O guia para entender o fator de manutenção na iluminação

De todos os números que entram num projeto viário, o fator de manutenção costuma ser o menos discutido. A geometria é debatida, a fotometria é escolhida com critério, a classe da via é justificada por norma, e então alguém digita 0,80 no campo do software porque foi assim no projeto anterior. Esse número sozinho decide se a via vai atender a norma daqui a seis anos ou se vai estar quinze por cento abaixo do mínimo sem que ninguém perceba, porque nada quebrou e nenhuma luminária apagou.

O que o fator de manutenção realmente representa

O fator de manutenção é a razão entre a iluminância média que a instalação produz ao final de um período determinado e a iluminância média que ela produzia quando nova, nas mesmas condições. É sempre menor que um. A tradição norte-americana chama a mesma ideia de light loss factor, com siglas diferentes para os mesmos fenômenos, mas o conceito é o mesmo.

O ponto que mais gera confusão em projeto é que a NBR 5101:2024 trabalha com valor mantido, definido como o valor de uma grandeza ao final de um determinado tempo de operação da instalação, considerando o fator de manutenção geral. Todos os valores de iluminância e luminância das tabelas de classe são valores mantidos. Isso significa que a instalação nova precisa entregar mais do que a tabela pede, exatamente na proporção de um sobre o fm. Um projeto de classe que exige 20 lux mantidos, calculado com fm de 0,80, precisa entregar 25 lux na inauguração. Quem mede a via recém-energizada e comemora por estar acima da norma está lendo o número errado, e quem projeta para 20 lux iniciais entrega uma via que já nasce condenada a sair de conformidade.

A norma não publica uma tabela de valores de fm por tipo de via ou por produto. Ela estabelece o conceito de valor mantido, mantém o critério histórico de que a manutenção deve ocorrer quando a iluminância média atinge 70% do valor inicial, e deixa a composição do fator para o projetista justificar. É por isso que esse número circula como valor de hábito: a norma exige que ele exista, mas quem precisa defender de onde ele veio é o projeto.

A decomposição

O fm não é um valor atribuído, é um produto. Para iluminação viária:

O LLMF, lamp lumen maintenance factor, é a depreciação do fluxo luminoso do próprio LED ao longo do tempo. O LSF, lamp survival factor, é a fração de luminárias que continua operando no instante considerado. O LMF, luminaire maintenance factor, é a perda por sujeira acumulada no compartimento óptico. Em iluminação de interiores existe um quarto termo, o RSMF, que trata da queda de refletância de paredes e teto. Ele não aparece em cálculo viário porque a via é um plano aberto, sem superfícies do entorno devolvendo luz relevante para a pista.

Essa decomposição é o que separa um fm defensável de um fm inventado. Cada um dos três termos tem origem documental diferente, responde a uma variável diferente do projeto, e pode ser questionado separadamente numa análise técnica.

LLMF: de onde vem esse número

A depreciação do LED é medida pelo ensaio LM-80, que acompanha o fluxo de pacotes, módulos ou arrays de LED por no mínimo 6.000 horas, com leituras periódicas, em pelo menos três temperaturas de case. O LM-80 apenas mede, não projeta. Quem projeta é o TM-21, que ajusta os dados medidos a um decaimento exponencial:

A constante α é interpolada entre as temperaturas ensaiadas pela relação de Arrhenius. Aqui entra a limitação que mais se ignora em catálogo. O TM-21 impõe um teto de extrapolação de seis vezes a duração do ensaio para amostras de vinte unidades, e cinco vezes e meia para amostras de dez. Um ensaio de 10.000 horas sustenta uma projeção reportável de 60.000 horas e nada além disso. O IES tratou o assunto em declaração formal de posição, afirmando que alegações de marketing que ultrapassam o limite de seis vezes são enganosas e não têm respaldo nas normas da entidade. Quando um catálogo anuncia 100.000 horas de vida sem informar a duração do ensaio que sustenta a projeção, o número está fora do método.

O resultado desse ajuste é expresso numa notação que virou padrão de catálogo. Lx designa o tempo de operação em que o fluxo luminoso cai para x por cento do valor inicial, com o número acompanhando a letra e as horas vindo logo depois. L70 a 60.000 horas significa que, nesse tempo, resta 70% do fluxo que o produto entregava novo. A escolha do patamar de referência é convenção, não física: 70% se consolidou como o ponto em que a substituição passa a compensar economicamente, e a explicação corrente de que o olho humano só percebe queda a partir de 30% é frágil, porque a psicofísica trabalha com limiares de diferença perceptível bem menores que isso. O que sustenta a percepção baixa de uma perda dessa magnitude é ela ocorrer ao longo de anos, com o sistema visual se adaptando continuamente e sem nenhuma referência simultânea de comparação.

