UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Daiane Babireski dos Santos UMA ANÁLISE COMPARATIVA DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE LÂMPADAS LED E FLUORESCENTES APLICADAS A AMBIENTES INTERNOS CURITIBA 2014

2 Daiane Babireski dos Santos UMA ANÁLISE COMPARATIVA DA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE LÂMPADAS LED E FLUORESCENTES APLICADAS A AMBIENTES INTERNOS Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica, Departamento de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná. Orientador: Prof. M.Sc. Mateus Duarte Teixeira CURITIBA 2014

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4 RESUMO Este trabalho compara a eficiência de lâmpadas empregadas em iluminação de interiores, principalmente as lâmpadas LED e as lâmpadas fluorescentes. São explicados alguns conceitos de luminotécnica e normas que regem o assunto. Também são abordados os principais tipos de lâmpadas existentes no mercado e seu uso. Assim como o princípio de funcionamento e o futuro da tecnologia LED. A tecnologia LED aplicada à iluminação é recente no mercado, mas já é vista como a fonte luminosa com maior eficiência energética e a mais promissora. Nesse sentido, vários projetos de iluminação estão trocando as tecnologias existentes por iluminação LED, visando economia de energia e menor custo de manutenção destes sistemas. O que se percebe, no entanto, é que não tem muitos estudos aprofundados quanto aos resultados efetivos da superioridade do LED para ambientes internos. Por este motivo o objetivo deste estudo é comparar a eficiência energética de lâmpadas por meio de ensaios laboratoriais. Para isso foram realizados testes em laboratório na esfera integradora de Ulbricht e no Goniofotômetro. O trabalho é concluído com os resultados de dois projetos luminotécnicos, sendo um de uma residência e o outro de uma sala comercial, nos quais foram usados os dados obtidos em laboratório. Palavras-chave:. Iluminação; Lâmpada LED; Lâmpadas Fluorescente; Eficiência energética.

5 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 ESPECTRO VISÍVEL... 12 FIGURA 2 ILUMINÂNCIA... 14 FIGURA 3 LUMINÂNCIA... 15 FIGURA 4 TEMPERATURA CORRELATA DE COR.... 17 FIGURA 5 SELO PROCEL ELETROBRAS... 22 FIGURA 6 ETIQUETA PARA LÂMPADAS... 22 FIGURA 7 LÂMPADA INCANDESCENTE... 25 FIGURA 8 LÂMPADAS INCANDESCENTES HALÓGENAS... 26 FIGURA 9 LÂMPADAS FLUORESCENTES... 27 FIGURA 10 LÂMPADA FLUORESCENTE COMPACTA... 28 FIGURA 11 EXEMPLOS DE LUMINÁRIAS PARA USO INTERNO... 29 FIGURA 12 EXEMPLOS DE LUMINÁRIAS PARA USO EXTERNO... 30 FIGURA 13 TIPOS DE LED... 34 FIGURA 14 MODO DE PRODUÇÃO DE LUZ NO LED... 35 FIGURA 15 LENTES COLIMADORAS PARA LED... 37 FIGURA 16 LUSTRE SKYPHOS 1 DA CHECA KATEŘINA SMOLÍKOVÁ... 38 FIGURA 17 MERCADO DE RECEITAS LED ATÉ 2018... 41 FIGURA 18 AMOSTRAS DE LÂMPADAS LED TESTADAS... 45 FIGURA 19 AMOSTRAS DE LÂMPADAS FLUORESCENTES COMPACTAS E INCANDESCENTES TESTADAS.... 45 FIGURA 20 LÂMPADA NA ESFERA DE ULBRICHT... 46 FIGURA 21 AMOSTRA DE LÂMPADAS LIGADAS PARA MEDIÇÕES.... 46 FIGURA 22 GRÁFICOS DE EFICIÊNCIA E FLUXO LUMINOSO PARA LÂMPADAS FLC, LED E INCANDESCENTE... 48 FIGURA 23 GRÁFICOS DE EFICIÊNCIA E FLUXO LUMINOSO PARA LÂMPADAS TUBULARES... 48 FIGURA 24 GRÁFICO DO FATOR DE POTÊNCIA DAS AMOSTRAS FLC, LED E INCANDESCENTE... 49 FIGURA 25 GRÁFICO DISTORÇÃO HARMÔNICA TOTAL DAS AMOSTRAS FLC, LED E INCANDESCENTE... 49 FIGURA 26 LÂMPADA NO GONIOFOTÔMETRO... 53 FIGURA 27 PLANTA BAIXA DE UMA RESIDÊNCIA... 59 FIGURA 28 FATOR DE UTILIZAÇÃO DE LUMINÁRIA DE EMBUTIR PARA LÂMPADA FLC... 60 FIGURA 29 PLANTA BAIXA DE UMA SALA COMERCIAL... 64 FIGURA 30 FATOR DE UTILIZAÇÃO DE LUMINÁRIA DE SOBREPOR PARA LÂMPADA TUBULAR... 65

6 LISTA DE TABELAS TABELA 1 ALGUNS TIPOS DE AMBIENTES COM A ESPECIFICAÇÃO DA ILUMINÂNCIA, LIMITAÇÃO DE OFUSCAMENTO E QUALIDADE DE COR DA NORMA NBR ISO/CIE 8995... 19 TABELA 2 VALORES DE ILUMINÂNCIA NO ENTORNO IMEDIATO... 21 TABELA 3 EFICIÊNCIAS LUMINOSAS MÍNIMAS PARA CONCESSÃO DE SELO PROCEL ELETROBRAS... 23 TABELA 4 - CARACTERÍSTICAS DAS PRINCIPAIS LÂMPADAS... 32 TABELA 5 AMOSTRAS DE LÂMPADAS TESTADAS... 44 TABELA 6 VALORES OBTIDOS EM LABORATÓRIO NA ESFERA DE ULBRICHT... 47 TABELA 7 DADOS DOS FABRICANTES E CUSTO DAS AMOSTRAS... 50 TABELA 8 VARIAÇÕES ENTRE VALORES MEDIDOS E DADOS DOS FABRICANTES... 51 TABELA 9 CURVAS DE INTENSIDADE LUMINOSA OBTIDAS EM GONIOFOTÔMETRO... 54 TABELA 10 ESPECTRO E ÍNDICE DE REPRODUÇÃO DE COR.... 55 TABELA 11 CÁLCULO DO FLUXO TOTAL... 61 TABELA 12 QUANTIDADES DE LÂMPADAS NECESSÁRIAS PARA CADA MODELO.... 62 TABELA 13 CUSTO DE AQUISIÇÃO DAS LÂMPADAS.... 62 TABELA 14 CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA EM UM ANO... 63 TABELA 15 CUSTO TOTAL DO SISTEMA DE ILUMINAÇÃO PARA 22 ANOS... 64 TABELA 16 CÁLCULO DO FLUXO TOTAL (LÂMPADAS TUBULARES)... 66 TABELA 17 QUANTIDADES DE LÂMPADAS TUBULARES NECESSÁRIAS... 66 TABELA 18 CUSTO DA ENERGIA ELÉTRICA EM UM ANO (LÂMPADAS TUBULARES)... 66

