LED ?

    O LED é o que há de mais avançado na tecnologia iluminação. Da mesma natureza dos chips de computadores, o LED rapidamente está suplantando as lâmpadas incandescentes e fluorescentes (integrante da grande família de lâmpadas de descarga de gás). Apesar de ser cinquentenária, a tecnologia LED para iluminação só amadureceu ao final da última década, chegando rapidamente ao ponto de competir e aposentar em poucos anos as tecnologias de iluminação atuais. L.E.D (do inglês), é a abreviatura para “diodo emissor de luz”. O primeiro LED de luz visível foi inventado em um laboratório da GE (EUA), em 1962, por Nick Holonyak Jr., e emitia luz vermelha. Com o passar dos anos, novas descobertas levaram à invenção de LEDs que cobriam individualmente todas as lacunas do espectro (cores) da luz visível. A última delas, em um laboratório da Nichia (Japão), no início dos anos 90, por Shuji Nakamura, propiciou a invenção do LED azul (a última cor do espectro visível que faltava cobrir) que, por consequência, abriu as portas para a invenção do LED branco que está revolucionando todo o setor mundial de iluminação.

Aplicação dos LEDs

    Basicamente, as áreas de maior emprego dos LEDs são:

   Sinalização – começaram a ser utilizados no final dos anos 60 como lâmpadas piloto nos equipamentos eletrônicos, sinalizando o status de algumas funções. Produzindo, inicialmente, apenas luz vermelha, a sua robustez (de estado sólido) e a sua característica de alta confiabilidade em falhas, chamaram a atenção e os tornaram os dispositivos padrão da indústria. Hoje são empregados nos gigantescos painéis de LEDs dos outdoors e estádios;




   Iluminação – o final desta última década marcou o nascimento da revolução dos LEDs brancos na iluminação. Os jogos olímpicos de Pequim (2008) e de Londres (2012) foram as vitrines globais para esta nova tecnologia. A copa do mundo de futebol (2014) irá definitivamente marcar a supremacia desta tecnologia frente as demais. Encontrados nas mais variadas formas, ângulos, eficiências, potências e tons de branco, o LED branco parece não ter limites de aplicações.


                                    Centro Aquático cubo d'agua (Pequim - China)                     Estádio Olimpico de Londres (Inglaterra)

O LED branco e os coloridos

    LED colorido – individualmente, o cristal semicondutor do LED emite luz monocromática, mas com modelos disponíveis em todo o espectro da luz visível. Um mesmo encapsulamento (invólucro) pode conter mais de um cristal emissor (2 ou 3) permitindo a geração de combinações de cores que varram todo o espectro de luz visível ao olho humano.



   LED branco – a luz branca pode ser obtida de várias formas: através da associação de 3 LEDs, vermelho, verde e azul (as cores primárias), individualmente calibrados na intensidade correta. Outra forma é o uso do LED azul recoberto por uma camada de fósforo amarelo, corretamente ponderada.



    Uma evolução deste último, é o LED azul recoberto por uma camada de misturas de fósforos que geram as cores verde e vermelha. Este último processo gera uma luz branca que alcança uma maior fidelidade na reprodução das cores. A luz branca possui diferentes tons, mais puxado para o amarelo avermelhado ou mais puxado para o azul-ciano. A grandeza que qualifica estes diferentes tons de branco é chamada de temperatura correlata de cor (CCT) ou, simplesmente, temperatura de cor (TC), expressa em Kelvin (K).


Eficiência energética

    O LED branco faz muito mais com muito menos. Com a mesma quantidade de energia, uma lâmpada LED produz muito mais fluxo luminoso (a quantidade total de luz produzida por uma lâmpada é conhecida como fluxo luminoso e é expressa na unidade lúmen (lm) o mesmo que uma lâmpada incandescente. Diz-se, então, que o LED é mais eficiente. Para expressar a eficiência de uma lâmpada, mede-se quantos lúmens são produzidos para cada unidade deWatt (W) empregada, expresso em lúmen por Watt, ou lm/W.

