Leds Na Iluminacao Arquitetural

LEDs na Iluminação Arquitetural

Introdução

Em 1998, quando começamos nosso trabalho dedicado à tecnologia, os LEDs eram apenas uma promessa como tantas outras que surgiram ao longo do tempo no mercado de iluminação. Nesta época pouco se sabia e muito menos se falava sobre esses “novos” componentes. Hoje temos uma realidade bastante diferente. Além do interesse e da difusão do tema, vários fabricantes de luminárias já oferecem aos clientes diversas opções de produtos para praticamente qualquer aplicação, seja na área residencial, comercial, entretenimento, iluminação pública e de monumentos.

Quando somos convidados a apresentar a tecnologia em palestras por todo o Brasil, notamos por parte dos profissionais da área, um grande interesse pelo tema, motivados pelo desejo do novo e necessidade de atualização profissional. Nas apresentações e cursos mostramos que não se trata da “luz do futuro”, como alguns ainda insistem em apregoar, pois em muitos casos as luminárias em LEDs são a melhor opção técnica ou a única opção, com diversos benefícios para os clientes finais, mesmo quando o tema é tão sensível como o preço.

Outra realidade é a preocupação com a sustentabilidade e as questões ambientais. Estamos passando por uma grande revolução tecnológica com a introdução dos LEDs e a eliminação das lâmpadas incandescentes de baixa eficiência, porém mais importante é a revolução da consciência, comportamento comportamento e postura.

Neste curso vamos mostrar as razões que levam ao profissional de arquitetura e design à escolha da tecnologia de LEDs, pois os clientes quase sempre têm uma série de questionamentos sobre as decisões de projeto e a opção por esse ou aquele equipamento. Da mesma forma apresentaremos o porquê de diferentes tecnologias de geração de luz conviverem sem que uma substitua a outra. Quando a lâmpada incandescente surgiu dizia-se que não haveria mais espaço para a luz gerada através

LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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de chamas (velas, lampiões, etc.). O mesmo se deu com o surgimento das lâmpadas de descarga (fluorescentes) e agora com os LEDs. Quem não se lembra da “febre” que foi o surgimento da Dicróica ou na época do apagão, a aplicação em larga escala e de forma indiscriminada das fluorescentes compactas de luz azulada?

Convidamos a uma abordagem ampla sobre o assunto, passando pela história, tecnologia, produtos, aplicação prática e o mais importante: Muita reflexão.


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Capítulo 1 – Introdução à Tecnologia

1.1 - Visão Geral

Os LEDs são reconhecidos como precursores de uma nova era tecnológica na área de iluminação, graças a diversas vantagens que oferecem em relação às fontes de iluminação convencionais. Estes dispositivos representam uma ruptura na iluminação artificial tradicional, introduzindo novos paradigmas e possibilidades de iluminar.

Os diodos emissores de luz - dispositivos conhecidos pela abreviatura em língua inglesa LEDs (Light Emiting Diodes ) - são fontes luminosas para iluminação artificial. LEDs são semicondutores em estado sólido que convertem energia elétrica diretamente em luz.

Suas formas e tamanho reduzido permitem uma flexibilidade enorme para o design de luminárias e novos conceitos são introduzidos a cada dia.

Ao longo dos anos, várias empresas e profissionais de diversos países estudam meios alternativos de produção e utilização eficiente de energia elétrica. Atualmente as pesquisas buscam por fontes luminosas de baixo consumo, objetivando maior economia de energia. O estudo desta tecnologia e de sua aplicabilidade para a iluminação artificial é extremamente relevante, pois em todo o mundo, são crescentes as preocupações com aspectos ecológicos devido à maior demanda por geração de energia e sua escassez.

Os recentes avanços da tecnologia dos LEDs, fazendo-os ganhar potência e escala mundial com a redução de custo, indicam uma forte alternativa para o mercado da iluminação e vêm sendo chamados de “Green Light”.

O mundo está mudando e é imprescindível mudar.


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1.2 – História e Evolução dos LEDs

Registrado pelo seu descobridor como um “fenômeno curioso”, o primeiro LED que se tem notícia (Electrical World Magazine, Vol 49 – 1907) nasceu da observação do fenômeno da eletroluminescência pelo pesquisador H.J. Round. O cristal de SiC (carborundum) emitiu uma luz amarelada ao ser aplicada uma pequena tensão elétrica.

Em 1955, Rubin Branstein, da Radio Corporation of America realizou experiências com emissão infravermelha utilizando semicondutores GaAs (Gálio e Arsênio).

O pesquisador da GE, Nick Holonnyak Jr., desenvolveu em 1962 o primeiro LED que emitia luz visível (vermelho), baseado na tecnologia GaAsP ( Gálio, Arsênio e Fósforo).

Nos anos 60 e 70, empresas como a Hewlett Packard foram pioneiras na comercialização em larga escala de LEDs, tornando seu uso difundido em vários produtos como indicadores de ligado/desligado de equipamentos eletrônicos até relógios e calculadoras.

Já nos anos 80, novas tecnologias de semicondutores permitiram sua miniaturização, possibilitando novos formatos e brilho mais intenso. Nesta época já eram utilizados em semáforos porém ainda não emitiam luz em intensidade suficiente para o uso em iluminação.

Somente em 1993, em uma pequena empresa do Japão: NICHIA, Dr. Shuji Nakamura inventou o primeiro LED azul de alto brilho. Esta descoberta possibilitou a criação do LED branco e é considerado um marco na indústria de iluminação.

Na década de 90 a indústria automobilística mundial interessou-se pelo uso da tecnologia a ponto de incluir os LEDs em diversos pontos do carro, desde o painel às LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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luzes de sinalização. Devido à elevada demanda proporcionada pela indústria automobilística houve uma evolução das características como maior variedade de cores, brilho e potência.

Em 1997/1998 surgem às primeiras luminárias de uso arquitetural produzidas em larga escala. Os modelos foram apresentados em feiras especializadas nos EUA e Europa (Light Fair e Light & Building) e eram do tipo balizadores de piso e luzes de emergência.

No ano 2000, a empresa Lumileds lançou o LED LUXEON I, elevando o patamar da tecnologia aos nunca antes possíveis 25 lumens em um único emissor, com uma plataforma que foi o grande divisor de águas. Neste ponto podemos dizer que tivemos mais um marco no avanço da tecnologia e a plataforma “Luxeon” anos mais tarde passou a ser adotada por vários fabricantes. Tão forte foi esta ruptura que até hoje a marca Luxeon se confunde com o próprio produto assim como a marca Gillette virou o nome para lâmina de barbear.

A plataforma Luxeon ganhou o mundo e várias indústrias “satélites” surgiram em torno desta plataforma gerando soluções de ótica secundária, dissipação térmica, drivers, controles, softwares e consultoria.