7 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 9 1.1 OBJETIVOS... 11 1.1.1 Objetivo Geral... 11 1.1.2 Objetivos Específicos... 11 2 NOÇÕES DE LUMINOTÉCNICA... 11 2.1 CONCEITOS LUMINOTÉCNICOS... 13 2.2 NORMAS TÉCNICAS... 18 2.3 SELO PROCEL... 21 2.3.1 Selo Procel para lâmpadas fluorescentes compactas com reator integrado 22 3 TIPOS DE LÂMPADAS... 24 3.1 LÂMPADAS INCANDESCENTES... 24 3.1.1 Lâmpadas incandescentes tradicionais... 24 3.1.2 Lâmpadas incandescentes halógenas... 25 3.2 LÂMPADAS DE DESCARGA... 26 3.2.1 Lâmpadas fluorescentes... 27 3.3 EQUIPAMENTOS AUXILIARES... 29 3.4 COMPARAÇÃO ENTRE AS LÂMPADAS... 32 3.4.1 Características gerais das lâmpadas... 32 4 TECNOLOGIA LED... 33 4.1 DIODO EMISSOR DE LUZ... 33 4.2 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO... 34 4.3 O USO DO LED PARA A ILUMINAÇÃO... 37 4.4 FUTURO DA TECNOLOGIA LED... 41 4.5 DESCARTE DE RESÍDUOS... 42 5 ESTUDO COMPARATIVO... 43 5.1 TESTES NA ESFERA INTEGRADORA DE ULBRICHT... 45 5.2 TESTE NO GONIOFOTÔMETRO... 52 5.2.1 Curvas de distribuição da intensidade luminosa... 53 5.2.2 Ensaio de espectro... 55 6 PROJETOS... 58

8 6.1 PROJETO RESIDENCIAL... 58 6.2 PROJETO DE SALA COMERCIAL... 64 7 CONCLUSÕES... 67 8 REFERÊNCIAS... 69 9 ANEXOS... 73

9 1 INTRODUÇÃO A luz é um elemento indispensável para nossas vidas e uma boa iluminação é uma necessidade de nossa sociedade. A luz natural sempre foi a principal fonte de iluminação na arquitetura e após mais de um século desde o invento da primeira lâmpada a iluminação artificial é inseparável das edificações. A luz artificial tem sido responsável por grandes mudanças em nossa sociedade, com ela podemos estender nosso período de produtividade o que impacta diretamente na economia e também prolonga nosso período de lazer. A iluminação artificial esta presente em nossas casas, trabalhos, parques, ruas e diversos ambientes que frequentamos, é indispensável a nossa segurança na prevenção de acidentes e inibição contra o crime. Uma boa iluminação proporciona o aumento da produtividade e tem efeito positivo no bem estar das pessoas envolvidas no processo de produção. Proporciona conforto, auxilia na decoração e estimula atividades físicas. Em um ambiente corretamente iluminado há menor incidência de erros, menor fadiga, melhor conforto visual, redução de problemas com a visão, melhor desempenho visual das atividades e boa reprodução de cores. Na iluminação a quantidade de luz é decisiva, tanto no que diz respeito ao desempenho das atividades como na influência que exerce no estado emocional dos seres humanos. Projetos luminotécnicos devem considerar as boas condições de visibilidade, reprodução de cores, economia de energia, manutenção, custo entre outros. No entanto, empregar luz artificial com eficiência não é algo tão simples. Conceitos importantes como uniformidade da iluminação, quantidade de luz e ofuscamento devem ser considerados uma vez que a iluminação é para o bem estar das pessoas não somente um complemento de decoração. Ao longo dos anos as tecnologias de sistemas de iluminação se desenvolveram bastante e hoje temos diversas opções de equipamentos com diversas finalidades para empregar nesta área. No Brasil a iluminação artificial representa aproximadamente 20% de energia elétrica consumida no país. Destes cerca de 20% do consumo esta no setor residencial e mais de 40% da energia elétrica é consumida pelo setor de comércio e

10 serviços [1]. Segundo a Eletrobrás a iluminação pública no Brasil corresponde a aproximadamente 4,5% da demanda nacional. Isso equivale a uma demanda de 2,2 GW e a um consumo de 9,7 bilhões de kwh/ano [2]. Após a década de 70, com a crise de abastecimento do petróleo, o mundo viu sua grande dependência de energia e que sua falta traria um desaceleramento na economia. Com isso termos como eficiência energética, redução de consumo e escassez energia tornaram-se comuns e a busca por alternativas mais econômicas tornou-se uma prioridade para diversas aplicações. A eficiência em sistemas de iluminação esta associada às características técnicas e ao rendimento de um conjunto de elementos nos quais se destacam: as lâmpadas, luminárias, reatores, circuitos de controle, luz natural, cores das superfícies internas do ambiente, altura e mobiliário. A integração correta desses elementos resulta em ambientes iluminados adequadamente, com níveis elevados de conforto visual e consumo baixo de energia. Perdas de energia devido à iluminação ineficiente são enormes. Hoje ainda são usadas as lâmpadas incandescentes de baixa eficiência, principalmente em residências por seu baixo custo de aquisição. Muitas delas podem ser substituídas por fontes mais rentáveis assim como as lâmpadas de vapor de mercúrio que podem ser substituídas por lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão ou por tecnologias LED. Tecnologias empregando LED evoluíram muito nas ultimas décadas. A Iluminação com LED já vem sendo empregada em residências, salas comerciais e é uma grande candidata para substituir as lâmpadas existentes na iluminação pública, por diversos motivos dentre os quais vida útil maior, menor necessidade de manutenção, economia de energia o que proporciona redução de custos..

11 1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivo Geral O objetivo principal do trabalho é o estudo da eficiência energética por meio de ensaios laboratoriais de lâmpadas de LED comparadas a lâmpadas de descarga comumente empregadas para iluminação de interiores. 1.1.2 Objetivos Específicos Os seguintes objetivos são propostos neste trabalho: - Estudar sobre a tecnologia de iluminação LED; - Realizar ensaios luminotécnicos no Laboratório de luminotécnica do LACTEC; - Realizar projeto luminotécnico de uma instalação com iluminação LED; - Adquirir conhecimentos na área de eficiência energética, instalações elétricas prediais e luminotécnica; - Operar equipamentos de medição de qualidade de energia elétrica. 2 NOÇÕES DE LUMINOTÉCNICA Espectro Visível Para o estudo de iluminação é importante conhecer o espectro eletromagnético visível. O olho humano distingue a cor através do comprimento de onda emitido por cada uma delas no espectro visível (medido em nanômetros - nm) que é compreendido entre 780 nm, correspondente ao infravermelho, e 380 nm, do ultravioleta. Para cada comprimento de onda associa-se uma cor.