A partir daí a conversão para o cálculo é direta. O x do Lx é o próprio LLMF no instante considerado: L70 significa LLMF de 0,70, L80 significa 0,80, L90 significa 0,90. Quando o período de projeto é menor que a vida nominal declarada, é prática usual interpolar linearmente entre o valor inicial e o Lx declarado, uma aproximação de engenharia que costuma aparecer embutida em ferramentas de cálculo:

O que o LM-80 não mede

O LM-80 ensaia o pacote de LED, não a luminária. Entre o componente no laboratório e o produto no poste existe um conjunto de perdas que o ensaio simplesmente não enxerga: amarelamento da óptica secundária em PMMA ou policarbonato, degradação do fósforo e do encapsulante nas temperaturas reais de operação, envelhecimento da vedação, e o próprio driver. O LLMF do sistema tende a ser pior que o do LED isolado. Existe metodologia para tratar isso, o TM-28, que projeta a manutenção de fluxo da luminária completa a partir do ensaio LM-84, feito no produto inteiro. Ela é bem menos comum em catálogo que o par LM-80 e TM-21.

A temperatura de campo é o ponto crítico em projeto brasileiro. A taxa de depreciação é termicamente dirigida, e a projeção de Arrhenius do TM-21 só vale dentro da faixa de temperaturas efetivamente ensaiadas. Uma luminária instalada numa via de cidade quente, com ar ambiente acima de 35 graus e insolação direta sobre a carcaça durante o dia, pode operar com temperatura de case acima da condição de ensaio. Se isso acontece, a projeção do catálogo deixa de ser aplicável, porque extrapolar Arrhenius para fora da faixa medida não é permitido pelo método. O instrumento que fecha essa lacuna é o ISTMT, o ensaio de medição de temperatura in situ, que mede o ponto de referência do LED dentro da luminária montada, na posição real de operação. Cadernos técnicos de concessionária brasileira já pedem esse confronto entre a temperatura medida e o certificado LM-80 do LED empregado, então o dado é obtenível de quem fornece.

LSF: quem falha é o driver

Em instalação LED o LED raramente apaga. O que apaga a luminária é o driver, por envelhecimento de capacitor eletrolítico, fadiga de solda por ciclagem térmica, ingresso de umidade ou surto. O LSF é a probabilidade de sobrevivência do conjunto no período considerado, e na prática é dominado pela confiabilidade do driver.

O caminho de cálculo parte do MTBF declarado pelo fabricante do driver, assumindo taxa de falha constante:

Um driver com MTBF de 750.000 horas avaliado em 50.000 horas de operação resulta em LSF de 0,936. O mesmo driver avaliado em 23.600 horas dá 0,969. Um componente de 203.000 horas, em cinco anos de operação a doze horas por noite, acumula 10,2% de falha. A diferença entre as pontas dessa faixa é inteiramente a qualidade de um componente que ninguém vê.

Esse cálculo tem uma fragilidade que convém declarar. A taxa de falha constante só vale no trecho plano da curva de confiabilidade, e a falha dominante em driver LED é envelhecimento de capacitor eletrolítico, que é desgaste, justamente o regime em que o modelo exponencial subestima a falha. Somando isso ao fato de que MTBF de folha de dados raramente vem de ensaio auditado, o LSF calculado assim deve ser lido como limite otimista, não como previsão.

Vale distinguir duas notações que aparecem juntas e são coisas diferentes. Em Lx By, o L descreve falha paramétrica, quanto de fluxo restou. O B descreve a fração da população que não atende ao critério. Um produto declarado como 50.000 horas L80B10 significa que, nesse tempo, 90% das unidades ainda mantêm ao menos 80% do fluxo inicial, e 10% ficaram abaixo disso. Quando só o Lx aparece, sem o B, assume-se B50, a mediana, com metade da população acima e metade abaixo do limite.

O regime de manutenção contratado muda como esse fator entra. Onde existe manutenção corretiva ágil, com substituição pontual assim que a falha ocorre, o LSF pode ser tomado próximo de um, porque a falha não permanece degradando o nível médio da via. Onde a substituição só ocorre em campanha programada ao fim do período, o LSF precisa entrar cheio no produto. É um dos poucos termos do fm que depende de contrato, não de produto.

LMF: sujeira

A CIE 154 fornece tabelas de LMF em função do grau de proteção do compartimento óptico, da categoria de poluição do ambiente e do intervalo de limpeza. Num ambiente de poluição alta, um compartimento IP6X com limpeza anual fica em 0,91 e cai para 0,83 quando a limpeza passa a trienal. O mesmo intervalo de três anos num compartimento IP2X despenca para 0,42, o que mostra o quanto a vedação óptica pesa nesse termo, bem mais do que a frequência da limpeza.

