LEDs - Origem, atualidade, aplicações e futuro, por Mauri Luiz da Silva
Capítulo 5 - Eficiência dos LEDs x outras fontes
Nesse aspecto temos de ter muito cuidado, pois se os LEDs são muito eficientes
quando comparados às lâmpadas de filamento, poupando na faixa de 75 à 80% de
energia, quando comparados às lâmpadas de descarga a história é um pouco
diferente, vejamos:
Produtos de LEDs: A eficiência energética/rendimento luminoso varia atualmente
entre 50 até 80 lumens/watt nos produtos comercializados nas lojas para iluminação
residencial/comercial. Alguns casos específicos, para uso mais técnico e especial
ultrapassam 100 lumens por watt. Temos de considerar, portanto, para comparação,
no aqui e agora, um máximo de 80 Lumens/W.
Lâmpadas de Descarga:
As lâmpadas de vapor de sódio têm rendimento
luminoso/energético na faixa de 120 Lumens/W, mas não vamos colocar nessa
comparação, como não colocamos os LEDs para usos especiais, que correspondem
também aos locais onde as de sódio são aplicadas, especialmente na Iluminação
Pública.
Quadro comparativo entre a eficiência das diversas fontes de luz:
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Fiquemos então nas fluorescentes de uso normal em residências e lojas, onde temos
as tubulares T-5 com uma eficiência de mais de 100 Lumens/W. Mesmo as “mais
normais”, como as fluorescentes tubulares T-8, ficam na faixa acima de 80 Lumens/W.
Por falta de orientação na utilização de produtos de iluminação, muitos podem se
enganar trocando uma fluorescente T-8 ou T-5 por um tubo de LEDs. Quando houver
essa vontade, indico que comparem os dois produtos, dividindo o fluxo luminoso pela
quantidade de watts consumidos. Surpresas podem aparecer nessa comparação.
Os LEDs terão uma vantagem natural em função do direcionamento direto da luz,
enquanto que as fluorecentes têm a perda pela utilização de luminárias, por isso o
comparativo nominal deve ser feito, considerando-se a perda de luz no caso das
fluorescentes. Porém, nota-se que não é aquela economia de energia toda que se
propagou logo que começaram a aparecer produtos de LEDs. Quando se compara com
lâmpadas de descarga, pode não chegar a ser relevante essa propalada economia de
energia.
Quanto à comparação com lâmpadas de filamento, inclusive as halógenas, a vantagem
é muito grande, como vimos, e então a troca é indicada em qualquer circunstância,
desde que o balizador seja o aspecto economia de energia.
Vantagem dos LEDs: Direcionamento direto da luz
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Sistema fluorescente: Perdas pela aplicação da lâmpada numa luminária
5.1 - Binning?
Sempre ouví dizer que o Mauri fala sobre iluminação numa linguagem acessível e vem
com um termo desses na abertura do parágrafo. O que é esse tal de Binning? Na
verdade, vem de outra palavrinha, o BIN, que nada mais é do que, numa linguagem
simplificada, lote, caixa, ou algo nesse sentido.
Quando se fabrica LED, o componente LED, eles são separados por alguns aspectos,
considerando-se que nem todos saem com características idênticas. Alguns quando
produzidos apresentam mais luz, outros menos; alguns com uma cor, outro com uma
cor ligeiramente diferente e por isso devem ser separados por lotes, que são
conhecidos como BINS, quando tratamos de LEDs.
Então, Binning, que parece uma palavra estranha, vem a ser o controle desses bins, ou
seja, em última análise, um controle de qualidade para que, quando um produto de
LEDs utilizar vários elementos-LED, deve respeitar o que chamamos de binagem, ou
seja, num mesmo BIN estejam LEDs com características bem semelhantes, para que a
luz emitida por esse módulo de LEDs ou mesmo pela lâmpada de LEDs tenha uma luz
homogênea, no tocante a cor e quantidade de luz.
Quando isso não ocorre, teremos um efeito que se assemelha a uma camiseta de
futebol dos time tricolores, como Fluminense, São Paulo, Bahia...
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No caso abaixo, o módulo de LEDs foi feito num Binning ruim
No exemplo acima, vemos uma iluminação com LEDs, onde não foi respeitado o
conceito de escolha apropriada de bins, ocasionando o efeito que falei acima.