A Lumileds introduziu no mercado constantes inovações, sendo que em 2003 criou o LUXEON III, com emissão de até 80 lumens. No mesmo ano ofereceu ao mercado LEDs LUXEON I na cor branca com temperatura de cor de 3200K e IRC de 90. Até então só havia disponibilidade LED LUXEON I em branco com temperatura de cor elevada.


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Outras empresas que já atuavam no segmento de semicondutores e opto-eletrônicos lançam seus LEDs de potência como a Edison, Cree, Lâmina Ceramics, Everlight, entre outras.

A tecnologia evoluiu muito rapidamente e em dez anos tivemos um crescimento avassalador após um período de 40 anos desde o seu surgimento.

O contexto atual mostra que uma grande parte dos fabricantes de luminárias do mundo oferece produtos que utilizam a tecnologia de LEDs. Por outro lado, os grandes fabricantes de lâmpadas como Philips, Osram e GE têm pesquisado LEDs que produzam luz branca de qualidade, com alto IRC, temperatura de cor estável e, é claro, a preços acessíveis, para que possam competir com as já tradicionais lâmpadas incandescentes e fluorescentes.

Em 2008, ou seja, dez anos após o lançamento dos primeiros equipamentos de iluminação com LEDs, a maior feira de iluminação do mundo, a Light & Building, em Frankfurt/Alemanha mostrou uma larga aplicação destes componentes em inúmeras situações. Uma verdadeira mostra da evolução.

Para os céticos sobre o “poder” de iluminação dos LEDs, não faltaram exemplos de que esses minúsculos emissores de luz já estão dando conta do recado tanto na iluminação urbana com postes de seis a oito metros de altura com LEDs, quanto em spots, projetores, embutidos e pendentes iluminando todo o ambiente.

Ainda é recente está história de LEDs na iluminação arquitetural e o mundo está clamando por soluções eficientes, ecologicamente corretas, racionais e sustentáveis e as indústrias estão imputando aos LEDs esta missão.

O que era futuro, hoje já faz parte do presente e muita coisa ainda vai surgir. Vamos em frente nesta revolução tecnológica e ajudar a escrever esta história. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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Capítulo 2 - Características Construtivas e Elétricas Para melhor compreender o mecanismo de funcionamento do LED, é fundamental ter uma noção do que são semicondutores e diodos.

Semicondutores são materiais que não são nem condutores nem isolantes. Alguns elementos químicos têm esta propriedade e quando combinados de forma adequada formam o diodo semicondutor (o nome diodo significa contração de dois eletrodos).

O diodo é o mais simples dos dispositivos semicondutores, mas exerce um papel vital em sistemas eletrônicos, pois a partir desta descoberta foi possível a invenção dos transistores e circuitos integrados, os famosos chips.

O LED, tema de nosso estudo, é um tipo particular de diodo, ou seja, semicondutor em estado sólido que converte energia elétrica diretamente em luz. A luz do LED é gerada


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dentro do chip, um material de cristal sólido. O chip gerador de luz é pequeno, geralmente com 0,25mm2.

O princípio de funcionamento do LED baseia-se nos níveis de energia. Com esse tipo de dispositivo, a tensão aplicada leva os elétrons aos níveis mais altos de energia, que é devolvida, quando eles retornam para seus níveis originais, em forma de luz. Como elementos diferentes têm diferentes níveis de energia, a cor da luz irradiada (vermelha, verde, laranja, etc.) depende do material utilizado. Desta forma, os nomes dos LEDs vêm dos elementos da Tabela Periódica que os compõem.

Cor

Comp. de onda (nm)

Tensão (V)

Infravermelho

λ > 760

ΔV < 1,9

Vermelho

610 < λ < 760

1,63 < ΔV < 2,03

Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)

Laranja

590 < λ < 610

2,03 < ΔV < 2,10

Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)

Amarelo

570 < λ < 590

2,10 < ΔV < 2,18

Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)

2,18 < ΔV < 4,0

Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN) Gallium(III) phosphide (GaP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Aluminium gallium phosphide (AlGaP)

Verde

500 < λ < 570

Material Semicondutor Gallium arsenide (GaAs) Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)

Azul

450 < λ < 500

2,48 < ΔV < 3,7

Zinc selenide (ZnSe) Indium gallium nitride (InGaN) Silicon carbide (SiC) as substrate

Violeta

400 < λ < 450

2,76 < ΔV < 4,0

Indium gallium nitride (InGaN)

λ < 400

3,1 < ΔV < 4,4

diamond (C) Aluminium nitride (AlN) Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN)

Faixa do espectro visível

ΔV = 3,5

Ultravioleta

Branco

Chip Azul ou UV com fósforo

A obtenção da luz através de LEDs ocorre quando os mesmos são diretamente polarizados, permitindo a passagem de uma corrente elétrica. Os elétrons se movem através da junção PN do semicondutor e se recombinam com as lacunas (cargas positivas). Quando as duas cargas são recombinadas, a luz é emitida.


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Esquema de emissão de luz de um LED.

Um LED do tipo 5mm contém um chip e uma lente de encapsulamento em epóxi. A lente é usada para direcionar e controlar a distribuição dos raios de luz, ou para servir como um filtro ótico e aumentar o contraste quando colorida. O encapsulamento em epóxi e a estrutura com os terminais positivo, e negativo (catodo e anodo) ocupam a maior parte do seu volume.

A desvantagem desta tecnologia de fabricação é a baixa dissipação térmica (que é feita pelos Leads – terminais de conexão elétrica) e pequena potência, ocasionando menor brilho que varia tipicamente de 100mcd a 1000mcd (milicandelas), razão pela qual são normalmente

utilizados

como

indicadores.

LED indicador tradicional de 5mm.


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Já nos LEDs de alto desempenho, o arranjo dos terminais de conexão elétrica é distinto do sistema de dissipação térmica, permitindo a utilização de maiores correntes de alimentação (até 1500mA).

LED de potencia tipo Luxeon. - Lumileds

É muito importante frisar que os LEDs já emitem a luz em determinada cor, não sendo necessário utilizarem-se filtros cromáticos, equívoco que algumas pessoas ainda pensam ser possível, por falta de conhecimento e compreensão desse dispositivo. Hoje, com a tecnologia existente, já é possível emitir luz em qualquer cor ou tonalidade desejada, podendo-se ainda, no caso da luz branca, escolher a temperatura de cor mais adequada.