12 Figura 1 Espectro visível [1]. A sensação de cor está ligada aos comprimentos de onda das radiações. Diferentes comprimentos de onda (as diferentes cores) produzem diversas sensações de luminosidade, isto é, o olho humano não é igualmente sensível a todas as cores do espectro visível [3]. Ambiente Luminoso Segundo a NBR ISO/CIE 8995-1, a prática de uma boa iluminação para locais de trabalho é muito mais que apenas fornecer uma boa visualização da tarefa. É essencial que as tarefas sejam realizadas facilmente e com conforto. Desta maneira a iluminação deve satisfazer os aspectos quantitativos e qualitativos exigidos pelo ambiente. Em geral a iluminação assegura: - conforto visual, dando aos trabalhadores uma sensação de bem-estar; - desempenho visual; - segurança visual, ao olhar ao redor e detectar perigos. Uma iluminância adequada depende das características da tarefa a ser executada e do observador. As variáveis que compõem estas características são: a velocidade e precisão do trabalho a ser realizado, a idade dos usuários e a refletância do fundo da tarefa. Um bom projeto luminotécnico também deve levar em conta a cor da luz, seu rendimento, características de execução do teto, piso, paredes e outros objetos que possam influenciar.

13 A norma NBR ISO/CIE 8995-1 traz recomendações de níveis de iluminância para diferentes tipos de atividades. 2.1 CONCEITOS LUMINOTÉCNICOS Fluxo Luminoso (Φ) É a quantidade de energia radiante capaz e sensibilizar o olho humano. A unidade de medida do fluxo luminoso é o lúmen (lm), o qual representa a potência luminosa emitida por uma fonte de luz, por segundo, em todas as direções. Lúmen é a unidade de potência correspondente a 1/680 W emitidos no comprimento de onda 555 nm, no qual a sensibilidade do olho é máxima. Fluxo luminoso é medido em laboratório, com um aparelho chamado esfera integradora de Ulbricht. Eficiência luminosa (η) É a razão entre o fluxo emitido por uma fonte de luz e a potência elétrica consumida no processo. Sua unidade é o lúmen/w. η = Φ W Intensidade Luminosa (I) É a quantidade de luz que uma fonte luminosa emite em uma determinada direção, sua unidade é a candela (cd). É o quociente do fluxo luminoso que sai da fonte e se propaga em um elemento de ângulo sólido. I = Φ ω = Φ 4π

14 Iluminância (E) Também chamado de nível de iluminamento. É a razão entre o fluxo luminoso emitido por uma fonte incidindo sobre uma superfície por unidade de m 2, isto é, a quantidade de luz que está chegando a um ponto. Sua unidade é o lux (lx), que é medida por um aparelho chamado luxímetro. A norma NBR ISO/CIE 8995-1 determina como devem ser feitas as medições em ambientes internos para a determinação de sua iluminância média. E = Φ A Figura 2 Iluminância [4]. Uma fonte não emite uma distribuição uniforme, com isso a iluminância não é a mesma em todos os pontos do ambiente medido, portanto é considerada na pratica a iluminância média. Em condições normais, 20 lux de iluminância horizontal é a quantidade exigida para diferenciar as características da face humana, e é o menor valor considerado na norma NBR ISO/CIE 8995-1 para a escala de iluminância que varia de 20 a 5000 lux. Iluminância mantida É o valor abaixo do qual não convém que a iluminância média da superfície especificada seja reduzida.

15 Luminância (L) É a luz refletida pelo objeto observado e seu entorno na direção dos olhos do observador [1]. É a sensação de claridade provocada por uma fonte luminosa ou superfície iluminada. A luminância de uma superfície numa direção dada é a razão entre a intensidade luminosa naquela direção e sua superfície aparente (que é expressa por A x cosα). Sua unidade é candela /cm 2 ou candela / m 2 [5]. ou Onde: ρ = refletância; E = iluminância; L = ρ.e π L = I = Intensidade luminosa, em cd; A = área projetada, em m 2 ; α = ângulo considerado, em graus. I A. cosα Figura 3 Luminância [6]. A luminância será máxima quando o olho estiver na perpendicular da superfície luminosa. A luminância pode ser direta, no caso de superfícies iluminantes

16 e indireta no caso de superfícies iluminadas. A percepção da luz na realidade é a percepção de diferenças de luminâncias. As luminâncias de todas as superfícies são importantes e são determinadas pela refletância e pela iluminância nas superfícies. As faixas de refletâncias úteis para superfícies internas mais importantes são: Teto 0,6 0,9 Paredes 0,3 0,8 Planos de trabalho 0,2-0,6 Piso 0,1 0,5 [5] Ofuscamento É a sensação visual produzida por áreas brilhantes dentro do campo de visão, quando, por exemplo, as luminárias são muito claras em comparação à luminosidade do ambiente. O ofuscamento pode ser direto da fonte luminosa ou refletido por alguma superfície brilhante. No interior de locais de trabalho o ofuscamento desconfortável geralmente surge diretamente de luminárias ou janelas. E o ofuscamento pode ser evitado nos interiores com proteções que impeçam a visualização direta das lâmpadas. É importante limitar o ofuscamento aos usuários para prevenir erros, fadiga e acidentes. Temperatura correlata de cor (T) Este parâmetro foi definido para classificar a luz e sua unidade de medida é o Kelvin (K). É a característica que indica a aparência da cor da luz. As lâmpadas são divididas em três grupos, de acordo com suas temperaturas de cor correlata, quente, intermediária ou neutra e fria. Lâmpadas com temperatura de cor abaixo de 5800K (luz branca natural, produzida pelo sol a céu aberto ao meio dia) apresentam cor amarelada, como as incandescentes. Valores acima apresentam cor azulada.