Esta ecolha de Bins que se chama de Bin Selection, é feita respeitando-se intervalos de
cor de luz, especialmente, como notamos no quadro a seguir:
Vejam que sempre que a diferença de cor de luz for superior a 5 nanômetros(nm),
ficará visível à nossa visão e então serão enquadrados em um novo BIN. Até 5 nm, a
diferença é imperceptível ao olho humano.
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Por exemplo, 465, 466, 467, 468, 469nm são considerados o mesmo azul, mas quando
passa para 470nm, continua sendo azul, mas um azul mais claro e que nossa visão
detecta, ocasionando a diferença na cor da luz.
Essa rigorosa seleção é um dos fatores que encarecem o preço dos LEDs e, quando
uma empresa não faz esse controle, seus produtos serão mais baratos e também
menos confiáveis, porque produzidos com menor controle de qualidade.
Capítulo 6 - Desmitificando os LEDs
Logo que os LEDs começaram a ser conhecidos como possíveis de fazer iluminação
eficiente, passando a serem LEDs de potência, começaram a aparecer, como não
poderia ser diferente, muitas especulações e informações falsas vieram junto com essa
novidade luminosa.
Neste momento estudaremos algumas dessas lendas, que com o tempo foram sendo
melhor explicadas, ficando mais fácil de podermos, conhecendo o real funcionamento,
aplicarmos com autoridade essa maravilhosa e inovadora fonte de luz, chamada LED –
Diodo Emissor de Luz.
6.1 - LED é muito caro
Realmente, se considerarmos apenas o custo inicial de instalação, em alguns casos
pode ser mais caro, porém, temos de considerar sempre o custo total do investimento,
incluindo o chamado payback, ou seja, o tempo em que esse investimento inicial será
amortizado, pela economia de energia, durabilidade etc.
Quando comparamos com lâmpadas de filamento (incandescentes comuns ou
halógenas) este retorno do investimento é muito rápido, pois estamos falando de uma
economia de energia na faixa de 75 à 80% e numa durabilidade do produto, que na
pior das hipóteses, será dez vezes maior.
Na maioria dos casos atualmente, os LEDs se pagam e compensam o investimento
inicial.
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Há, porém, alguns cuidados para se tomar e não sermos enganados e nem
enganarmos nosso cliente - consumidor, como por exemplo a utilização de LEDs na
substituição de lâmpadas de descarga.
Lâmpadas de descarga são eficientes naturalmente, com rendimento
luminoso/energético na faixa acima de 80 Lumens/Watt. Algumas fluorescentes,
quando comparadas com similares de LEDs chegam a ser mais vantajosas, como é o
caso das fluorescentes tubulares T-5, que em algumas versões chegam a uma
eficiência acima de 100 Lumens /W e com durabilidade maior do que 20.000 horas, ou
seja, para trocar um sistema fluorescente por um sistema de LEDs, há que se estudar e
comparar para não trocar seis por meia dúzia.
Lembro da época do famoso Apagão de 2001, quando o Governo, por absoluta falta de
conhecimento e aconselhamento, disparou na chamada Grande Mídia, que
fluorescentes compactas, vulgo eletrônicas ou econômicas, eram a salvação do
sistema energético, pois poupavam muita energia.
Com as bençãos do Governo as pessoas começaram a trocar todos os sistemas de
iluminação por fluorescentes compactas. Quando tiravam uma incandescente e
colocavam uma eletrônica, maravilha, poupavam energia na faixa de 75 à 80%, se essa
eletrônica fosse de boa qualidade, o que quase nunca acontecia, porque em face da
grande propaganda, a demanda cresceu de forma superlativa e houve uma falta
indiscriminada desse tipo de lâmpada. A importação, incentivada pelo Governo, sem
impostos, explodiu e tudo que era porcaria asiática chegou aos lares brasileiros,
causando uma comoção no sistema brasileiro de iluminação e desacreditando o
produto, como algo bom para ser utilizado. Queimavam em pouco tempo e
normalmente eram numa cor de luz muito branca, acima de 6.000K, um horror.