Existe uma ressalva importante nessas tabelas. Elas foram construídas na época das luminárias de descarga, com compartimento ventilado. É comum o argumento de que seriam conservadoras demais para um produto LED selado IP66. O dado de campo não confirma isso com o conforto que o argumento sugere: um estudo do PNNL publicado em 2019, acompanhando luminárias LED em três cidades americanas com climas distintos, concluiu que a alegação genérica de menor depreciação por sujeira em luminárias LED não foi sustentada pelos dados de ensaio daqueles projetos. O mesmo trabalho observou algo que o cálculo de fluxo total esconde, que é a sujeira alterar a distribuição de intensidade de forma desigual, com perdas acima de 25% em ângulos de pico. Isso degrada uniformidade antes de degradar a média, e uniformidade costuma ser o critério que reprova primeiro.

Essa observação tem uma consequência incômoda para o cálculo. O fm entra na simulação como multiplicador escalar sobre a malha inteira de pontos, o que significa que ele rebaixa a iluminância média e a mínima exatamente na mesma proporção e deixa a uniformidade calculada intacta. Um projeto com Uo de 0,42 no papel continua com 0,42 depois de aplicado qualquer fm. Só que a depreciação real por sujeira não é escalar, ela é angularmente desigual, e concentra perda onde a intensidade é máxima, que é o ponto do feixe responsável por sustentar o mínimo entre luminárias. O modelo esconde justamente o efeito que reprova a instalação primeiro, e nenhuma escolha de fm corrige isso, porque o problema está na forma como o fator é aplicado, não no valor dele.

Para via brasileira há ainda fatores que as tabelas europeias não modelam: maresia formando filme salino no litoral, poeira agrícola e de solo exposto no interior, e o acúmulo de insetos e dejetos de aves, que em algumas instalações é o mecanismo dominante de perda óptica e não aparece em nenhuma categoria de poluição da CIE.

Dimerização e CLO

A pergunta que aparece sempre que o projeto prevê telegestão é se dá para elevar o fm assumindo que a luminária vai operar dimerizada boa parte da noite. O mecanismo físico existe e é real: corrente de acionamento menor significa menos potência dissipada, temperatura de junção mais baixa e, por Arrhenius, depreciação mais lenta. Documentação de fabricante de LED mostra o efeito com clareza, com projeções de vida que crescem várias vezes quando a corrente cai de 700 para 350 miliampères. Vale a ressalva de que esse dado é de uma família específica de LED, e a própria fabricante registra que a dominância entre corrente e temperatura muda de produto para produto, então a regra não é transferível sem consultar o LM-80 do componente em questão. As revisões de 2019 e 2021 do TM-21 inclusive incorporaram modos de interpolação por corrente de acionamento e por corrente e temperatura simultâneas, justamente para permitir obter uma constante de decaimento correspondente a cada patamar de operação, sempre dentro da faixa efetivamente ensaiada.

O erro de projeto começa quando esse ganho é transferido para o fm do dimensionamento em plena potência. São dois efeitos distintos que a norma trata separadamente. O nível de luz durante a dimerização é questão de conformidade horária, e tanto a EN 13201 quanto a prática de reclassificação por horário exigem que a classe aplicável em cada patamar seja atendida como valor mantido naquele patamar. A depreciação de longo prazo é questão de LLMF. Embutir o ganho da dimerização no fator usado para dimensionar o pior caso é contar o mesmo benefício duas vezes, e o resultado é uma via subdimensionada exatamente no horário em que ela opera em potência plena, que é o horário de maior tráfego.

Há ainda dois complicadores práticos. A dimerização quase nunca cobre a noite inteira, ela segue um perfil, o que significa que o ganho de LLMF é uma média ponderada por horas em cada nível. Não existe procedimento normativo consolidado que entregue esse LLMF equivalente pronto: a abordagem correta passa por converter cada patamar em horas equivalentes através de um fator de aceleração e somar as frações, o que é engenharia fundamentada, não um método de norma com passo a passo publicado. E dimerizar não reduz a temperatura ambiente nem interrompe o envelhecimento por calendário da vedação e da óptica, que corre por radiação ultravioleta, umidade e ciclagem térmica diária, independentemente de quantas horas o LED ficou aceso e em que corrente.