17 Figura 4 Temperatura correlata de Cor [1]. Temperatura de cor elevadas (luz branca) estimulam a atividade física, pois despertam o ser humano e são aplicadas principalmente em ambientes como escritórios, cozinhas, oficinas, etc. Ambientes onde se deseja proporcionar conforto, como dormitórios, sala de estar e jantar a luz de tons mais quentes é aconselhável. Índice de Reprodução de Cor (IRC) Quando submetemos um objeto à luz artificial a percepção da cor pode ser alterada dependendo da luz que incide. A referência adotada é a luz de um dia de sol, céu aberto e no verão ao meio-dia. Está referencia é considerada como IRC de 100%, quanto mais próximo deste valor, mais fielmente as cores são reproduzidas [4]. Reprodução de cor é importante tanto para o desempenho visual quanto para a sensação de conforto e bem-estar que as cores do ambiente, dos objetos e da pele humana sejam reproduzidas natural e corretamente, e de modo que façam com que as pessoas tenham aparência atrativa e saudável [5]. As cores de segurança de acordo com a ABNT NBR ISO 3864-1:2013 devem sempre ser reconhecíveis e claramente discriminadas. Refletância (ρ) É a parte do fluxo luminoso que índice sobre uma superfície é absorvido, parte sofre refração e uma terceira parcela é refletida. A refletância é a relação entre o fluxo incidente sobre a superfície e o fluxo refletido. E refletância de uma superfície esta diretamente ligada a sua cor e material do qual a superfície é composta. A refletância de uma superfície é determinada pela seguinte equação:

18 ρ = Φ Φ 2.2 NORMAS TÉCNICAS O projeto luminotécnico de um ambiente requer muito mais que a instalação de lâmpadas e luminárias. É essencial que as tarefas, trabalhos ou lazer sejam realizados com facilidade e conforto visual, desta maneira a iluminação deve satisfazer os aspectos quantitativos e qualitativos exigidos pelo ambiente. Para cada atividade a ser executada existem os valores de iluminância médias mínimas estabelecidas para os serviços que necessitem de iluminação artificial em interiores, das mais diferentes atividades (comércio, indústria, ensino, esporte, entre outras) [5]. As principais normas aplicáveis para iluminação de interiores são: - ABNT NBR 5413: 1992 Iluminância de Interiores; - ABNT NBR 5382:1985 Verificação de iluminância de interiores; - ABNT NBR ISO/CIE 8995-1:2013 Iluminação de ambientes de trabalho Parte 1: Interior. A NBR 5413 foi usada como ferramenta básica por projetistas, mas já possuía mais de 20 anos desde sua última revisão e seus valores estavam bastante desatualizados. Em 2013 esta norma foi substituída pela norma ABNT NBR ISO/CIE 8995-1 que também cancelou e substituiu a NBR 5382. A nova norma da ABNT trata da iluminação de ambientes de trabalho (interior) e agora se torna parâmetro para aplicação técnica em projetos e padrão de avaliação de iluminância nos ambientes ocupacionais. Nesta norma foi levado em consideração não apenas o nível de iluminância, mas também o limite referente ao desconforto por ofuscamento e o índice de reprodução de cor mínimo da fonte para especificar os vários locais de trabalho e tipos de tarefas [5]. A norma define alguns critérios para o projeto de iluminação, mas não especifica como sistemas ou técnicas de iluminação devem ser projetados. O que a

19 norma define são os requisitos de iluminação para os locais de trabalho internos e os requisitos para se desenvolver os elementos visuais da tarefa a ser realizada. Ao todo 31 tipos de ambientes e atividades foram listados como, por exemplo, edificações, indústrias, subestações, restaurantes e hotéis, bibliotecas, estacionamentos, locais de assistência média, aeroportos, entre outros. Dos 31 itens, diversos tipos de salas e ambientes do local são listados. Apesar de a norma englobar vários itens, se a atividade ou tarefa não estiver na lista, convém que sejam adotados os valores dados para uma situação similar. A tabela 1 traz alguns exemplos citados na norma e os requisitos de iluminância mantida ( ), índice limite de ofuscamento unificado (UGR L ) e índice de reprodução de cor mínimo (R a ) para cada tipo de ambiente, tarefa ou atividade que será desenvolvida. Os valores de iluminância mantida são valores em lux, cujo os quais não convém que a iluminância média da superfície especificada seja reduzido. Tabela 1 Alguns tipos de ambientes com a especificação da iluminância, limitação de ofuscamento e qualidade de cor da norma NBR ISO/CIE 8995. Tipo de ambiente, tarefa ou atividade! " UGR L (lux) Escritórios Arquivamento, cópia, circulação, etc. 300 19 80 Escrever, teclar, ler processar dados 500 19 80 Desenho Técnico 750 16 80 Salas de reunião e conferência 500 19 80 Construções educacionais Salas de aula 300 19 80 Sala de aulas noturnas 500 19 80 Salas de arte e artesanato 500 19 80 Salas de esportes, ginásio e piscinas 300 22 80 Fonte: [5] Os maiores valores de iluminância recomendados são encontrados em ambientes de assistência médica, como nas salas de cavidade cirúrgica, branqueamento dos dentes, mesa de autopsia e mesa de dissecação com valores de iluminância mínimo de 5000 lux. Outros valores altos de iluminância são exigidos em relojoarias, fabricação de pedras preciosas e em oficinas eletrônicas com valores R a

20 de 1500 lux. Já em ambientes como estábulos, estacionamentos e salas de secagem são exigidos valores menores que 100 lux. O valor de ofuscamento desconfortável é calculado pelo método tabular do Índice de Ofuscamento Unificado da CIE (UGR - Unified Glare Rating). Os detalhes deste método são dados na CIE 117-1995. O valor de UGR é definido pela fórmula abaixo: #$% = 8.'()* 0,25 / 0.1 /2.3 4 2 5 onde / 0 é a luminância de fundo (cd/m 2 ); / 0 é a luminância da parte luminosa de cada luminária na direção do olho do observador (cd/m 2 ); 3 é o ângulo solido da parte luminosa de cada luminária ao olho do observador (esferorradiano); 4 é o índice de posição de Guth da cada luminária, individualmente relacionado ao seu deslocamento a partir da linha de visão. A escala UGR é: 13 16 19 22 25 28. Sendo que 13 representa o ofuscamento desconfortável menos perceptível [5]. O UGR leva em consideração as características fotométricas da luminária no ambiente instalado, as características de refletâncias (teto, parede e piso) e a proporção das dimensões do ambiente e do espaçamento das luminárias. Softwares gratuitos como DialLux, Relux, Radiance ou pagos como AGI32, Lumen Micro- Design, Rayfront entre outros realizam o cálculo do índice de ofuscamento. As tabelas UGR são fornecidas pelo fabricante de luminárias e incorporadas em programas de cálculo de iluminação. Nos exemplos da tabela 1, podemos notar que o índice de reprodução de cor mínimo exigido é 80 para os exemplos. Segundo a norma não é recomendável lâmpadas para áreas internas com R a inferior a 80 %. Áreas como túneis e alguns tipos de depósitos podem ter lâmpadas com R a de 20%. Mudanças drásticas nas iluminâncias podem gerar desconforto visual, isto é sair de uma área muito iluminada para uma com pouca luz ou vice-versa gera um