Mas o problema maior se constituiu quando a população trocou fluorescentes
tubulares – tradicionais, por fluorescentes compactas eletrônicas, acreditando que
estavam poupando energia. Tiravam uma lâmpada com economia de 80% e
colocavam outra bem mais feia e que necessitava mudar toda a instalação, com o
mesmo consumo de energia, na melhor das hipóteses, pois algumas eram bem piores
que as fluorescentes tubulares, como falamos acima.
O Governo esqueceu-se de esclarecer que as fluorescentes tubulares já eram
econômicas e também se esqueceu de dizer que a população deveria selecionar os
produtos que chegavam aos borbotões e na grande maioria de baixa qualidade.
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A verdade é que a população não tinha elementos para fazer a comparação e acabava
comprando “gato por lebre”.
Este efeito devastador e que resultou num grande atraso para a Cultura de Iluminação
Brasileira, só foi ser solucionado muitos anos depois, quando a Abilux conseguiu impor
ao Governo, que via INMETRO-PROCEL implantasse a Certificação Compulsória para
Fluorescentes Compactas, separando o joio do trigo. Foi um processo longo, mas que
resultou na evolução, na seleção e oferta ao público de fluorescentes compactas de
qualidade.
Devemos considerar este fator, e cuidar para que os LEDs não sigam o mesmo caminho
das fluorescentes compactas. Para isso temos que selecionar produtos de qualidade
para usarmos ou indicarmos e esse é um outro problema, pois no aqui e agora, o
preço é relevante, já que não tem como se produzir bons produtos de LEDs com preços
baixos. Usar neste caso, o que em vendas e marketing se chama o Prestígio do Preço,
é fundamental. Quando um produto custa R$ 50,00 e o seu similar custa R$ 15,00,
temos que desconfiar, pois não tem como haver um desvio tão grande nos custos para
produtos semelhantes.
Então, LEDs são caros? São, por enquanto os bons LEDs são caros, mas compensam
pela durabilidade e poupança de energia, entre outro fatores.
Com o crescimento do consumo de bons produtos de LEDs, a economia de escala
tratará de fazer com que o preço venha para patamares mais baixos, como sempre
acontece com os produtos inovativos.
6.2 - Temperatura de Cor dos LEDs
Até pouco tempo os LEDs eram apresentados ao mercado praticamente sem
alternativa de cor de luz, pois como a descoberta do LED Branco é relativamente
recente, fabricavam-se apenas produtos com luz muito branca, o que sempre é mais
fácil, e que chamamos de luz de bailão.
Por sorte e providências dos fabricantes do LED-componente, o branco foi trabalhado
tecnicamente de tal forma que hoje temos produtos de LEDs com todas as cores do
espectro visível e, particularmente no branco, cor de luz que mais nos interessa para
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iluminação geral, temos as mesmas tonalidades que existem nas lâmpadas
tradicionais, indo de 2.700/2800 até 6500K, para citar as mais utilizadas.
Então no aspecto cor de luz, podemos usar LEDs em todos os segmentos que
imaginarmos, das residências às lojas, passando por veículos e iluminação cênica,
como teatro, cinema e TV.
6.3 - LEDs duram mais de 100.000 horas
Este é o aspecto mais controvertido em relação a essa nova fonte de luz. Há alguns
anos quando os LEDs avançaram na iluminação de ambientes essa era uma “verdade”
que todos assumiam, ou quase todos.
Hoje se sabe, como estudamos há pouco, que a vida de um LED depende de vários
fatores, entre eles a boa disspação térmica, uma boa corrente estabilizada e,
principalmente porque o componente LED não é auto-suficiente, ele precisa de
componentes elétricos para funcionar, englobando contatos metálicos, ligações, entre
outros materiais que têm vida bem mais limitada que ele, o LED componente.
Com essa compreensão, os fabricantes passaram e especificar em seus produtos
tempo de vida bem mais coerentes, como 20.000 horas, 25.000 e alguns com 50.000
horas.
Mesmo nesses níveis ainda há muitas dúvidas, pois os LEDs são ensaiados pelos bons
fabricantes em torno de 5.000 horas. Alguns avançam um pouco mais.
