Uso da
Tecnologia de Estado
Sólido (LEDs)
na Iluminação Pública
Autor: João Gabriel Pereira de Almeida
Rio de Janeiro – 24 de maio de 2005
Uso da Tecnologia de Estado Sólido (LEDs)
na Iluminação Pública
O que é o LED (light emitting diode)*?
Diodo semicondutor: dispositivo eletrônico que permite que a corrente
elétrica flua em uma dada direção;
Dois materiais ligeiramente diferentes unidos formando uma junção tipo P
(cargas positivas) N (cargas negativas);
Quando uma tensão é aplicada sob essa junção as cargas positivas e
negativas se recombinam na região ativa liberando energia na forma de luz.
*NLPIP Lighting Answers – Volume 7 Issue 3 – maio 2003.
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O que é o LED (light emitting diode)*?
Cápsula
em
epóxi:
lentes em forma de
domo, sem pintura, não
difusa.
Chip LED
Ligação de topo
Suporte catódico
com taça refletora
Suporte anódico
Armação
de
chumbo e aço
doce, condutores
para solda
Marca no domo
indicando
o
catodo
Terminal
catodo,
menor que o terminal
anodo.
*NLPIP Lighting Answers – Volume 7 Issue 3 – maio 2003.
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História dos LEDs
A publicação ao lado
apresenta o “curioso
fenômeno” da
eletroluminescência – descrito
pelo Capitão H.J. Round em
1907, na Revista Electrical
World.
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História dos LEDs
- inventado, em 1960, pela GE*;
- IBM System 360, passa a usar os LEDs
como indicadores de estado em 1964**;
- em 1972 a Seiko apresenta seus relógios
com uso de LEDS**;
- em 1976 a HP apresenta sua calculadora
com uso de LEDs no display**.
* Homepage GELcore.com.
**Homepage de E. Fred Schubert.
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História dos LEDs
- fabricado, em 1997, pela Nichia, o primeiro LED azul*;
- Conversão teórica de até 100%
(hoje está em torno de 60%)**;
*Homepage de E. Fred Schubert.
**Solid-state lighting: toward superior illumination – Proceedings of the IEEE – outubro 2005.
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História dos LEDs
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O que determina a cor de um LED?
Basicamente o material utilizado como elemento semicondutor, por
exemplo:
Fosfato de alumínio, gálio e índio (AlInGaP): vermelho, laranja e
amarelo;
Nitrato de índio e gálio (InGaN): verde, azul e branco.
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E o LED branco*?
Basicamente existem três maneiras de produção da luz branca em LEDs:
A partir de três unidades - RGB;
LED Azul + fósforo;
UV LED + fósforo (processo similar às lâmpadas fluorescentes).
*Crossing the chasm – Kevin Dowling – LD+A Magazine – novembro de 2005.
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Principais Fabricantes (LEDs/lentes/produtos)
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Ótica Secundária*
Lentes
encapsulantes
(colimadores)
que
podem
capturar até 95% da luz;
Diversos ângulos e formatos de saída de luz (por
exemplo, 4, 8, 25 e 45 graus);
Principais fabricantes: Fraen – Itália, Polimer
Optics e Carclo – UK.
*Seminário sobre Aplicações em Iluminação com Luxeon – Hotel Club Transatlântico - São Paulo – maio de 2006.
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Eficiência (lm/W)
A
Z
U
L
A
M
A
R
E
L
O
/
V
E
R
D
E
B
R
A
N
C
O
V
E
R
M
E
L
H
O
L
A
R
A
N
J
A
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Evolução: de indicador a iluminador*!
Fluxo [lm]
Potência [W]
Eficiência [lm/W]
Data
120
5
24
2002
300
7,5
40
2004
500
5
100
2005
1000
5
200
2020**
300 ou 400
?
*LEDs in the mainstream – LEDs Magazine – outubro de 2005.
**Solid-state lighting: toward superior illumination – Proceedings of the IEEE – outubro 2005.
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Evolução: de indicador a iluminador!
Iluminador
Indicador
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Manutenção do fluxo luminoso*:
Vida de Ilum inação de LEDs
120
Saída de Luz Relativa (%)
100
80
60
40
LED Alta Luminosidade
LED Branco de 5 mm
20
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Tem po (h)
*NLPIP Lighting Answers – Volume 7 Issue 3 – maio 2003.