O caminho que de fato sustenta um fm alto é outro: o CLO, ou fluxo luminoso constante. O driver é programado para elevar a corrente ao longo da vida na medida exata da depreciação, mantendo o fluxo de saída estável. Com CLO validado, o LLMF planejado tende a um dentro do período nominal, e o fm passa a depender apenas de sujeira e sobrevivência. Um exemplo de fabricante ilustra o salto: descontado o RSMF, que não vale para via, a mesma composição que dá 0,75 com L80 chega a 0,94 com CLO, sem mudar mais nada. O custo aparece na conta de energia, porque a potência cresce ao longo dos anos, e existe fator específico para contabilizar isso no cálculo de consumo. Além do fim da vida nominal a compensação se esgota e a depreciação volta a aparecer.

Três cenários, o mesmo produto

Vale ver o que essa composição faz na prática com uma única luminária, mudando só as premissas ao redor dela. Um cuidado antecede a conta: os três fatores precisam ser avaliados no mesmo instante. Multiplicar um LLMF de 50.000 horas por um LSF calculado para cinco anos e por um LMF de intervalo trienal produz um número que não corresponde a momento nenhum da vida da instalação, e é um erro fácil de cometer porque cada fator costuma chegar expresso na unidade de tempo que é conveniente para quem o forneceu.

No primeiro cenário, produto declarado L80 a 50.000 horas, período de projeto igual à vida nominal, driver de MTBF de 750.000 horas, compartimento IP66 em via urbana de tráfego intenso, classificada como poluição alta, com limpeza a cada três anos. Os três fatores avaliados nas mesmas 50.000 horas:

No segundo, o mesmo produto avaliado num horizonte mais curto. Com a constante de decaimento que produz L80 em 50.000 horas, o L90 dessa mesma curva cai em 23.600 horas. Mantendo a poluição alta mas com limpeza anual, e recalculando o LSF para esse horizonte menor:

No terceiro, o produto com CLO validado, de volta às 50.000 horas, com limpeza a cada dois anos em vez de três. O LLMF passa a um:

O intervalo entre 0,62 e 0,82 saiu da mesma luminária. Nenhum dos três é errado, e nenhum é transferível para os outros dois contextos. É por isso que perguntar qual é o fm de uma luminária é uma pergunta mal formulada: o fm é da instalação, do ambiente e do contrato de manutenção, com a luminária entrando como apenas um dos três fatores.

O que esse número custa no projeto

A potência instalada e a quantidade de pontos escalam aproximadamente com o inverso do fm. Sair de 0,70 para 0,85 reduz a necessidade em torno de dezoito por cento, o que numa via longa é a diferença entre orçamentos que não se parecem.

Esse é o ponto de atenção comercial mais importante do assunto: em concorrência, a proposta que adota o fm mais otimista aparenta resolver a via com menos produto e menos potência, e vence uma comparação que nunca foi feita em igualdade de condições. Antes de comparar propostas de fornecedores diferentes, o fm precisa ser normalizado, ou a análise está comparando premissas em vez de comparar produtos.

Há ainda uma tensão que aparece quando se leva a composição a sério. A NBR determina que a manutenção ocorra quando a iluminância média atinge 70% do valor inicial. Um fm de 0,62 significa projetar assumindo que a instalação vai terminar o período em 62% do inicial, ou seja, planejando operar abaixo do gatilho de intervenção da própria norma durante uma parte do ciclo. As duas coisas não fecham ao mesmo tempo: ou o período de projeto termina antes de cruzar os 70%, ou a manutenção precisa acontecer no meio dele, e nesse caso o fm relevante para o dimensionamento é o do subperíodo até a intervenção, não o do ciclo inteiro. Vale decidir isso explicitamente em vez de deixar a incoerência calada no memorial.

O outro lado dessa moeda é contratual. Um fm alto assumido sem plano de limpeza contratado e sem manutenção corretiva ágil é uma premissa que não se realiza, e o desvio só aparece anos depois, quando a via está fora de norma e ninguém consegue apontar o que quebrou. Em modelos de concessão e PPP isso é menos frágil, porque quem dimensiona também opera e é remunerado por desempenho medido, o que alinha o incentivo. Em obra pontual com projeto de terceiro e manutenção de quarto, o fm otimista é o risco que fica órfão.

Fecha aí o ciclo do número digitado por hábito. O 0,80 automático não está errado por ser 0,80, ele pode até coincidir com a composição correta de um caso específico. O problema é que, do jeito que costuma ser adotado, ele não sabe qual é a vida declarada do produto, nem a temperatura de campo, nem o intervalo de limpeza, nem se existe alguém contratado para limpar. Compor os três fatores separadamente leva alguns minutos e produz um número que resiste a questionamento, com a vantagem lateral de deixar explícito quais premissas do projeto dependem de coisas que acontecem depois da inauguração.

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