Iluminação genérica significa luz branca e um tipo particular de luz branca. O olho humano é bastante sensível a pequenas variações no conteúdo espectral das fontes de luz. O sol, por exemplo, tem uma temperatura de cor que varia de 3000K a 6500K dependendo da hora do dia, tempo e estação do ano. Perto de 3000K a 4000K, onde lâmpadas incandescentes e halógenas operam, o olho humano pode detectar mudanças na temperatura de cor da ordem de 50K a 100K. Múltiplas fontes de luz, visíveis ao mesmo tempo, devem possuir, portanto, temperaturas de cor aproximadas, podendo variar de 50K a 100K.

A fonte de luz branca deve possuir boa reprodução de cores. O sol de meio-dia e as lâmpadas incandescentes possuem índice de reprodução de cores (IRC) igual a 100. Lâmpadas fluorescentes possuem IRC que varia entre 75 a 90. Em 2001, devido à crise de energia, o mercado brasileiro utilizou lâmpadas fluorescentes compactas com o


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objetivo de diminuir o consumo. Entretanto a qualidade das lâmpadas importadas disponíveis não era adequada e os consumidores rapidamente perceberam que os objetos estavam com cores distorcidas, devido ao baixo IRC. Portanto, para que uma fonte de luz branca seja considerada adequada à iluminação, a temperatura de cor não deve diferir mais que 100K, e o IRC deve ser maior que 75.

Quadro de August Renoir iluminado com 2 fontes de luz: à esquerda com alto IRC e a direita com baixo IRC. - Schubert 2003.

Existem três formas gerais de obtenção de luz branca nos LEDs:

- O primeiro método mistura diretamente luzes de três fontes monocromáticas, vermelhas, verdes e azuis (processo RGB – red, green, blue) para produzir uma fonte de luz branca através da combinação das três cores no olho humano.

- A segunda técnica usa um LED ultravioleta para excitar uma combinação de fósforos vermelhos, verdes e azuis.


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- A terceira técnica usa um LED azul para excitar um ou mais fósforos emissores de luz visível. O LED é projetado para deixar “vazar” um pouco da luz azul entre o fósforo para gerar a porção azul do espectro, enquanto o fósforo converte a porção remanescente da luz azul em porções vermelhas e verdes do espectro. A resultante do processo é a luz branca.

Cada uma dessas técnicas tem potenciais vantagens e desafios técnicos:

Formas de obtenção de luz branca com LEDS. Lumileds Technology Tutorial .

A forma mais comum de obtenção de luz branca é a baseada em LED azul e um fósforo amarelo complementar. Esta tecnologia é a utilizada pela maioria dos fabricantes e se tornou padrão em produtos de iluminação por razões de custo e confiabilidade.

Determinar a correta proporção de azul/amarelo depende de ter a correta quantidade, densidade e tamanho de partícula do fósforo, distribuídos no chip emissor de luz azul.

Variação em qualquer um desses parâmetros fornecerá aumento na cor ou variações na temperatura de cor em ângulos de visão diferentes de um emissor ou entre LEDs


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adjacentes, o que é facilmente percebido em arranjos de led do tipo linear ou quando luminárias são colocadas lado a lado iluminando uma parede, por exemplo.

Estrutura de um LED 5mm branco (a) – Detalhe da cobertura do chip pelo F ósforo amarelo (b). Schubert 2003.

Como em qualquer produto produzido em larga escala, os LEDs possuem variações das características técnicas e de qualidade. A indústria estabeleceu procedimentos de teste de alguns parâmetros que são importantes aos usuários da tecnologia. A estes controles se deu o nome de " BIN selection". Os fabricantes geralmente informam três parâmetros:

-

Fluxo Luminoso;

-

Cor;

-

Tensão de alimentação.


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Classificação dos LEDS, (BIN selection). - Lumileds

Os BINS são importantes, pois os fabricantes de luminárias precisam garantir a qualidade de seus produtos controlando os estoques de LEDS a fim de proporcionar aos clientes um atendimento às seguintes questões:

-

Evitar a variação das tonalidades de cor, principalmente quando as luminárias são instaladas próximas umas da outras, pois o olho humano consegue distinguir diferenças tão pequenas como 5nm no comprimento de onda;

-

Evitar variações de brilho (fluxo luminoso) pelas mesmas razões acima e por conta de atender as expectativas do projeto luminotécnico;

-

Especificação da fonte de alimentação (Driver);

-

Manutenção e substituições futuras. Apesar de sua estimativa longa vida, os LED podem falhar ou o cliente pode solicitar um aumento do número de luminárias no ambiente, sendo assim, o fabricante de luminárias deve manter um histórico de cada BIN utilizado nos equipamentos.


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Os LEDs são produzidos e recebem identificação individual do fabricante para que a indústria de luminárias possa ter controle de seus estoques. A forma típica de identificação de um LED LUXEON STAR é a gravação de seus códigos no seu dissipador.

Código de Cores para os LEDS. Identificadores

Cores

W

White (Branco)

B

Blue (Azul)

E

Cyan (Cyan)

G

Green (Verde)

A

Amber ( Âmbar)

R

Red (Vermelho)

Rótulos dos LEDS. Lumileds

Devidamente identificado o LED, precisamos conhecer em detalhes os parâmetros técnicos relacionados ao fluxo luminoso, cor e tensão de alimentação. A primeira letra indica o fluxo que neste caso pode variar conforme mostrado na tabela a seguir.


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A segunda e a terceira letras do código indicam a cor do LED, entretanto, devido à dispersão paramétrica inerente ao processo de fabricação dos semicondutores, ocorrem variações nos comprimentos de onda.

Assim, um LED azul pode ter um comprimento de onda de 485nm e um LED cyan, de comprimento de onda 490nm, tem praticamente as mesmas características. Na prática, o fabricante de luminárias deve realizar as compras de seus LEDs exigindo uma pré-seleção dos BINs. Desta forma pode controlar os estoques evitando códigos que venham a causar problemas de variação nas cores. O gráfico a seguir facilita o entendimento deste efeito:

Quando se fabricam produtos que utilizam LEDs brancos, devemos nos preocupar também com a temperatura de cor, sendo que os fabricantes disponibilizam tabelas para os padrões de branco 3000K, 4000K e 5000K (morno, neutro e frio). Esta variação de temperatura de cor pode ser mais bem compreendida através do seguinte gráfico:


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Este é o gráfico de Bins de temperatura de cor disponíveis para os LEDs de potência, entretanto em 2008 a Philips Lumileds apresentou ao mercado um novo tipo de led, o Luxeon Rebel, com tecnologia de fósforo cerâmico, onde avanços significativos de processos de produção prometem resolver este problema.

A tecnologia de Lumiramic utiliza uma placa de fósforo cerâmico sobre um chip de LEDS denominado TFFC (Thin Film Flip Chip).


