dimensionamento, elas apresentam formas comuns; os comprimentos das linhas laterais são sempre superiores aos comprimentos das linhas do fundo. Dentro destas diversidades a área de jogo apresenta como mínimo 4050 m² e como máximo 10800 m². Figura 2 - Dimensionamento de um campo (Medidas métricas) Segundo a Fédération International Football Association [FIFA] (2011), o campo de jogo apresenta as seguintes dimensões; comprimento: 105 m e largura: 68 m. Para todas as partidas de 1.ª divisão profissional e onde forem feitos jogos principais internacionais e nacionais, devem ter esse padrão. Esta dimensão é obrigatória para um campo para Copa do Mundo FIFA e para as competições finais nos campeonatos de confederações. O campo deve ter as marcações precisas ilustradas. Outros jogos podem ser realizados em campos com dimensões diferentes das estipuladas no Regulamento Oficial, o qual definem as dimensões máximas e mínimas. Contudo, é altamente recomendado que um campo moderno apresente uma área de comprimento: 105 m e largura: 68 m ( 7140 m²). Como ilustra a figura 3. Nota: Essas dimensões de mínimas e máximas [4050 m² - 10800 m²] são somente áreas de zonas de marcação. Para que houvesse uma conformidade nas dimensões dos campos em diversas regiões, foi necessário a FIFA estabelecer uma norma para todas as partidas internacionais, é obrigatório que o campo de jogo tenha uma área de 7140 m² e ainda esta é acrescida uma zona auxiliar por onde circulam os técnicos, os jogadores da reserva, a equipe médica e a imprensa, contudo, as dimensões totais do campo e a zona auxiliar são de 10625 m².
2.7. Área Auxiliar A FIFA afirma que as áreas auxiliares são necessárias áreas planas adicionais ao lado do campo, idealmente atrás de cada linha de fundo, onde os jogadores possam fazer o aquecimento. Esta área também deve permitir a circulação dos árbitros auxiliares (bandeirinhas), gandulas, equipe médica, pessoal de segurança e imprensa. Recomenda-se que as laterais tenham no mínimo 8,5 m e 10 m nas extremidades. Deste modo, as dimensões totais de campo e área auxiliar são as seguintes: comprimento de 125 m e largura de 85 m como ilustra a figura 3. Fonte: FIFA, 2011. Figura 3 - Dimensões do campo e área auxilia 2.7.1. Área do Relvado A mesma FIFA diz que nesta área, a superfície do campo deve-se estender até os painéis publicitários na área auxiliar, que normalmente são montados a 5 m além das linhas laterais e das linhas de fundo. As áreas dos painéis devem ser niveladas e firmes para suportar a carga. O restante da área auxiliar pode ser do mesmo material da superfície do campo ou de concreto, o que facilita a deslocamento de veículos de serviço, segurança e ambulâncias. Qualquer parte da área auxiliar que for utilizada como área de aquecimento deve ter a mesma superfície do campo. Contudo, grama sintética de alta qualidade pode ser usada em campos com gramados naturais. Para melhor compreensão eis as figuras 4; 5; 6. Todas tiradas no manual da FIFA. Fonte: FIFA, 2011, p, 65.