21 esforço visual. Por isso a norma também traz na tabela 2 valores mínimos de iluminâncias para o entorno imediato que é uma zona de raio mínimo de 50 cm ao redor da tarefa do campo de visão. Tabela 2 Valores de Iluminância no entorno imediato. Iluminância da tarefa (lux) Iluminância do entorno imediato (lux) 750 500 500 300 300 200 200 Mesma iluminância da área de tarefa Fonte: [5] Outro conceito importante é a uniformidade da distribuição da luz. Não é recomendado que a uniformidade de iluminância na tarefa tenha variações maiores que 30%, e no entorno imediato não deve ultrapassar a 50%. A norma NBR ISO/CIE 8995 que também substituiu a norma NBR 5382 descreve os procedimentos de verificação de iluminância de interiores e traz exemplos de como as áreas da tarefa podem ser definidas pelo projeto de iluminação, assim como cálculo de fator de manutenção da instalação. A norma esta muito mais abrange que a NBR 5413, pois incorporou aspectos relacionados à manutenção de luminárias (fator de manutenção), ofuscamento, reprodução de cor e também aspectos relacionais a ergonomia. 2.3 SELO PROCEL O Selo Procel foi instituído por Decreto Presidencial em 8 de dezembro de 1993. É um produto desenvolvido e concedido pelo Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel), coordenado pelo Ministério de Minas e Energia, com sua Secretaria-Executiva mantida pela Eletrobras [2]. O selo tem como objetivo principal identificar os produtos mais eficientes no consumo de energia. Este selo não é obrigatório, a adesão ao programa é voluntária, mas com consumidores cada vez mais preocupados em reduzir seus custos com energia elétrica o Selo Procel tornou-se uma ferramenta eficaz de

22 marketing, que gera confiança no consumir que esta adquirindo um produto certificado, o qual se sabe que foi testado e garante baixo consumo de energia. Para receber o selo (figura 5) o produto deve ser submetido a ensaios específicos em laboratório idôneo, indicado pelo Procel. Figura 5 Selo Procel Eletrobras [2]. 2.3.1 Selo Procel para lâmpadas fluorescentes compactas com reator integrado Para obter o Selo Procel Eletrobras, a lâmpada fluorescente compacta deverá possuir classificação A no processo de etiquetagem. A etiqueta A é fornecida pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), no Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE). O PBE classifica os produtos em faixas coloridas que variam da mais eficiente A até G para lâmpadas para as menos eficientes. Figura 6 Etiqueta para lâmpadas [7].

23 Com a etiquetagem A, a lâmpada deve também cumprir os seguintes requisitos para receber o selo Procel [8]: - depreciação de no máximo 15% do fluxo luminoso médio medido a 2.000 h, em relação ao fluxo luminoso médio medido a 100 h; - fator de potência deverá ser maior ou igual a 0,5, para lâmpadas de potência até 25W; - fator de potência devera ser maior ou igual a 0,92, para lâmpadas de potência maior que 25W; - a lâmpada deverá possuir uma vida declarada mínima de 6.000h; - deverá atender as eficiências luminosas mínimas apresentadas na Tabela 3 a seguir: Tabela 3 Eficiências luminosas mínimas para concessão de Selo Procel Eletrobras. Potência da Lâmpada (W) (Tensões de 127V E 220V) Eficiência Mínima (lúmens/ watt) Potência da lâmpada 6W 52,0 6 W < Potência da lâmpada 8W 54,0 8 W < Potência da lâmpada 12W 59,0 12 W < Potência da lâmpada 15W 61,0 15 W < Potência da lâmpada 18W 63,0 18 W < Potência da lâmpada 25W 64,0 Potência da lâmpada > 25W 65,0 Fonte: [8] O Selo Procel nem o Programa Brasileiro de Etiquetagem abrangem lâmpadas LED, no momento. O mercado de Lâmpadas LED é muito diversificado (cerca de 2 mil modelos diferentes), abrange um grande leque de fornecedores e tipologias. Estudos estão sendo realizados para definir os critérios de ensaios para este tipo de lâmpada e futuramente receber essas certificações [9].

24 3 TIPOS DE LÂMPADAS 3.1 LÂMPADAS INCANDESCENTES A lâmpada incandescente revolucionou a iluminação artificial, primeira lâmpada elétrica criada e após mais de um século de seu invento o principio de funcionamento não mudou. Thomas Edison desenvolveu a primeira lâmpada incandescente de sucesso comercial em 1879. Seu funcionamento baseia-se na emissão de luz por um filamento aquecido utilizando materiais como fio de carbono, fio de metal ósmio, filamento de tântalo e por fim filamento de tungstênio. Vários materiais foram utilizados neste tipo de lâmpada até conseguir uma melhor eficiência luminosa. A lâmpada usando tungstênio foi inventada no inicio de século XX e era três vezes mais econômica em comparação com a lâmpada de fio de carbono [10]. O filamento de tungstênio é usado até hoje por ser o material com maior ponto e fusão existente. O filamento precisa ser aquecido para emitir luz. Em temperaturas baixas, o material emite radiação infravermelha pela agitação dos átomos, mas quando é aquecido os átomos ficam excitados e ocorre a emissão de luz na faixa visível. Lâmpadas incandescentes apresentam alto índice de reprodução de cores, isto é, reproduzem de forma fiel as cores dos objetos iluminados e apresentam baixa temperatura de cor (tonalidade amarelada). Apesar da baixa eficiência, este tipo de lâmpada foi e ainda é muito usada principalmente em residências por possuir o mais baixo custo de implantação das opções disponíveis no mercado. Entretanto, o Brasil em 2013 proibiu a comercialização de lâmpadas comuns de 150 W ou mais. O governo fixou um calendário para que residências deixem de usar esse tipo de lâmpada até 2017 [11]. 3.1.1 Lâmpadas incandescentes tradicionais Funciona através da passagem de corrente elétrica pelo filamento de tungstênio enrolado em forma de espira alojado no interior de uma ampola de vidro preenchida com gás inerte (normalmente nitrogênio) ou vácuo que evita sua

25 oxidação. Sua vida útil é baixa, estimada em 1000 horas e possui baixo rendimento luminoso (lm/w), variando de 7 a 15 lúmen/watt. Figura 7 Lâmpada incandescente [12]. A corrente que circula no filamento no momento da partida chega a ser 15 vezes superior a corrente nominal e isto é necessário para aumentar a temperatura do filamento que em frações de segundos chega a aproximadamente 2500 C. Assim varia seu diâmetro e aquecimento excessivo que pode levar ao rompimento do filamento. O tungstênio evapora com o uso e se deposita nas partes internas do bulbo, diminuindo sua eficiência luminosa. Aproximadamente 90% da energia elétrica nesta lâmpada é consumida em forma de calor [11]. 3.1.2 Lâmpadas incandescentes halógenas São lâmpadas incandescentes mais aperfeiçoadas, constituídas de um tubo de quartzo com o filamento de tungstênio. Possui o mesmo princípio de funcionamento das incandescentes normais, porém gases halógenos (normalmente iodo ou bromo) foram introduzidos em seu bulbo, os quais se combinam com partículas de tungstênio desprendidas do filamento, devido a altas temperaturas dentro da lâmpada, e faz com que as partículas se depositem novamente no filamento criando, assim, um ciclo de regeneração.