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O processo combina um emissor de luz Royal Blue, previamente selecionado pelo seu comprimento de onda, com a placa de fósforo cerâmico e graças a esta perfeita interação, a temperatura de cor resultante é previsível e controlada, gerando menos perdas de produção e estabilidade nos bins de branco. Com o avanço desta tecnologia, no futuro, a distribuição da temperatura de cor estará concentrada em apenas uma coluna ao longo da curva do corpo negro, conforme gráfico abaixo:

Outras vantagens da tecnologia Luxeon Rebel:

- Opções em branco (2800K a 10000K) - Cores em vermelho, verde, cyan, azul royal, azul, âmbar, laranja; - Menor variação de temperatura de cor; - Testados e classificados @ 350mA; - Corrente máxima é operação de 1A; - Maior temperatura de operação (T J = 150°C); - Ótica simplificada.


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A quarta letra da codificação indica a tensão de alimentação de cada LED. Este parâmetro influencia o projeto de fontes de alimentação (drivers), principalmente quando vários LEDs são ligados em conjunto. Como vimos, as tensões variam de 1,6V a 4,4V dependendo do semicondutor usado na fabricação do chip.

Finalmente, 30 anos após a introdução do primeiro LED comercial em 1968, o panorama esta formado para novas aplicações, mas o grande advento e a real potencialidade da tecnologia dos LEDs derivam da produção da luz branca com qualidade.

Quando o tema é o custo, podemos afirmar que os LEDs de alta potência têm o mesmo destino de itens de alta tecnologia, pois fato similar já ocorreu com a indústria de informática (computadores) e de telecomunicações (celulares) onde os preços caíram ao longo dos anos. LEDs de qualidade têm um custo atual variando de 3 a 20 dólares, dependendo do fabricante e do modelo.


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Capítulo 3 – Componentes Acessórios para LEDs A indústria mundial oferece uma série de soluções e serviços que viabilizam a aplicação da tecnologia LED. No cenário da Iluminação Arquitetural, as luminárias de LEDs se utilizam de componentes fundamentais ao seu funcionamento e outros que por sua vez maximizam seu desempenho.

A seguir relacionamos os principais itens e para saber mais sobre os fabricantes, cálculos, tabelas e fórmulas, consultem o banco de links do workshop.


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3.1 - Drivers de Alimentação

Como vimos no capítulo anterior, os LEDs são alimentados em baixa tensão e em corrente contínua. Fazendo uma analogia com a tecnologia de iluminação convencional, as fontes de alimentação estão para os LEDs assim como os reatores estão para as lâmpadas fluorescentes e os transformadores estão para as lâmpadas halógenas dicróicas de 12 Vca. O mercado mundial denomina estas fontes de " drivers" , termo que utilizaremos quando nos referirmos a estes dispositivos.

O driver é uma fonte de alimentação eletrônica, de configuração remota, com uso mais adequado a cargas que necessitem de corrente contínua regulada e estabilizada, como os LEDs. Um bom driver deve atender as seguintes especificações;

-

Converter a corrente alternada em corrente contínua;

-

Transformar a tensão da rede (127/220Vca) em um nível adequado a operação;

-

Filtrar os "ruídos", reduzindo a ondulação na tensão retificada;

-

Ter isolamento entre o circuito de saída em corrente contínua, da entrada de rede elétrica em corrente alternada;

-

Ser dotada de circuitos de proteção contra eventuais curtos-circuitos na saída;

-

Ter a tensão de saída regulada e estabilizada, independentemente da variação da tensão de entrada (90 a 240Vca);

-

No caso de alimentação de múltiplos LEDs, prover a variação proporcional da tensão, entretanto mantendo a corrente do circuito série constante.

Driver em Placa

Driver Conversor DC/DC


Driver Xitanuim Advanced

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3.2 – Dissipadores

Muito se fala que LEDs não emitem calor e o que vimos no capítulo anterior é que a luz emitida pelo LED não irradia calor, mas seu chip sim e este calor precisa ser retirado eficientemente do LED, pois a temperatura neste caso é o vilão e encurta sua vida útil.

Para garantir que os LEDs trabalhem dentro da temperatura de junção admitida por cada fabricante é necessário utilizar dissipadores de calor para reduzir sua temperatura de operação. A eficiência de um dissipador depende basicamente do material utilizado (geralmente alumínio) e da área em contato com o ar. Quanto maior a área, maior a dissipação térmica.

A própria placa de circuito impresso de vários LEDs já funciona como seu dissipador e são conhecidas no mercado como PCI Star por seu formato “estrela”. É importante mencionar que para determinadas potências de LEDs, a PCI Star já é suficiente para cumprir esta função de dissipação térmica, mas para LEDs de maior potência é insuficiente.

Led Emmiter (sem dissipador)

Led Star (PCI dissipadora)

Led Star + Dissipador

Quanto maior a potência do LED, mais calor ele gera e conseqüentemente mais calor a ser dissipado. Um arranjo (cluster) com vários LEDs passa pelo mesmo problema.

Várias empresas comercializam dissipadores para várias potências de LEDs e os fabricantes dos chips normalmente fornecem tabelas e metodologias de cálculo para dimensionar dissipadores. Veja em nosso banco de links.


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Exemplo de dissipadores para LEDs

Outra abordagem para projeto térmico é oferecida pelo Fabricante EDISON, onde se aplicam tabelas que referenciam a vida útil esperada do componente e em função da temperatura de junção, assim é possível prever qual seria o número de horas de operação para um determinado produto, como se segue:

Tabela Edison


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Entretanto, a temperatura do chip do LED é difícil de ser medida, assim calcula-se esta variável baseado na área do dissipador e na potência aplicada no LED (exemplo = 1W).

Se o LED for Edixeon 1W podemos sugerir e comparar 3 produtos para calcular a temperatura de junção. Veja como a vida útil depende fundamentalmente da área do dissipador:

Supondo uma temperatura ambiente de 40°C. e dissipadores de alumínio, segue:

Área Dissipador

T (junção)

Vida Útil (h)

30 cm²

71,1

44.720

60 cm²

62,7

58.600

90 cm²

57,9

81.300


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3.3 – Ótica

Os LEDs têm características únicas quando comparados às fontes de luz tradicional, pois são construídos com um cuidado extremo no que diz respeito ao seu projeto ótico. No caso dos LEDs devemos lembrar lembrar que eles são direcionais, pois já já são dotados de uma ótica primária no próprio encapsulamento. O mercado adota alguns padrões de distribuição da luz para os LEDs:

Lambertian

Batwing

Side- Emitting

Philips Lumileds

Utilizam-se lentes e refletores nos LEDs para controlar a abertura do facho. Abaixo temos os gráficos comparativos de um LED Luxeon I, lambertian em branco com temperatura de cor de 3000K;

Luxeon I , lambertian, sem ótica - Lumileds


Luxeon I , lambertiano, lambertiano, com ótica - Lumileds

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As

lentes, também chamadas de colimadores, transmitem a luz e são posicionadas

entre a fonte de luz e o objeto a ser iluminado. As lentes podem mudar a direção e a qualidade da luz emitida pelo LED pela concentração do facho, reduzindo o ofuscamento e as perdas de luz.