Algumas normas internacionais hoje aceitas e adotadas no Brasil, indicam que o
máximo de vida que pode ser estimada para um produto é de seis vezes o tempo
ensaiado, no caso de um ensaio de 5.000 horas, poderia ser indicado este produto
como uma vida útil de 30.000 horas. Deste modo podemos ver que ainda há boas
discussões sobre a durabilidade dos produtos de LEDs.
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No mundo há vários organismos preocupados com esse aspecto e que colocam regras
para a medição de vida desses produtos e citamos alguns:
Lighting Facts: O mais aceito nos USA, onde o fabricante se compromete a colocar no
produtos apenas dados testados e comprovados.
Energy Star: Uso residencial e comercial
Design Lighting Consortiun: Definido por um grupo de concessionárias de energia
elétrica
Street Lighting Consortiun - Municipal Solid State: Para Prefeituras municipais.
Zagha: Este é o mais famoso no mundo, por indicar padronização dos chips para SSL –
Solid State Ligthing.
ABNT: No Brasil existe uma norma em andamento (CB03) e esperamos que ande
rápido, para que possamos ter mais segurança na compra e utilização de produtos de
LEDs.
Em todos os selos e certificados acima, as empresas que se filiam a eles, se
comprometem a fornecer produtos com a qualidade especificada.
Como há alguns anos conseguimos a certificação compulsória para fluorescentes
compactas eletrônicas e para reatores eletrônicos, melhorando muito a qualidade,
temos esperança de que os estudos andem rapidamente para o bem de todos no
mercado.
Outro fator importante é que quando um fabricante diz que a vida de seu produto é de
30.000 horas, deverá dizer também para que depreciação de fluxo luminoso. Caso não
haja essa indicação, pode o produto durar 30.000 horas, mas com 10.000 horas de uso
o fluxo luminoso estar a 40% do incial, ou seja, não iluminando mais de forma
adequada.
O normal é a empresa apresentar a durabilidade condicionada a depreciação do fluxo
luminoso que ela estima e esse número deve estar nas especificações, seja na
embalagem, seja no catálogo.
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Exemplo: 25.000 horas para L70. Que dizer que quando chegar nas 25.000 horas este
produto deverá estar produzindo 70% de luz, em relação ao fluxo luminoso inicial. L,
no caso, significa vida útil. Alguns utilizam o T de tempo e seria, no caso, T70.
Clareando um pouco mais: Um produto com durabilidade indicada de 25.000 horas
para L70, será bem melhor do que outro produto que especifica 25.000 para L50.
Assim fica claro que de nada adianta indicar a durabilidade de um produto de LEDs se
não estiver indicado em que tempo de vida útil(L) custo benefício.
Para terminar este assunto vida útil de uma forma bem humorada, cito um palestrante
do 3ºLEDforum realizado em São Paulo em agosto-2012, que disse o seguinte: “Hoje
estamos melhorando na utilização dos LEDs, mas já faz mais de 10 anos que os
fabricantes me apresentam produtos de LEDs com durabilidade de 30.000, 50.000,
100.000 horas, ou seja, 5 e até 10 anos de vida útil. Quando pergunto qual a garantia
do produto, dizem que é de um ano. Eu respondo que então não vou utilizar, pois se a
garantia de seu produto é de um ano, nem vocês acreditam que dure 10 anos”.
O Palestrante, por sinal um dos melhores do 3º LEDforum, é Emmanuel Clair da Light
Cibles da França.
Claro que atualmente temos ótimos e confiáveis produtos de LEDs no aspecto vida útil,
mas temos de tomar os cuidados citados aqui, que assim estaremos contribuindo para
o rápido crescimento do mercado de bons produtos com a tecnologia da Luz em
Estado Sólido ou Solid State Light, conhecidos pela sigla SSL.
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6.4 - LEDs resistem a vibrações
LEDs não possuem filamento e por isso são à prova de vibrações, enquanto que os
produtos com filamentos, tipo incandescentes, sofrem com esse problema, os LEDs
são resistentes à vibrações e esse é um aspecto fundamental na sua durabilidade,
especialmente quando utilizados em regimes intensos, como por exemplo em
semáforos, no sistema de iluminação de caminhões e veículos em geral.