26 Figura 8 Lâmpadas incandescentes halógenas [13]. Esta lâmpada apresenta uma vida útil de duas a quatro vezes que a incandescente normal, possui luz mais branca, brilhante e uniforme ao longo da vida e também tem dimensões menores. Esta lâmpada é muito usada em decoração, pois possui bom IRC e tem uma melhor eficiência luminosa que varia entre 15 a 25 lúmen/watt. Porém, este tipo de lâmpada emite mais radiações ultravioletas que as incandescentes normais, mas menor que as radiações infravermelhas, entretanto deve-se evitar longa exposição das partes sensíveis do corpo à luz direta e concentrada da lâmpada halógena. 3.2 LÂMPADAS DE DESCARGA Nas lâmpadas de descarga a luz é produzida pela passagem da corrente elétrica em um gás ou mistura de gases contidos em um tubo de descarga. A tensão elevada nos eletrodos vence a rigidez dielétrica do gás, este processo é chamado de ignição da lâmpada. Lâmpadas fluorescentes, de vapor metálico, de vapor de sódio, de vapor de mercúrio e mista são os principais tipos de lâmpadas de descarga e são classificadas pela pressão interna no bulbo. Por não produzirem calor excessivo também são conhecidas como lâmpadas frias e possuem temperatura de cor elevada (luz branca). Para acionamento é necessário um reator e/ou ignitor.

27 3.2.1 Lâmpadas fluorescentes Foi criada por Nikola Tesla e começou a ser comercializada no inicio dos anos 40. Classificada como lâmpada de baixa pressão, podendo ser circular, tubular ou compacta. As primeiras lâmpadas fluorescentes desenvolvidas foram as tubulares, inicialmente com diâmetro maiores (38mm), conhecida como T12, mas com o passar dos anos os diâmetros diminuíram e é possível encontrar luminárias mais compactas e eficientes. Dentre os pontos fracos das primeiras lâmpadas fluorescentes, podemos citar a temperatura de cor alta (luz mais branca) e baixo índice de reprodução de cor. Esta lâmpada é constituída por tubo de descarga contendo gases de mercúrio, formada por um invólucro translúcido em cujas extremidades existem eletrodos que tem a função de emitir elétrons quando aquecidos. O tubo de vidro é coberto com um material a base de fósforo, que é responsável pela emissão de luz visível nesta lâmpada, pois a descarga elétrica em seu interior emite quase que totalmente a radiação ultravioleta, gerada pelo vapor de mercúrio, que é convertida em luz pelo pó fluorescente que reveste a superfície interna do bulbo. Figura 9 Lâmpadas fluorescentes [14]. É justamente no material que reveste o bulbo interno que houve as maiores evoluções dessa lâmpada. Desenvolveram-se os trifósforos, novos tipos de fósforo,

28 e sua dopagem permitiu a obtenção de diferentes temperaturas de cor variando de 2700 à 6500K, o que melhorou sua eficiência luminosa [15]. As atuais lâmpadas fluorescentes também melhoraram seu índice de reprodução de cor, apresentando-se na faixa de 70 à 80% para lâmpadas comuns e 80 à 90% para lâmpadas trifósforos. As lâmpadas tubulares não podem ser ligadas diretamente a rede elétrica e, por isso, necessitam de um dispositivo para ignição, estabilizar a corrente e atender as especificações de forma de onda. Este dispositivo é conhecido como reator. Em sua maioria são eletrônicos e sua utilização possibilitou um considerável aumento no rendimento do sistema de iluminação com lâmpadas fluorescentes. Lâmpadas fluorescentes compactas surgiram nos anos 80. Possuem reatores integrados e podem ser colocadas sem alterar qualquer instalação elétrica no lugar das lâmpadas incandescentes por possuir o mesmo conector e tipo rosca Edison. Possuem rendimento um pouco inferior as tubulares, mas ainda muito superior as lâmpadas incandescentes, sendo que a substituição por uma fluorescente traz economias em média de 75% e 80%, além de terem uma vida útil de aproximadamente 8 mil horas. Figura 10 Lâmpada fluorescente compacta [12]. Hoje, o mercado já disponibiliza esses produtos nas cores quentes (amarelas) ou frias (brancas), adaptando-se melhor aos cômodos internos da casa. Porém, apesar dessa tecnologia existir desde a década de 1980, as fluorescentes ainda custam mais do que as incandescentes. Mas já tiveram seu preço reduzido consideravelmente, em especial nos últimos 10 anos.

29 Além das vantagens citadas, as lâmpadas fluorescentes são conhecidas como lâmpadas frias por não emitirem calor excessivo, o que reduz a carga térmica de uma instalação, auxiliando o sistema de ar-condicionado [3]. Por possuir mercúrio e fósforo na sua composição, materiais considerados tóxicos, lâmpadas fluorescentes não podem ser descartadas com o lixo comum. 3.3 EQUIPAMENTOS AUXILIARES 3.3.1 Luminárias Uma luminária eficiente deve otimizar o fluxo luminoso de uma lâmpada e essa eficiência pode ser obtida através pela relação da luz emitida pelo conjunto e a luz emitida somente pela lâmpada. Luminárias modificam, controlam e filtram a distribuição espacial de uma fonte de luz [3]. O dimensionamento correto de uma luminária para a lâmpada proporciona um alto aproveitamento da luz e, consequentemente, permite reduzir o número de luminárias e lâmpadas em um projeto de iluminação de um ambiente. Existem vários tipos de luminárias e são, geralmente, distribuídas por uso interno ou externo. Para as internas, é comum luminárias de sobrepor, embutir, refletoras, suspensas, projetoras instaladas em teto ou parede dentre outras. Já para luminárias de uso externo depende da aplicação, se a iluminação é para parques, estradas ou para iluminação de fachadas ou decorativas. Figura 11 Exemplos de luminárias para uso interno [12].

30 Figura 12 Exemplos de luminárias para uso externo [12]. A parte da luminária que recebe a lâmpada funciona como um circuito externo que é responsável pela alimentação da fonte de luz. Em geral as partes condutoras são feitas de latão e as partes isolantes de porcelana. Luminárias devem manter a temperatura dentro de limites estabelecidos para cada tipo de lâmpada ou ambiente e serem de fácil instalação e manutenção. Luminárias além de distribuir o fluxo de luz, também são usadas para evitar o ofuscamento contribuindo para o bem estar do usuário. Para direcionar o fluxo uma das partes mais importantes das luminárias são as superfícies refletoras. Essas superfícies têm formatos diferentes, geralmente circulares, parabólicos ou de formas especiais assimétricas. São construídas normalmente de vidro ou plásticos espelhados, alumínio polido, chapa de aço esmaltada ou pintadas de branco. Para evitar a dispersão inadequada da luz, alguns tipos de luminárias têm refratores que são confeccionados com material de baixa absorção intrínseca de luz, como vidro, acrílico e policarbonato. Além disso, refratores têm a finalidade de vedação protegendo a parte interna de umidade, poeira e impactos garantindo o grau de proteção especificado do conjunto ótico. Alguns ambientes industriais precisam usar luminárias herméticas feitas para suportar diferentes tipos de impactos, líquidos e sedimentos. Excesso de luminância na direção da visão gera desconforto visual ou uma redução na capacidade de ver objetos. Difusores são colocados em frente à fonte de luz para reduzir a possibilidade de ofuscamento e são feitos de materiais translúcidos, leitosos ou foscos. As aletas, grades colocadas em frente às lâmpadas, têm a mesma função dos difusores e limitam o ângulo de ofuscamento em um ambiente [3].