São fabricadas em um material conhecido como acrílico PMMA, (polymethylmethacrylate) que é um termoplástico amorfo com excelentes propriedades óticas (92% de transmissão luminosa). Tem excepcional resistência a radiação UV, mantém suas características em temperaturas de -40°C a 80°C, porém é fácil de ser arranhado.

Led + Lente - Fraen

Diagrama ótico - Fraen

Existem várias empresas que se dedicam a ótica específica para LEDs e para todos os modelos de diversos fabricantes diferentes, com uma gama de abertura de fachos, formatos, tamanhos e até correção de cor na própria lente, ou seja, uma infinidade de combinações onde a imaginação e a compatibilidade técnica é o limite.

Exemplo de variedade de lentes


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Os refletores disponíveis para LEDs têm um design muito similar aos utilizadas em lâmpadas e luminárias tradicionais, a diferença básica esta em seu tamanho, que aproveita a miniaturização promovida pela tecnologia.

O princípio de montagem é simples, pois de acordo com cada fabricante de LED, eles são naturalmente encaixados (por vezes colados) aos LEDs, formando um conjunto emissor/refletor bastante familiar.

As vantagens da utilização deste tipo de ótica secundária é o baixo preço, ausência de "anéis" na luz projetada, e maior intensidade no facho central, entretanto, como não há um controle do facho diretamente emitido pelo LED, pode provocar um efeito indesejável, o ofuscamento.

Distribuição da luz do LED com auxílio de refletores de fachos diferentes - Khatod


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Capítulo 4 – Prós e Contras da Tecnologia Os benefícios e problemas proporcionados pela tecnologia são temas nos congressos e feiras no mundo. Muito se diz sobre o que é verdade e o que é mito, vamos tentar esclarecer alguns deles:

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100.000 horas de vida útil: este conceito é da época que os LEDs eram produtos usados apenas em sistemas de indicadores de estado (on-off) e as correntes de alimentação raramente excediam 20mA. Nos produtos desenhados para uso em iluminação, se utilizam correntes de alimentação da ordem de 350mA a 1500mA. Vida útil é uma função da potência aplicada ao LED e do correto dimensionamento do sistema de dissipação de calor. O calor provoca a degradação do fósforo nos LEDs brancos causando uma depreciação no brilho e variação da temperatura de cor. Atualmente os LEDs de boa qualidade têm especificação de 20.000h a 50.000h com uma perda do fluxo luminoso de 30%, mesmo conceito empregado pelos fabricantes de lâmpadas tradicionais para definir a sua vida útil.

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Alta eficiência: hoje os fabricantes de LEDs divulgam eficiências entre 25 a 65 lm/W. Entretanto apesar destes apresentarem um consumo baixo individualmente, deve-se levar em consideração que o menor fluxo deveria ser compensado com um número maior de LEDs por luminária. Assim como nas fontes de luz tradicionais, deve se considerar que o LED sozinho pode até ser eficiente, mas uma luminária tem diversos componentes que podem reduzir sua eficiência como a ótica, o design, o driver e os dissipadores de calor.

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Baixo consumo de energia: é inerente à tecnologia, pois os LEDs atuais consomem pouco, quando comparados às lâmpadas de mercado. Em instalações comerciais o projeto deve considerar a economia proporcionada


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pela menor emissão de calor ao ambiente o que resultará em menores gastos com refrigeração.

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Ausência de radiações de infravermelho: radiações acima de 780nm sá basicamente calor. Não há componentes de comprimento de onda da faixa do infravermelho nos LEDs, portanto a luz emitida por eles é "fria", não alterando as cores dos pigmentos dos objetos iluminados. Entretanto, conforme já mencionada, o chip do LED produz calor, e o projeto da luminária deve prever sua dissipação.

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Ausência de radiações ultravioletas: radiações entre 250nm a 380nm são extremamente danosas. O LED branco é fabricado a partir de um chip com emissão azul recoberto com um fósforo amarelo. O comprimento de onda do LED azul é tipicamente de 472nm, portanto não há componentes de comprimento de onda na faixa de UV.

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Alto índice de reprodução de cor: para os LEDs brancos com temperatura de cor de 3000K, o índice está entre 85 a 90. Já nos LEDs brancos com temperatura de cor em torno de 5000K o índice é 70%. Infelizmente o fluxo luminoso nos LEDs de 3000K é menor que nos de 5000K devido a maior perda introduzida pela camada de fósforo amarelo.

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Disponibilidade de temperaturas de cor de 2.700°K a 8000°K: o que é excelente, pois compatibiliza com a indústria de lâmpadas tradicionais. Porém o especificador ou fabricante de luminária deve exigir a pré-seleção, o que aumenta o custo. Infelizmente, mesmo com a seleção do fabricante e necessário o controle de qualidade dos lotes, pois o estado da técnica atual permite a variação na temperatura de cor em até 80°K para LEDs de mesmo BIN, confrontando com o fato de sermos capazes de perceber ate 50°K de variação de temperatura de cor.


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Cores saturadas: podem ser obtidas diretamente das luminárias de LED. A filtragem da luz branca produzida pelo LED não é recomendada. A desvantagem e que não há cores intermediarias, como as obtidas com filtros e lâmpadas tradicionais, por outro lado, por serem componentes eletrônicos, são facilmente integrados a tecnologias digitais para obtenção de efeitos.

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Dimerização: é possível, entretanto o projeto da fonte de alimentação deve permitir a dimerização. Alguns modelos de luminárias podem ser dimerizadas utilizando-se transformadores e drivers em conjunto com dimmers tradicionais. Em outros casos e necessário a utilização de interfaces para conversão dos protocolos que cada fabricante utiliza.

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Custos de manutenção reduzidos: sua vida útil é elevada, permitindo menores custos de reposição, mão de obra, paradas não programadas no serviço, etc. Porém o custo de implantação ainda é considerado alto e nem todo projeto consegue ter o retorno do investimento apenas com a ausência de manutenção.

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Controle de cores: é um conceito que foi "importado" da iluminação cênica onde se utilizam os sistemas de "color changing" (luminárias com filtros coloridos e sistemas mecânicos que trocavam os filtros e lentes, proporcionando efeitos dinâmicos de cor e movimento). Quando se utilizam LED, as luminárias com este efeito têm fontes dimerizáveis incorporadas, controladas por hardware e software permitindo milhares de combinações.