Vale a pena mudar ?

    Falando apenas no ganho econômico, a adoção de soluções LED é imediatamente percebida na conta de energia. O desperdício de energia dos sistemas luminosos convencionais consomem recursos naturais limitados e não renováveis do Planeta, além de deixar uma partilha de milhões de toneladas de lixo industrial e tecnológico de difícil e penosa reciclagem para ser gerido pelas próximas gerações. As lâmpadas de descarga de gás invariavelmente utilizam metais pesados no seu ciclo de funcionamento, material este que, se mal descartado ao final da vida útil, irá indubitavelmente envenenar o solo e, por fim, alcançar os lençóis freáticos e toda a cadeia alimentar. Os metais pesados são cumulativos e não biocompatíveis, ou seja, não são eliminados pelo nosso organismo (ou qualquer organismo animal). O acúmulo destes metais acima de determinados níveis de segurança acarretam dezenas de disfunções orgânicas, demências e más formações congênitas. Os números oscilam, mas ao redor de 25% da energia produzida no país é destinada a iluminação artificial. Reduções racionais de algumas unidades deste índice se traduzem na postergação ou eliminação da necessidade de construção de novas usinas de grande porte de geração de eletricidade. Também significa a eliminação da emissão anual de alguns milhões de toneladas de CO2, reduzindo o incremento do fator de aprisionamento atmosférico de calor (efeito estufa).

Por que trocar para o LED ?


Respeito ambiental e economia

  Alta eficiência energética: redução imediata do consumo de energia;

  Baixa emissão de infravermelho: não acrescenta carga térmica aos ACs;

  Alto índice de reciclagem: alumínio, latão, estanho e plásticos de engenharia;

  Não emprega gases especiais ou nobres: riscos de vazamentos;

  Não emprega metais pesados tóxicos: riscos no descarte incorreto;

  Redução em cobre: menor necessidade de cobre nos fios das instalações

   

Saúde

  Emissão nula de ultravioleta: não mancha a pele ou destrói obras de arte.

 

Conforto

  Baixa emissão de infravermelho: não aquece o ponto focal;

  Baixo índice de dispersão: ilumina o que deve ser iluminado.

Segurança

  Alta segurança: lâmpadas de ampola podem, ocasionalmente, explodir;

  Segurança em piscinas e saunas: pode funcionar em baixas tensões como 12V;

  Riscos de queimadura: operam em temperaturas mais baixas.


Versatilidade

  Temperatura de cor: versões desde branco quente (3kK) até branco frio (6kK);

  Cores variadas: versões em cores fixas ou variáveis (RGB);

  Design versátil: há uma versão LED para cada modelo convencional;

  Design inovador: novos desenhos como fitas, mangueiras, micropingentes;

  Ângulos focais diversos tais como 15°, 30°, 60°, 110°, entre outros.

  

Desempenho

  Baixo índice de aprisionamento: eficiente mesmo quando associado à luminárias;

  Tensão de operação elástica na rede elétrica: de 80 a 260Vca (conforme modelo);

  Alto FP: alto fator de potência, maior que 0,92 (conforme modelo);

  Start instantâneo: fluxo luminoso integral no segundo da ativação;

  Restart imediato: fluxo luminoso nominal no segundo da reativação;

  Vida útil superior: após 30.000 horas de uso, 80% da iluminância nominal;

  Baixa demanda de manutenção: confiabilidade e vida útil superior;

  Dimerização: alguns modelos permitem o controle da intensidade da luz e potência;

  Alto IRC (CRI): podem alcançar índices de reprodução de cores superiores a 80%.


Robustez

  Imunidade à vibração: o LED é sólido, sem ampolas de quartzo com gás pressurizado;

  Maior rigidez a choques: o LED não emprega vidros, quartzos ou outros frágeis;

  Estabilidade térmica: iluminância estável nas várias temperaturas de operação.