O sistema de iluminação do campo para que os jogadores e espectadores possam ver a acção de forma clara e sem esforço. Pode ser necessário também iluminar o campo com os níveis de iluminação exigidos para a transmissão de televisão a cor e em alta definição, caso em que estas exigências se tornam bem mais rigorosas. A iluminação segurança e a iluminação de campo são necessárias em conjunto, certamente que sem uma a outra não seria suficiente para a realização da partida. Uma excepção poderia ser para shows com os seus sistemas de iluminação próprios para o palco, alimentados por uma fonte própria de geradores. 2.8.1. Iluminação de Segurança A mesma FIFA refere que iluminação deve cumprir duas funções: a primeira é de iluminar as vias de escape e evacuação e as saídas de forma clara, para que os espectadores não tenham dúvida sobre a direcção correcta do fluxo de direcção em uma emergência, e possam seguir adiante em segurança, sem risco de tropeçar e cair, mesmo quando correndo e em pânico; a segunda, iluminar os pontos de chamada de emergência e dos equipamentos de combate a incêndio. Luminárias devem ser fornecidas ao longo de cada passagem e rota de escape de modo a que não haja áreas escuras, principalmente em escadas, patamares, pisos e portas de emergência, num nível de iluminação de pelo menos 1 lux. Toda a iluminação de emergência deve iniciar seu funcionamento mesmo se os sistemas de alimentação principal falhar por interrupção do fornecimento de força, dentro de cinco segundos após a queda da rede.
2.8.2. Iluminação do Campo A mesma FIFA padronizou os requisitos de iluminação para uma partida de futebol realizada a noite, são aqueles suficientes para permitir que a área de jogo esteja iluminada o bastante para que aqueles que jogam e os que os assistem, tanto no local quanto em casa pela televisão, possam ver com todos os detalhes a acção desenvolvida de forma clara e nítida. Isso significa que o nível de brilho, contraste e claridade devem ser correcta e uniformemente projectados e distribuídos sobre a área inteira de jogo. Figura 7. Fonte: Foto Divulgação Philps - Iluminação Esportiva, Lume Arquitetura, p, 58. Figura 7 - Recomendação técnica para iluminação do campo de jogo Para começar com um projecto de iluminação de um estádio é preciso conhecer suas características físicas, a começar pelas dimensões da área de jogo. O mais importante é uma visibilidade sem obstrução visual dos jogadores e dos objectos do jogo, avaliam-se possíveis locais para instalação de postes ou estruturas para fixação dos projectores. A iluminação de segurança e do campo são os dois principais sistemas de iluminação de um estádio, elas estão de mãos dadas, porque sem a primeira (iluminação de segurança) não serão suficiente ou é quase impossível se realizar uma partida, e sem a segunda (iluminação do campo) torna-se mesmo impossível a realização da prática desportiva, porque a zona da marcação (isto é, as quatros linhas) ficará totalmente na escuridão. Por isso, é necessário saber dimensionar os parâmetros que diz respeito a índices de iluminamento e temperatura de cor, a fim de evitar a escuridão total ou parcial (ofuscamento). Actualmente é fundamental também saber se o espaço esportivo servirá a transmissão televisiva, porque câmaras exigem níveis mínimos para captação. Caso exista probabilidade de actividades televisionadas, será
Ainda a FIFA em 2011, recomenda cinco classes de sistemas de iluminação estipuladas. Existem duas categorias que demandam qualidade televisiva e três para eventos não televisivos. Tabela 1 - Classes de sistemas de iluminação estipuladas pela FIFA Fonte: FIFA, Estádio de Futebol; Recomendações e Requisitos técnicos, 2011, p, 170. 2.10. Altura de Montagem de Dispositivos de Iluminação – Classe IV e Classe V A mesma FIFA diz que a altura de montagem dos dispositivos de iluminação é fundamental para o sucesso do sistema de iluminação esportivo. A geometria de altura de montagem para os reflectores laterais e postes é de 25 graus com relação à base da fonte de luz mais baixa acima do horizonte, iniciando do centro do campo e apontando para trás na direcção da área de assentos do estágio. A estrutura composta por armação e luzes pode exceder essa orientação mínima de 25 graus, mas não deve passar de 45 graus. Os ângulos de inclinação de luminárias não podem ultrapassar 70 graus do nadir (directamente para baixo) até o centro do feixe. Fonte: FIFA, 2011, p, 171. Figura 8 - Altura de montagem de dispositivos de iluminação