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Luminárias mais eficientes: são fontes de luz pontuais, com uma perda menor que as lâmpadas tradicionais. Na verdade é normal se utilizar de óticas secundárias que controlam o facho original do LED. Estes dispositivos são produzidos com polímeros de alta pureza e desempenho, com eficiência típica de 90%.


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Diversidade de ângulos de abertura de facho: permite aos especificadores escolher os efeitos desejados através do uso de lentes secundárias. O mercado se profissionalizou de tal forma que há diversos fornecedores de lentes com dezenas de opções de facho: abertos, fechados, simétricos ou não, inclusive com fachos elípticos.

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Pequenas dimensões: permite o design de luminárias menores que as tradicionais. Os projetos luminotécnicos e a arquitetura enfrentam problemas constantes de posicionamento das luminárias em ambientes cada vez menores ou por conta da interferência com os projetos de refrigeração, sistemas de prevenção de incêndio, etc. Na área comercial as vitrines e displays de demonstração devem aproveitar ao máximo o espaço útil, ocasionando uma aproximação entre as fontes de luz e os objetos a serem iluminados e quando isso ocorre, uma luminária pequena, que não emite calor ou radiação ultravioleta freqüentemente é a melhor opção de projeto.

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Aspectos ecológicos: não se utilizam mercúrio, chumbo e outros materiais considerados como potencialmente danosos ao meio ambiente. Infelizmente o processo de fabricação de LEDs ainda utiliza grandes quantidades de energia para a produção dos semicondutores, fato que é parcialmente compensado pela alta quantidade de chips produzida em relação à energia aplicada ao processo. Outro fator determinante é seu tamanho, reduzindo o impacto do descarte do produto na natureza.

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São componentes bastante robustos: possibilita seu uso em ambientes em que outras fontes de luz necessitariam de proteção extra, como automóvel e aplicações outdoor. Entretanto devem ser acondicionados em luminárias evitando umidade e controlando o calor produzido pelo chip.


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Baixa tensão de operação: não chega a ser uma vantagem explícita pois na arquitetura se utiliza um acessório de conversão (fontes de alimentação ou transformadores) da corrente elétrica alternada da rede comercial, mas traz segurança quando os equipamentos são pensados para receber 12 Vca, como por exemplo em aplicações subaquáticas.

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Acionamento instantâneo: não há a partida lenta de alguns produtos da iluminação tradicional que necessitam de alguns minutos para operar a 100%, como por exemplo, as lâmpadas de descarga (sódio e multi-vapores metálicos).

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Custos elevados: comparado ao preço praticado pelos fabricantes de produtos tradicionais de iluminação as luminárias com tecnologia de LEDs são mais caras. Uma lâmpada dicróica de 50W e um transformador eletromagnético podem ser comprados no mercado por preços tão baixos quanto USD 10,00, apesar de existirem produtos de alta qualidade no mercado com valores até 20 vezes maiores. A pergunta a ser feita é: Qual o benefício que o projeto de iluminação terá com a utilização de uma luminária com LED? Caso o único valor percebido pelo cliente seja o custo do produto, provavelmente a tecnologia de LED não deverá ser utilizada. Por outro lado, em aplicações onde os benefícios listados anteriormente são relevantes, vale à pena utilizar LEDs.

Os LEDs são apontados freqüentemente como o futuro da iluminação e nisso discordamos totalmente, pois eles já são parte integrante do mercado. Graças às suas características e benefícios, os LEDs não são apenas mais uma opção de fontes de luz no mercado. Eles trazem consigo novos conceitos, novas possibilidades de iluminar e uma mudança de paradigma, quando comparados às fontes de luz tradicionais.

Neste cenário, a imaginação é o limite.


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Capítulo 5 – Visão geral sobre Lâmpadas Os atributos de um projeto estão intimamente ligados às demandas por eficiência energética, conforto ambiental, e por que não, da emoção. Na elaboração de um projeto de iluminação o profissional precisa conhecer as fontes de luz para uma correta especificação das luminárias, seu posicionamento, quantidade, etc.

No nosso caso, tratamos de iluminação artificial, razão pela qual vamos conhecer alguns tipos de lâmpadas para um melhor entendimento e futura analogia com a Tecnologia de LEDs.

Geralmente as lâmpadas são classificadas pelo princípio de geração de luz: incandescentes ou descarga.

5.1 – Incandescentes

Com mais de um século de história, as lâmpadas de filamento incandescente são atualmente fabricadas com tungstênio e um bulbo de vidro com um gás inerte (nitrogênio ou argônio) criando-se uma atmosfera protetora, que minimiza a degradação do filamento. Uma fração da energia irradiada pelo filamento aquecido está no espectro visível, porém a maior parte é convertida em calor e infravermelho.

O formato do bulbo pode variar: pêra, bolinha, vela etc. Dentre suas características podemos citar as mais relevantes da tecnologia: IRC 100%, temperatura de cor 2700 K e podem ser dimerizadas.


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5.2 - Halógenas

Estas lâmpadas são a evolução das tradicionais incandescentes. Possuem uma tecnologia de regeneração do filamento de tungstênio possibilitando uma vida mais longa (2000 a 4000 horas) e temperatura de cor mais elevada (3000 K). Devido às pequenas dimensões, possibilitou a inserção do bulbo em refletores dicróicos que desviam parte do calor para trás, reduzindo a radiação térmica emitida pela lâmpada.

As lâmpadas dicróicas operam em baixa tensão, necessitam de transformador para sua operação e podem ser dimerizadas quando usamos transformadores eletromagnéticos e alguns modelos de transformadores eletrônicos. Recentes avanços incorporaram filtros UV. As lâmpadas halógenas também podem ter diversas potências, serem ligadas a rede elétrica diretamente, ter um refletor do tipo PAR ou uma forma mais esguia, modelo "palito".

5.3 - Lâmpadas de Descarga

Nestas lâmpadas, a radiação é emitida pelos gases confinados dentro de um tubo submetido a uma descarga elétrica. O aquecimento inicial dos eletrodos provoca a vaporização do composto metálico, cujos elétrons são acelerados pela diferença de potencial dos mesmos, gerando colisões e mudanças de órbita, emitindo radiação na faixa de ultravioleta.

Nas lâmpadas fluorescentes, que são do tipo de baixa pressão, um revestimento de fósforo converte o UV em luz visível.

As lâmpadas fluorescentes tubulares tipo T5 são as mais eficientes de sua classe, proporcionando um fluxo luminoso considerável, melhor aproveitamento da luz por conta de seu menor diâmetro (16 mm) e com diversas opções de temperatura de cor. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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As fluorescentes compactas, com ou sem reatores incorporados, entraram no mercado devido a uma necessidade de retrofit, pois devido ao seu tamanho e forma permite a troca das lâmpadas incandescentes. Algumas versões possuem soquete do tipo E27, idêntico aos das lâmpadas incandescentes, contribuindo para um maior número de opções de elevada eficiência em tamanhos reduzidos.

