terça-feira, 2 de junho de 2015

Uma ferramenta online para simular a geração de poluição luminosa


O projeto europeu "Inspiring Science Education" (ISE), com sede em Luxemburgo, se propõe a oferecer recursos digitais e oportunidades para professores tornarem o aprendizado de ciências mais atrativo e relevante para os seus alunos. Recentemente, o ISE disponibilizou uma ferramenta online para a simulação de cenários de iluminação artificial externa, com o objetivo de possibilitar a avaliação da geração de poluição luminosa e a adequação de cada configuração em relação à segurança para a circulação de pessoas.

A página oferece textos explicativos sobre poluição luminosa e instruções detalhadas para utilizar o simulador (em inglês, mas o Google Tradutor pode ajudar). De qualquer modo, vamos fazer uma rápida introdução ao uso da ferramenta e discutir alguns dos seus resultados.

A página possui uma série de abas que podem ser abertas pelo usuário. As duas primeiras são de apresentação, e a simulação propriamente dita é configurada em "Set the experiment options" (Configure as opções do experimento). São então oferecidos quatro parâmetros: 
  • A quantidade de postes de luz (light poles), variando entre três e nove;
  • A altura dos postes - quatro ou sete metros;
  • O tipo de lâmpada - vapor de sódio de alta pressão (HSP) ou LED;
  • A potência das lâmpadas - 50 ou 80 W;
  • O tipo de luminária - globo (globe, non cut-off), tipo semi-limitada (semi cut-off shield type), tipo totalmente limitada (full cut-off shield type).

Painel para configurar os parâmetros da simulação, na aba "Set the experiment options"). O usuário pode escolher o número de postes e sua altura, o tipo de lâmpada, a potência e o tipo de luminária. Em seguida, basta abrir a aba "Run the experiment" e clicar em "Start the experiment".
 
Em seguida, é necessário abrir a aba "Run the experiment" (Execute o experimento) e clicar em "Start the experiment" (Comece o experimento). Em alguns segundos, uma tela surgirá ao lado da configuração com uma animação mostrando os resultados da simulação.

O ambiente a ser iluminado é o estacionamento de um supermercado, na frente do qual existem casas e, nos arredores, prédios. A animação permite que "circulemos" pela área, de modo observar a qualidade da iluminação gerada através dos parâmetros escolhidos pelo usuário. Alguns exemplos são mostrados a seguir.

O primeiro é a simulação da pior situação possível: nove luminárias tipo globo, em postes de 7 metros de altura e com as lâmpadas de maior potência (80 W). O resultado, ilustrado pela figura abaixo, é uma iluminação ofuscante, onde 30% da luz é emitida na direção do céu.

Captura de tela da simulação considerando a pior situação possível: nove postes com sete metros de altura, luminárias tipo globo com lâmpadas de 80 W, de vapor de sódio de alta pressão

Uma escolha mais racional para uma grande cidade, distante de áreas de proteção ambiental, é a representada pela captura de tela abaixo: nove postes de 4 metros de altura, lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão de 50 W em luminárias com corte total. Nestas condições, a estimativa é que 4.25% da luz emitida estaria sendo na direção do céu. Cenário consideravelmente melhor do que no caso dos globos, embora o ideal seja reduzir esta componente a zero...


Captura de tela mostrando a simulação com escolhas racionais: nove postes de 4 metros de altura, luminárias totalmente limitadas (full cut-off).

Um problema é o fato de que não é reproduzido o rendimento de cor de cada lâmpada. O vapor de sódio produz uma luz alaranjada, o que significa que ele emite em um intervalo mais restrito de energia, privilegiando os comprimentos de onda onde o olho humano é mais eficiente. O LED possui uma luz extremamente branca, com alto rendimento de cor (desnecessário para a nossa circulação noturna) e especialmente nociva para o meio ambiente. Nas simulações, as lâmpadas emitem sempre luz branca, embora o brilho do céu (resultado da luz indevidamente direcionada para cima) seja sempre alaranjado.

Tendo em vista esta limitação da ferramenta, nas imagens abaixo podemos ver como seria a iluminação na frente de uma residências, com os dois conjuntos de parâmetros já descritos.


Captura de tela mostrando a iluminação na frente de uma casa. Em cima, a luminária tipo globo com lâmpada de 80 W e, abaixo, a luminária totalmente limitada e lâmpadas de 50 W. Note o halo de luz em torno do globo, denunciando o desperdício e a geração de poluição luminosa. No segundo caso a luz é focalizada para o chão, criando um ambiente mais agradável e seguro para a circulação, além de menos poluente.

Um outro problema da ferramenta é a poluição luminosa chamada de "luz intrusa", que é aquela iluminação planejada para um ambiente e que invade outro. É o caso da iluminação interna do supermercado, das casas e dos prédios, que dificulta a análise da qualidade dos diferentes conjuntos de parâmetros para a iluminação externa.


A ferramenta também permite simular o impacto na observação do céu e, em particular, na direção da constelação de Ursa Maior, facilmente visível no Hemisfério Norte. Basta ir na aba "Run the experiment" e clicar em "Ursa Maior". Serão oferecidas duas opções: "Ursa Maior - no light pollution" (Ursa Maior - sem poluição luminosa) e "Ursa Maior - current light pollution" (situação atual de poluição luminosa, considerando os parâmetros de entrada para a simulação).


Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior, sem poluição luminosa.

Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior com os parâmetros do primeiro cenário, utilizando luminárias tipo globo. Note o tom alaranjado, típico de luminárias de vapor de sódio em luminárias ruins ou incorretamente instaladas.

Simulação da observação do céu na direção da constelação de Ursa Maior com os parâmetros da segunda simulação, escolhidos de modo mais racional.

É um recurso didático interessante, desde que sejam levados em conta as suas limitações em reproduzir o rendimento de cor das lâmpadas e a impossibilidade de ligar/desligar a luz intrusa. Quer experimentar? As simulações podem ser feitas no endereço deste link.

A indicação desta ferramenta foi feita pelo projeto Globe at Night, através de seu boletim mensal.

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Página de notícias sobre Poluição Luminosa (PL), mantida pela astrofísica Tânia Dominici.

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