Na sinalização de trânsito - semáforos - é um grande ganho, pois seus antecessores
eram lâmpadas de filamento e a troca era constante. Hoje a redução no custo de
manutenção das chamadas sinaleiras ou faróis é muito grande e tem ainda alguns
tipos de LEDs que podem ser instalados em módulos, ou seja, não há necessidade, em
caso de queima, de trocar todo o farol.
6. 5 - Chaveamento Ilimitado
LEDs resistem normalmente ao acende-apaga e por isso são indicados para locais com
sensores de presença, gerando uma maior economia de energia, além da que já
produz naturalmente.
Nesse aspecto, aproveito para mencionar que em qualquer situação, seja com LEDs ou
outro tipo de lâmpada que permita usar sensores de presença, optem por bons
sensores, pois há alguns em que a pessoa fica “espantando fantasmas” ou “fazendo
aeróbica” para que o acionamento aconteça e não raramente se obriga a caminhar
alguns metros do escuro.
Caso não consigam sensores de presença de qualidade e instalados estrategicamente,
melhor usar as antiquadas, mas eficientes minuteiras.
Por favor, fabricantes de sensores, não me xinguem, apenas produzam produtos de
qualidade e há muitos excelentes no mercado, e orietem o instalador quanto a posição
em que deva ser instalado no ambiente, para que essa função que falei jocosamente
acima - espanta fantasma ou aeróbica - não precise acontecer.
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6.6 - Uso em áreas externas – umidade
Partes metálicas do LED podem corroer, sendo necessária a proteção contra umidade
e jatos d’água e o Invólucro precisa de proteção IP.
Mas para que haja o bom entendimento desse conceito, explico o que é Proteção IP.
Na verdade é um índice de proteção definido por uma tabela que indica qual a
proteção de um produto elétrico contra resíduos sólidos e líquidos, sendo que a
primeira coluna tem um número que indica a proteção contra poeira etc, e na segunda
coluna contra líquidos, conforme vemos abaixo.
Quanto maiores forem esses números, maior será a proteção. Quem trabalha na área
conhece a expressão: precisamos uma luminária com IP65. Falei luminária mas pode
ser qualquer outro produto elétrico. Isso quer dizer que o produto terá índice de
proteção 6 para sólidos e 5 para líquidos, podendo ser utilizado em áreas externas
sujeitas a poeira e umidade.
Na tabela, vemos todos esses parâmetros:
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Vemos, então, que um IP68 protege de tal forma, que o produto poder ser
submergido, como é o caso de iluminação de fundo de piscinas.
6.7 - Mínimo consumo de energia
Esta expressão escutamos muito até pouco tempo, quando realmente vieram as
informações mais exatas, ou seja, LEDs são muito eficientes e quase 30% da energia é
convertida em luz, mas não são milagrosos, como já vimos neste estudo.
E depende da cada tipo de LED, pois: Maior fluxo luminoso, maior corrente e maior a
potência.
Alguns LEDs são particularmente eficientes, ou seja, emitindo mais luz com menos
energia e, neste caso se destacam os LEDs da cor vermelha.
Em média, os LEDs têm rendimento de 55 até 80 Lumens/W.
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Existem já disponíveis para usos especiais, LEDs com rendimento acima de 100 Lm/W
e, eu não tenho dúvidas que logo ultrapassarão 150 lm/W, mas para uso residencial e
comercial, estão ainda na faixa de 55 a 80 lm/W.
Para iluminação pública e quadras esportivas esse rendimento já é, porque assim deve
ser, maior, estando nessa faixa acima de 100 Lumens/W.
Mais potência, resulta em mais iluminação e proporcionalmente em mais consumo,
mas as pesquisas são muito fortes , para que essa proporção resulte cada dia mais em
economia maior de energia.
6.8 - Resumo das vantagens dos LEDs
-
A prova de vibração
Longa durabilidade
Ótima saturação de Cor
Dimensões Reduzidas
Chaveamento ilimitado
Sem Radiação UV e IR na faixa de luz
Alta eficiência
Outras vantagens existem na utilização dos LEDs e entre elas a que me chama muito a
atenção, é a de ser um produto de bem com a ecologia. Falaremos nisso mais na
frente, explicando toda a sustentabilidade inerente aos LEDs.
Um Iluminado abraço e até o próximo módulo!
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