As preocupações com eficiência energética são uma constante no dia a dia dos projetistas, razão pela qual, pesquisas constantes são realizadas nos fabricantes de lâmpadas visando aumentar os limites que cada tecnologia oferece. A tabela a seguir, é parte de um trabalho que mostra uma comparação entre as diversas lâmpadas disponíveis:

Feldman

Os LEDs não fizeram parte desta pesquisa, porém os dados disponibilizados dos fabricantes informam eficiências da ordem de 25 a 65 lm/W o que os situa próximos a alguns tipos de lâmpadas fluorescentes. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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Capítulo 6 – LEDs x Lâmpadas O título deste capítulo parece até uma grande rivalidade como em jogos de futebol (Brasil x Argentina), mas não se trata disso. Não estamos levando a discussão para uma disputa na aplicação de duas tecnologias e sim uma visão panorâmica do que tem sido feito no mercado.

Em verdade, uma tendência natural, pela natureza de gerar luz, é que os LEDs sejam confundidos com lâmpadas. Já mostramos anteriormente que não é o caso e para sua aplicação na arquitetura são necessários cuidados e acima de tudo que se tenha, no mínimo, uma escala para que seja possível manipulá-los.

Halógena Bipino – uma das menores lâmpadas do mercado

Led Rebel – mínimas dimensões

Os Light Designers comentam que a primeira decisão que devem tomar em um projeto luminotécnico é a escolha das lâmpadas que vão compor os ambientes. Esta escolha é fundamental, pois define características básicas, como a adequação ao projeto de arquitetura, o conforto ambiental e aspectos econômicos.

Antes dos LEDs surgirem, as lâmpadas tradicionais e suas respectivas luminárias já ofereciam inúmeras opções na elaboração dos projetos. Recentemente os profissionais de arquitetura e design têm mais uma tecnologia de emissão de luz para simplificar (ou dificultar) seu trabalho.


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Uma das primeiras aplicações práticas de LEDs na iluminação ocorreu quando alguns fabricantes disponibilizaram lâmpadas com o formato das famosas "dicróicas". Estas lâmpadas viraram uma "febre" no mercado, o que causou um problema: O cliente final esperava que o produto substituísse o original, já que a forma da lâmpada e o soquete permitiam um retrofit imediato. Infelizmente não foi o que ocorreu, pois o fluxo luminoso era muitas vezes inferior, a vida útil prometida não chegava perto das 100.000 horas e até hoje as lâmpadas baseadas em LEDs do tipo 5mm tem um estigma de produto de baixa qualidade.

Lâmpada Leds 5mm

Formato padrão da dicróica 50W

A situação atual das lâmpadas baseadas em LEDs melhorou significativamente com os grandes fabricantes mundiais de lâmpadas oferecendo produtos de qualidade, com especificações técnicas realistas e soquetes variados para integração com as luminárias tradicionais. Nestes produtos é possível notar que o design se preocupou com aspectos importantes como o tipo de LED utilizado, a ótica secundária com uso de lentes, o projeto térmico que incorporou dissipadores no corpo da lâmpada e as opções de alimentação elétrica.


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Lamina Ceramics

Philips AccentLeds

Philips MasterLed

Parathom OSRAM

Uma questão ainda pouco discutida (e que ainda não temos como prever como será) é se a tendência do mercado será optar por lâmpadas com LEDs ou luminárias com LEDs incorporados. Parece simples? Então vamos refletir sobre as diferenças?

- Lâmpadas de LEDs são produtos de consumo imediato e podem ser comercializadas em pontos de venda como "Home Centers" além das lojas de lustres. Neste caso a decisão de compra é do cliente final, ou seja, é uma compra por impulso. Luminárias em LEDs são geralmente produtos técnicos, cuja indicação de uso é realizada por arquitetos e designers para atender a um projeto. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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- A tendência dos preços das lâmpadas é cair, já que são produzidas aos milhões e luminárias de LEDs não, sendo assim as lâmpadas têm uma vantagem mercadológica difícil de ser vencida no curto prazo.

- É bem complicado resolver as questões técnicas de dissipação de calor em um produto tão pequeno como uma lâmpada MR16 (formato de dicróica), caso se utilize LEDs de potências elevadas, pois como vimos, a temperatura influencia no desempenho e vida útil do LED. Já nas luminárias, os designers têm uma maior liberdade para o desenvolvimento de soluções para o calor, ótica, alimentação, instalação, etc., o que torna estes produtos mais confiáveis.

- As luminárias tradicionais foram desenvolvidas para uso de lâmpadas com ótica conhecida e específica. A simples troca da lâmpada por outra que utiliza a tecnologia de LEDs provavelmente não vai aproveitar os componentes da luminária como o refletor, por exemplo. Na época do "apagão" as fluorescentes compactas foram às substitutas das incandescentes e o mínimo que podemos dizer é que era extremamente desagradável observar os pequenos tubos das lâmpadas para fora das luminárias, causando ofuscamento e acabando com a estética.

- Um dos benefícios da tecnologia de LED é o seu tamanho, permitindo um design de luminárias diferenciado. Quando optamos por uma lâmpada de LEDs pela conveniência do retrofit, perdemos a oportunidade de utilizar uma luminária especialmente desenhada e que provavelmente atenderia as necessidades do projeto e do cliente. Um bom exemplo são as vitrines de lojas, cujo espaço físico é pequeno e uma luminária minimalista integrada ao projeto não concorre com o produto demonstrado.


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Loja Louis Vuitton – Hong Kong

- As luminárias que utilizam lâmpadas tradicionais incorporam o conceito da substituição das lâmpadas, pois foram concebidas para uma vida útil raramente superior a 3000 horas. Hoje existem fluorescentes com expectativa de vida superior a 16.000 horas, no entanto o conceito da substituição sobrevive. Quando se produz uma luminária com emissor de luz em LEDs, a idéia e que não haja reposição, o que confronta com o uso de lâmpadas em LEDs em luminárias tradicionais, pois se a vida útil é elevada, por que prever sua substituição com soquetes?


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Capítulo 7 – A luminária: Tradicional ou LEDs? Arandelas, balizadores, spots, pendentes, embutidos, plafons, projetores, postes, ufa! Qual será a melhor opção para o projeto? Infelizmente não existe receita e não é como fazer um bolo, aliás, até os bolos "solam". Uma solução que deu certo em um projeto pode não funcionar em outro e ai vale a experiência, a técnica e por que não, aprender.