Evolução tecnológica

  As lâmpadas elétricas disponíveis hoje no mercado são fruto de uma intensa corrida tecnológica atrás de custos de aquisição e de operação mais competitivos, da melhor eficiência, da melhor qualidade e bem estar proporcionados pela luz, da maior durabilidade, da melhor robustez, entre outros preceitos. São mais de 130 anos de competição e inovação para entregar o melhor produto:

  Incandescentes – ao redor de 1880 iniciaram-se as vendas dos primitivos modelos de lâmpadas incandescentes, na época com filamentos de carbono. Mais de uma dezena de cientistas e inventores, muitos amadores, individualmente contribuíram para a formação da tecnologia hoje atribuída unicamente a Thomas Edison (Edison foi tão excepcional empreendedor quanto inventor). O entrave inicial para a difusão deste novo meio de iluminação artificial foi a falta de geração e distribuição de energia elétrica que, por si só, já era uma novidade tecnológica. A revolução final desta tecnologia ocorreu com a substituição do filamento de carbono por um filamento metálico de tungstênio, nos primeiros anos de 1900, e o preenchimento do vácuo da ampola de vidro por gás inerte. Nos mais de cem anos seguintes, pouca evolução teve esta tecnologia. O princípio da geração de luz em uma lâmpada incandescente é trivial: a circulação de corrente elétrica através do filamento é refreada pela resistência elétrica do mesmo. O resultado deste atrito é um efeito térmico que arremessa a temperatura do filamento para ordem dos 2.500°C, em direção a incandescência, logo abaixo da temperatura de derretimento. Apenas 2,5% da energia elétrica aplicada é convertido em luz visível. Os fabricantes padronizaram os processos de industrialização destas lâmpadas para que as mesmas atingissem uma vida útil mediana não superior a 1.000h. Praticamente todos os países estão (ou já o fizeram) proibindo a fabricação e comercialização destas lâmpadas.

  Halógenas – uma variante melhorada da tecnologia incandescente são as lâmpadas halógenas, que levam este nome pois descobriu-se que o acréscimo de iodo (ou outro elemento químico da família dos halogêneos) junto a atmosfera interna das lâmpadas dobrava da vida útil das mesmas e permitia um acréscimo de 300°C na temperatura de operação do filamento o que, por conseguinte, aumentava a eficiência das lâmpadas e a temperatura de cor, deixando-as menos amareladas. Arquitetos gostam muito do rendimento de cores e do brilho intenso e direcional que esta tecnologia proporciona. Um pouco melhor que as incandescentes regulares, as halógenas convertem 3,5% da energia elétrica em luz visível. O padrão de vida útil mediana é de 2.000h.

  Fluorescentes – ao final de 1930, o mercado foi presenteado por uma nova maneira de se fazer luz: a tecnologia de lâmpadas fluorescentes. Hoje ela é apenas mais uma das várias tecnologias existentes na grande família de lâmpadas de descarga de gás. Mais eficientes, brilho mais suave, com operação mais fria e com temperaturas de cor variadas e mais elevadas, as fluorescentes facilmente tornaram-se , à época, o meio mais eficiente de se produzir luz. Há centenas de modelos com variações de formatos e conexão, de gases, de fósforos, de metais, de mecanismos de operação, de métodos de arranque, entre outros. As fluorescentes tem aplicação direta na área industrial e doméstica. No primeira etapa do seu ciclo de funcionamento, a camada de fósforo que reveste internamente as paredes de vidro das lâmpadas é bombardeada por radiação ultravioleta (UV) decorrente da circulação de corrente elétrica através do gás impregnado com partículas metálicas (geralmente mercúrio) em suspensão. Na segunda etapa do ciclo, a absorção do UV pelo fósforo faz com que o mesmo reaja e reemita radiação, desta vez na frequência da luz visível. Contra esta tecnologia, vários artigos médicos levantam questões sobre a geração e vazamento de UV durante todo o ciclo de vida de uma lâmpada fluorescente, inclusive há a recomendação dermatológica de que nos ambientes de escritório, fartamente iluminados com lâmpadas fluorescentes, seja feito o uso diário de cremes com protetor solar. Mais eficientes que as incandescentes em geral, as fluorescente convertem 9% (T12 de reator magnético) da energia elétrica aplicada em luz visível. Possuem vida útil mediana ao redor das 6.000h mas modelos mais caros podem ultrapassar as 12.000h.
    LED- O modo como o LED converte energia elétrica em luz é bem mais complexo de ser explicado. É preciso falar de física quântica e química atômica. O processo de geração de luz pela circulação de corrente elétrica através de um diodo semicondutor (e o LED é um) é chamado de eletroluminescência.