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Manutenção do fluxo luminoso*:
Dados de Manutenção do Lúm en
120
Fluorescente T5
Saída de Luz Relativa (%)
100
80
LED Branco de alta
luminosidade
Fluorescente T8
60
Fluorescente T12
Vapor Metálico
40
LED Branco 5 mm
20
Incandescente
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Horas
*NLPIP Lighting Answers – Volume 7 Issue 3 – maio 2003.
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Halógena
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Casos exemplos
Iluminação semafórica:
- foram primeiramente introduzidos
em 1993;
- baixa penetração devido a custos
elevados e falta de padronização.
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Iluminação de escritório:
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Iluminação de escritório:
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Iluminação automotiva*:
*LEDs in the mainstream – LEDs Magazine – dezembro de 2005.
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*LEDs in the mainstream – LEDs Magazine – dezembro de 2005.
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Iluminação automotiva*:
*LEDs in the mainstream – LEDs Magazine – dezembro de 2005.
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Iluminação automotiva*:
*LEDs in the mainstream – LEDs Magazine – dezembro de 2005.
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Iluminação arquitetural:
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Iluminação arquitetural:
Prédio construído em 1821, com
59 janelas e estruturado em
mourões e taipa, foi considerado
o primeiro “arranha-céu” de
Minas Gerais.
Prédio Sobradão – Minas Novas - MG
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Iluminação pública:
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Iluminação pública
Iluminação pública:
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Iluminação pública:
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Iluminação pública*:
Primeira instalação aconteceu nos EUA em 2003;
Foram
instaladas
luminárias;
30
Luminária fabricada pela
empresa
Mooncell
e
batizada como Econo-Lum
possuindo 36 LEDs de 1 W.
*Philips takes control of Lumileds Lighting – LEDs Magazine – outubro de 2005.
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Iluminação pública*:
*Philips takes control of Lumileds Lighting – LEDs Magazine – outubro de 2005.
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Iluminação pública:
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Iluminação pública:
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Iluminação pública*:
Em julho de 2005 a Philips faz sua primeira instalação;
Luminária com 6 LEDs de 3
W e 12 LEDs de 1 W todos
da cor âmbar;
*Philips takes control of Lumileds Lighting – LEDs Magazine – outubro de 2005.
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Iluminação pública*:
Em janeiro de 2006 a Indal faz sua primeira instalação.
*Revista INDAL Noticias – Abril de 2006.
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Iluminação pública:
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Principais vantagens:
Redução dos custos operacionais;
Facilidade de controle e de dimerização;
Possibilidade de um maior controle sobre a TCC;
Permite a mudança radical de
conceitos/paradigmas: luminárias
na ponta do braço? catenárias?
outras soluções?
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Redução poluição luminosa
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Utilização de novas tecnologias de redes sem fio!
Tecnologia de comunicação sem fio - ZigBee;
Mais simples e mais barata que outras como o Bluetooth;
As especificações ZigBee 1.0 foram ratificadas em dez/2004;
Ótimas para aplicações com baixa taxa de transmissão;
Ótimas para aplicações com baixo consumo de energia;
Diversas
empresas
já
estão
desenvolvendo
microcontroladores para LEDs de alta potência com ZigBee.
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Utilização de novas tecnologias de redes sem fio!
Participam da aliança empresas como:
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Iluminação pública
May 30 - June 1, 2006 - Las Vegas, NV
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Problemas a serem solucionados:
Financiamento para pesquisas:
- nos EUA: DOE está investindo US$ 50
Milhões anualmente;
- no Brasil:
- trabalho Eletrobrás / RELUZ
CEFET/MG – R$600 mil;
- P&D da CEMIG – R$1,1 Milhão;
- algum outro?
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Outros problemas a serem solucionados*:
Vida útil:
Alguns fabricantes falam em valores inferiores a
20.000 h – menor que a de alguns sistemas com
lâmpadas fluorescentes/VS;
Reciclagem: Ainda não foi devidamente estudado as
possíveis metodologias
reciclagem dos LEDs;
para
descarte
e
Toxibilidade: Alguns produtos fazem uso de materiais como
o chumbo; existe ainda a questão da
possibilidade de contaminação da água
durante o processo de fabricação.
*Are LEDs really the future? – Jeffrey Boynton – LD+A Magazine – fevereiro de 2006.
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Agradecimentos!
João Gabriel – CEMIG
(31) 3299-2743
[email protected]
[email protected]