31 3.3.2 Reatores Reatores têm a função de provocar um aumento de tensão durante a ignição e uma redução na intensidade da corrente durante o funcionamento da lâmpada [3]. Este equipamento é usado em lâmpadas de descarga que quando acionada ocorre uma descarga elétrica o que eleva muito a corrente. Se não controlada, queimará a lâmpada. O reator deve ser adequado aos diversos níveis de corrente exigidos por tipos diversos de lâmpadas. Reatores são responsáveis pela eficiência do sistema e vida útil da lâmpada. Se o reator é corretamente projetado, pode diminuir custos com manutenção dando maior durabilidade ao sistema. No mercado são encontrados dois tipos de reatores, os eletrônicos e eletromagnéticos. Os reatores eletrônicos usados em lâmpadas fluorescentes, são constituídos por capacitores e indutores para alta frequência, resistores, circuitos integrados e outros componentes eletrônicos. Operam em alta frequência, de 20 khz a 50 khz, faixa em que as lâmpadas apresentam eficiência luminosa elevada [12]. Reatores eletrônicos apresentam poucas perdas em comparação aos eletromagnéticos e fator de potência elevado, em torno de 0,95. Já os reatores eletromagnéticos, geralmente compostos de núcleo de ferro e bobinas de cobre, por suas características construtivas, apresentam fator de potencia baixo, de 0,35 a 0,50. Isso prejudica o sistema de iluminação, sendo necessária para minimizar essa situação a instalação de capacitores ou reatores de alto fator de potência. 3.3.3 Ignitores Ignitores são dispositivos de partida para lâmpadas de sódio de alta pressão e vapores metálicos, as quais necessitam picos altos de tensão para sua descarga inicial, que podem chegar à ordem de 5000 V. Por isso disjuntores de proteção da rede devem ser do tipo retardado para suportar a corrente necessária para a partida da lâmpada. Após a partida o ignitor se desliga automaticamente [1].

32 3.4 COMPARAÇÃO ENTRE AS LÂMPADAS 3.4.1 Características gerais das lâmpadas Incandescentes Lâmpadas de descarga TIPO Convencional (tipo: Padrão) Tabela 4 - Características das principais lâmpadas. Potência (W) - Excelente reprodução de cores - Baixa eficiência luminosa - Não exige equipamentos auxiliares - Grande variedade de formas Halógena 1 Fluxo luminoso (lm) 25 a 100 200 a 1.350 7W a 2000W 50 a 44.000 - Excelente reprodução de cores - Eficiência luminosa maior que a incandescente comum - Vários tamanhos inclusive com refletores Fluorescente Tubular - T8 10 a 70 65 a 6.000 Fluorescente Tubular - T5 4 a 81W 140 a 7.650 Vida útil (horas) 750 a 1000 1000 a 2000 8.000 a 15.000 5.000 a 24.000 IRC (%) T (K) Equipamentos 100 2700 Nenhum 100 >80 >80 2700 a 4500 2.700 a 8.000 2.700 a 8.000 Nenhum Reator/starter Reator/starter - Excelente a moderada reprodução de cores, dependendo do tipo - Boa eficiência luminosa - Exige equipamentos auxiliares: reator e starter (partida convencional) ou só reator (partida rápida) - Forma tubular em vários tamanhos Fluorescente Compacta 5 a 150 250 a 13.000 - Boa reprodução de cores - Boa eficiência luminosa - Exige equipamentos auxiliares - Pequenas dimensões Fonte: [1], [12], [13] e [16]. 6.000 a 60.000 >80 2.500 a 8.000 Reator/starter 1 Lâmpadas incandescentes halógenas dicróicas normalmente são utilizadas na tensão 12V sendo necessário um transformador

33 4 TECNOLOGIA LED A história do LED já tem mais de 50 anos e esta tecnologia deu saltos enormes nessas duas últimas décadas, saindo do uso somente indicativo de aparelhos eletrônicos para telas de TV e monitores de computador, letreiros luminosos e luzes de sinalização, para substituir lâmpadas em sistemas de iluminação, seja em instalações comerciais, industriais ou na iluminação pública. Inventado em 1963 pelo estadunidense Nick Holonyac, no início era somente usado para iluminação indicativa, principalmente para indicar se certas funções estavam ou não ligadas em aparelhos eletrônicos. Atualmente a tecnologia LED está causando alterações profundas na área da iluminação, pois é considerada a fonte de luz artificial mais eficiente, abrangendo maior variação de temperatura de cor, podendo ser usada em iluminação de ambientes, semáforos, iluminação de emergência e na iluminação publica. 4.1 DIODO EMISSOR DE LUZ O LED, Diodo Emissor de Luz (Light Emitting Diode), é uma partícula de material semicondutor que com ajuda de componentes ópticos e químicos tem sua radiação moldada para produzir luz visível. Necessitam ser polarizados por uma corrente que, assim como diodos tradicionais, passa somente em um sentido, para emitir luz. São classificados em três categorias devido a sua evolução e área de aplicação: indicativos, de alto brilho e de potência. Os indicativos são usados em aparelhos eletrônicos, mas essa tecnologia evoluiu para aplicações de iluminação em painéis de elétricos, visores de rádio, painéis automotivos, etc. O LED de alto brilho é usado em luminárias internas e equipamentos de iluminação portáteis. Já o de alta potência, por ter alto fluxo luminoso, é usado para iluminação interna e externa.

34 Figura 13 Tipos de LED [17]. Lâmpadas de LED duram aproximadamente 25 vezes mais do que as incandescentes e três vezes mais do que as fluorescentes compactas [18]. Outra vantagem das lâmpadas LED é que não apresentam mercúrio em sua composição, assim, não representam risco a saúde e meio ambiente. Outra característica é que por não possuírem filamentos, eletrodos e tubos de descarga são mais resistentes a impactos. 4.2 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO O LED do ponto de vista físico é um material semicondutor dopado com impurezas para formar a junção positiva e negativa (P-N). O pólo positivo é chamado de anodo e o negativo de catodo. Quando uma corrente percorre este material há a emissão de luz. O lado P contém essencialmente lacunas (falta de elétrons) e o lado N contém excesso de cargas negativas (elétrons). Quando uma corrente atravessa o material, o polarizando diretamente, os elétrons e lacunas se movimentam em direção ao mesmo ponto e durante este movimento ocorre a recombinação, ou encontro dos elétrons com as lacunas nas proximidades da junção. A energia possuída pelo elétron é liberada em forma de calor ou fóton de luz, que é emitida pelo LED.