Partimos do fato que ao atingir um núcleo atômico, o fóton (a unidade básica da luz) é absorvido pelo mesmo que assume um novo e mais elevado nível de energia. Este átomo excitado irá contrabalançar o ganho de energia ascendendo de eletrosfera um dos seus elétrons, encontrando, assim, um novo estado de equilíbrio. Este novo estado de energia não é natural e ele dura pouco. Subitamente o elétron decai para a sua eletrosfera original enquanto que o núcleo cospe (gera) um fóton novo (onda eletromagnética). Desta forma, o átomo retorna ao seu estado estável de energia. Através das informações do parágrafo acima, pode-se fazer uma analogia de como ocorre a eletroluminescência em um LED. Se for aplicado um campo elétrico numa junção P-N de modo que se estabeleça um fluxo de corrente elétrica (de polarização direta, fluindo de N para P), elétrons livres da região N cruzarão para a região P e ocuparão as suas lacunas. Este decaimento energético de elétrons de estado livre (mais energéticos, na região N) para elétrons de valência ( menos energéticos, na região P), ocupando as lacunas presentes nesta região, é chamado de recombinação. Pelo princípio da conservação de energia, o excedente de energia do elétron recombinado faz com que o átomo receptor excitado (o da lacuna preenchida), a procura do estado anterior de estabilidade, emita um fóton, que nada mais é que a luz produzida por um LED.
    Através das informações do parágrafo acima, pode-se fazer uma analogia de como ocorre a eletroluminescência em um LED. Se for aplicado um campo elétrico numa junção P-N de modo que se estabeleça um fluxo de corrente elétrica (de polarização direta, fluindo de N para P), elétrons livres da região N cruzarão para a região P e ocuparão as suas lacunas. Este decaimento energético de elétrons de estado livre (mais energéticos, na região N) para elétrons de valência ( menos energéticos, na região P), ocupando as lacunas presentes nesta região, é chamado de recombinação. Pelo princípio da conservação de energia, o excedente de energia do elétron recombinado faz com que o átomo receptor excitado (o da lacuna preenchida), a procura do estado anterior de estabilidade, emita um fóton, que nada mais é que a luz produzida por um LED.

Resumindo, um elétron livre, impulsionado por um campo elétrico, ao se deparar com uma lacuna de uma camada de valência, assume a posição da mesma gerando um aumento da energia do átomo receptor. Este átomo excitado, na direção de retornar ao seu estado anterior de estabilidade, de menor energia, emite um fóton: a luz do LED.

    A mais eficiente e promissora das tecnologias de iluminação, entre as atuais, o LED branco padrão, de uso geral, em 2012 trabalhavam com eficiência ao redor dos 80lm/W, convertendo ao redor de 12% da energira aplicada em luz visível. O conceito de vida útil para os LEDs teve que ser revisto pois, como são de estado sólido, o LED não queima. O mercado está utilizando como fator equivalente de vida útil mediana quando o fluxo luminoso do LED decai para 70% do fluxo original. Por este conceito, a vida útil mediana dos LEDs gira ao redor das 50.000h.
Fonte: Engenharia Magic Lighting