2.10.1. Visões de Câmaras a Serem Consideradas Segundo a FIFA (2011). Existem diversas posições de câmaras possíveis que podem ser utilizadas para criar a experiência televisiva. As posições de câmaras ilustradas são algumas das mais populares. Uma especificação de iluminação deve levar em consideração as posições de câmaras a serem utilizadas de fato, para assegurar que cada câmara receba luz suficiente e possa produzir material de vídeo de boa qualidade. Se necessário, pode-se recorrer a uma emissora de televisão ou consórcio regional de televisão para orientações. A meta principal do sistema de iluminação é garantir uma iluminação simétrica para condições de linha lateral e linha de fundo. É possível adicionar tanto câmaras fixas quanto de campo sem afectar a qualidade de vídeo digital. Fonte: FIFA, 2011, p, 171. Figura 9 - Visões de câmaras normais Ainda FIFA estabelece que o principal objectivo do sistema de iluminação é garantir a simetria completa tanto das linhas laterais como das linhas de fundo. Novas câmaras fixas como móveis no campo devem poder ser adicionados sem prejudicar a qualidade de luminosidade existente e recebida por cada uma delas. 2.10.2. Ângulos de Visão de Jogador e de Transmissão Mesma FIFA em 2011 afirma que nos ângulos de visão de jogador garante um ambiente isento de claridade para os jogadores, oficiais e para as Mídias é o mais importante requisito de projecto. As duas áreas a seguir são definidas como “zonas sem holofote” para as cinco categorias de competição.
O modelo é alcançado quando um jogador do evento é cercado por luz proveniente de diferentes locais, criando um ambiente iluminado de forma balanceada. Um ambiente isento de sombras é obtido quando não há sombras de linhas marcantes no campo. Fonte: FIFA, 2011, p, 174. Figura 11 - Direcionamento de Campo (Internacional)
2.11. Especificações e Tecnologia de Projecto de Luz
2.11.1. Uniformidade Horizontal Segundo a FIFA (2011), iluminância horizontal é uma medida da luz que atinge um plano horizontal localizado um metro acima da superfície de jogo. Para colectar essas medidas e calcular a iluminação máxima / mínima / média do campo, é utilizada uma grade de 10 m x 10 m ao longo do mesmo. Fonte: FIFA, 2011, p, 176. Figura 12 - Representação da Iluminação Horizontal
2.11.2. Variação A mesma FIFA padronizou uma variação porque o futebol é um esporte de alta velocidade. Sendo assim, manter uma iluminação uniforme por todo o campo melhora o desempenho dos atletas e resulta em vídeo de alta definição. Os métodos para calcular a uniformidade são expressos abaixo. Tanto o método CV quanto o método UG podem ser utilizados para calcular a uniformidade. Tabela 2 - Variação da Uniformidade F onte: FIFA, Estádio de Futebol; Recomendações e Requisitos técnicos, 2011, p, 176. 2.11.3. Iluminação Vertical - Câmaras de Campo Vertical Ainda a FIFA diz que a iluminação vertical no nível do campo é a quantidade de iluminação que alcança a superfície vertical dos jogadores. Essa iluminação ajuda a mostrar detalhes de close de jogadores, principalmente os rostos dos mesmos em momentos críticos durante a partida. Essas imagens são registadas por posições de câmaras de campo (tanto manuais quanto motorizadas). As variações na iluminação vertical resultam em vídeo digital de má qualidade. O projectista deve buscar balancear a iluminação para reduzir a quantidade de áreas com excesso/falta de iluminação durante operações de câmaras de campo. 2.11.4. Câmara Fixa Vertical A FIFA (2011), recomenda luz vertical sobre o campo capturada pelas câmaras superiores de linha lateral e linha de fundo é conhecida como iluminação vertical de câmaras fixa, deslocando-se ao longo do campo, essas câmaras devem capturar todo o jogo durante o evento. As variações na iluminação resultam em vídeo digital de má qualidade. O projectista deve buscar balancear a iluminação para reduzir a quantidade de áreas com excesso/falta de iluminação durante operações de câmaras fixa.