35 Figura 14 Modo de produção de luz no LED [17]. A luz produzida é monocromática e depende dos níveis de energia necessários para os elétrons se combinarem com as lacunas. Os comprimentos de ondas da luz dependem dos elementos que compõem o semicondutor de cada LED, pois materiais diferentes possuem níveis de energia diferentes. A dopagem do cristal com elementos como alumínio, gálio, arsênio fósforo, índio e nitrogênio é o que permite a emissão de luz em uma ampla faixa do espectro. A luz branca foi um dos desafios desta tecnologia e quando obtida permitiu o uso do LED para a iluminação de ambientes. Para substituir uma lâmpada, o LED deve ser capaz de reproduzir luz ambiente e, para isso, é necessário que emita luz que tenha todos os comprimentos de onda do espectro visível. Em 1993 foram criados os LEDs azuis e com isso foi possível criar a luz branca, através de dois métodos. O primeiro da utiliza uma camada de fósforo sobre a superfície do LED azul que resulta em uma luz fria em tom de azulado. O outro método é combinação do LED azul com LEDs vermelho e verde que resulta na cor branca. Com o LED RGB (do inglês Red, Green e Blue) é possível obter luz branca ou em qualquer tonalidade de cor intermediária variando a intensidade de cada LED. A Philips anunciou outro método em 2013 que afirma ser o mais econômico e pode produzir as lâmpadas LED mais eficientes já vistas. O TLED como esta sendo chamado utiliza um elemento vermelho, combinado com dois azuis, cobrindo um dos elementos azuis com um filtro de fósforo verde. A luz gerada é considerada quente e de alta qualidade, podendo entregar até 200 lúmens por watt (lm/w). Esta

36 tecnologia ainda não esta disponível e empresa estima que estas novas lâmpadas TLED entrem no mercado em 2015 [19]. O controle o fluxo luminoso em um LED é obtido através do controle da corrente direta. No entanto, a emissão de fluxo luminoso não é diretamente proporcional ao aumento da corrente. Na transmissão de elétron e lacuna onde o fóton é liberado, nem toda a energia é convertida em luz, sendo que uma parte é convertida em calor (radiação infravermelha) e a eficiência do LED esta diretamente ligada a temperatura na junção do semicondutor. O fluxo luminoso e a vida útil decrescem com o aumento da temperatura. Os LEDs de alto brilho são especificados pela sua intensidade luminosa, medida em candelas (cd), pois possuem um angulo de abertura menor que 180 o que permite que seu fluxo luminoso seja otimizado direcionando exatamente para a área que precisa ser iluminada. Com isso precisa de menos lumens para atingir a mesma iluminância quando comparado a outros tipos de lâmpadas. Já os LEDs de potência, por possuírem ângulo de abertura maior, são especificados através de seu fluxo luminoso como as lâmpadas tradicionais em lumens (lm), que emitem luz em todas as direções. A luz emitida pelo LED de alto brilho tem ângulo de abertura de 120 e uma lente é colocada em frente ao LED para direcionar o facho de luz e assim aumentar a eficiência concentrando a luz em ângulos menores para aplicação em iluminação ambiente. As lentes utilizadas são chamadas de lentes colimadoras e são posicionadas na frente do LED de forma a distribuir a luz emitida pelo componente. Essas lentes limitam o facho de luz em ângulos de 15 a 60 de abertura, mas também provocam perdas no fluxo luminoso. Além da necessidade de arranjos de vários LEDs com suas respectivas lentes para aplicação efetiva em iluminação ambiente, a distribuição da luz também deve ser feita de forma eficiente [20].

37 Figura 15 Lentes colimadoras para LED [21]. Os LEDs não podem ser ligados diretamente à rede elétrica, pois operam em tensão e corrente diferentes das fornecidas pela concessionária de energia. Portanto é necessário o uso de um circuito auxiliar para adequar esses sinais e limitar a corrente. Este circuito é conhecido como driver. Os LEDs apresentam baixa tensão de condução, entre 2,5 V a 4 V, além de operar com corrente continua. Para que a energia seja liberada em forma de luz em um led, é necessário manter a corrente de polarização constante. Como este se comporta praticamente como um curto-circuito quando polarizado diretamente, sem resistência, na passagem da corrente há a necessidade da utilização de um resistor em série que fará este controle [20]. No entanto há situações onde não há como limitarmos a corrente do LED por um resistor, sendo necessário de fontes de corrente. No mercado existem lâmpadas com tecnologia LED aplicáveis diretamente a tensão da rede (127 V ou 220 V, 60Hz) e estas são montadas com geradores de corrente internos que fazem a conversão da corrente alternada da rede em corrente contínua constante para o funcionamento dos leds [20]. 4.3 O USO DO LED PARA A ILUMINAÇÃO Atualmente podemos encontrar lâmpadas LED até mesmo em grandes supermercados, mostrando assim como se popularizou tal tecnologia. Com valores de aproximadamente três vezes o valor das lâmpadas fluorescentes compactas, mas com pelo menos o dobro de expectativa de vida e menor consumo, essas lâmpadas têm ganhado cada vez mais espaço entre os consumidores.

38 Outra grande vantagem desta tecnologia é que ela possibilita a criação de luminárias com formatos antes inviáveis pelas dimensões das lâmpadas e outros artigos de decoração de se adaptem ao mobiliário. Devido a pequenas dimensões da fonte de luz e esta pode ser direcionada para áreas de interesse, assim tendo um melhor aproveitamento do fluxo luminoso. Figura 16 Lustre Skyphos 1 da checa Kateřina Smolíková 2 [22]. Com o banimento das lâmpadas incandescentes, o mercado para lâmpadas LED deve crescer muito no país. É o que aposta o presidente da Abilux (Associação Brasileira da Indústria de Iluminação) e perspectivas da associação já mostram crescimento de 100% ao ano no consumo de LEDs no Brasil. Ao menos três novas fábricas de lâmpadas LED devem ser construídas nos próximos anos, iniciando a produção nacional e, com isso, estima-se que o valor das lâmpadas seja reduzido [23]. Um estudo feito pela California Energy Commission, descobriu que edifícios comerciais podem ter redução de 50% do uso da energia com iluminação se 2 Smolíková recebeu o Prêmio Nacional da República Checa para estudantes de Design por seu projeto Skyphos 1.