Não temos a pretensão de realizar projetos luminotécnicos neste curso, entretanto vamos comentar sobre alguns tipos de luminárias, comparando suas características e benefícios, tentando adequá-las a cada situação de projeto.

Existem luminárias baseadas na tecnologia de LEDs para praticamente todas as aplicações na arquitetura, mas será que elas são sempre a melhor opção? Acreditamos que uma tecnologia não se sobrepõe às outras e por diversas vezes se complementam de forma harmônica, trazendo o melhor resultado para o projeto e para o cliente.

Quando falamos “o melhor resultado para o projeto”, levamos em consideração fatores altamente relevantes que são percebidos de diferentes maneiras e variam de cliente para cliente, como por exemplo: O nível de iluminação, o investimento inicial, a diluição do investimento, o conforto, a sustentabilidade, o design, o valor percebido, a diferenciação, o status, a vanguarda, a segurança, o modismo, etc. Cada caso passa a ser único e a utilização deste ou aquele equipamento está intimamente ligado a atender às expectativas do cliente.


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7.1 - Balizadores

Foram as primeiras aplicações de forma "profissional" dos LEDs na arquitetura. Freqüentemente usados como indicadores de caminho e sinalização, podem (e até devem) ter emissão difusa, além de evitar o ofuscamento. Na versão de piso, os LEDs levam alguma vantagem pelo tamanho, com uma profundidade de embutimento menor, facilitando sua instalação em pisos residenciais, onde o contra-piso e o revestimento não excedem os cinco centímetros e também são utilizados em decks de madeira, espelhos de degraus, etc.

Balizador Eye Led – 7mm de espessura

Já nos balizadores de parede, algumas versões tradicionais com fluorescentes compactas são indicadas para áreas externas das edificações, acessos de garagem, etc. Nestes casos o tamanho não é relevante, porém quando usadas em corredores internos, muitas vezes a escala da luminária interfere no todo e um balizador em LEDs tem vantagens pelo tamanho reduzido. Poderíamos utilizar balizadores para planos verticais com lâmpadas halógenas do tipo Bi-pino que são bem pequenas e com isso teríamos uma luminária minimalista também. Neste caso o que passa ser relevante é o calor gerado pela lâmpada e a quem se destina o uso do espaço.


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É comum em residências e espaços comerciais com circulação de crianças que se opte por LEDs, pois a ausência de calor é fundamental para a segurança, evitando que as mesmas se queimem pela curiosidade natural ao colocar as mãos na luminária.

KAVA LED IP54 - Recessed wall luminaire - Zumtobel

Alguns balizadores são usados para marcar os elementos verticais de um espaço, como pilares, montantes ou texturas de uma parede. Neste caso, balizadores com emissão difusa não são indicados. O ideal é usar equipamentos com facho controlado e fluxo adequado à aplicação. Nas luminárias tradicionais são usadas lâmpadas dicróicas, lâmpadas PAR e em alguns casos, vapores metálicos e de sódio. Estes equipamentos têm um bom alcance devido às potências envolvidas. Embora com custo mais altos, as opções em LEDs têm os benefícios do tamanho, do consumo de energia, da segurança e das cores para justificar seu uso no projeto.

Balizadores com luz projetada e facho controlado valorizando os marcos.


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7.2 – Projetores

Iluminar monumentos e fachadas sempre foi um problema para os light designers, devido às restrições impostas pelo IPHAN (Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional), que geralmente não permite o uso de luminárias tradicionais fixadas às fachadas, por conta das interferências (obra civil e estética) que modificariam suas características originais. Este problema é "facilmente" resolvido se utilizando de uma luz frontal genérica, oriunda de um poste de iluminação. Entretanto uma luminária com facho aberto planifica as formas, não revela texturas, retirando a tridimensionalidade dos elementos. Entretanto, Entretanto, caso se utilize luminárias com LEDs, as restrições diminuem por conta de seu tamanho, pois as mesmas se ocultam nos detalhes da arquitetura como ornatos, platibandas, caneluras, etc., se integrando à fachada e iluminando o que realmente precisa ser valorizado

Fachada de uma Boate em Hong Kong


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7.3 – Embutidos, semi-embutidos e spots

São os produtos de iluminação mais consumidos pelo mercado. A variedade é enorme e as opções passam por várias fontes de luz como incandescentes, halógenas, fluorescentes tubulares, compactas e lâmpadas de vapores metálicos na área comercial. Normalmente a solução tradicional tem vantagens sobre os LEDs, devido ao pé direito representar uma distancia razoável entre a lâmpada e o plano de trabalho. O fluxo luminoso elevado das fontes de luz tradicionais é o diferencial quando comparado a emissão dos LEDs.

Para que se utilizem luminárias com LEDs em tetos é preciso justificar a decisão com outros argumentos como o uso decorativo, com utilização de cores, por exemplo, ou quando iluminamos uma obra de arte, como um quadro. A distância entre a luminária e a parede é pequena e o calor e as radiações ultravioletas seriam evitados.

Recentemente, com a queda nos preços dos produtos e a crescente preocupação com as questões ambientais, as luminárias de teto que q ue utilizam LEDs têm sido usadas como alternativa as tecnologias tradicionais.

A Philips anunciou em julho de 2008 a iluminação do primeiro prédio de escritórios do mundo totalmente com soluções LED - Paris


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Os embutidos de teto em LEDs estão disponíveis para instalação em forros de gesso, madeira, etc., exatamente como as tradicionais com molas e clips de fixação. Utilizam um ou vários LEDs das mais variadas potências. A ótica secundária pode ser escolhida pelo cliente para se adequar a cada situação de projeto assim como os drivers para sua ligação a rede elétrica. Podem ser do tipo fixo ou orientável. Uma aplicação interessante é seu uso em nichos ou estantes. A ausência de calor e o facho concentrado são benefícios importantes nestes casos.

Percebemos uma similaridade com os equipamentos tradicionais tanto na forma quanto no tamanho. Acreditamos que esta realidade vai mudar e os designers vão tirar partido das potencialidades dos LEDs.

Exemplos de luminárias Spots e Embutidas


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7.4 - Luminárias de mesa

As famosas Desk-Lamps representam uma tendência no mercado mundial de iluminação, pois a busca por tetos mais "limpos" e uma possível integração das luminárias ao mobiliário fazem destes produtos uma constante oferta de novidades. Algumas usam fluorescentes compactas ou lâmpadas halógenas miniatura. Neste caso os LEDs são a melhor opção por conta do calor e, é claro, da menor distância entre o emissor de luz e o usuário, pois não se faz necessário um fluxo luminoso elevado. O design é um fator importante na decisão de compra e os LEDs permitem a criação de formas e de uma nova cultura de uso impossível de conseguir com as lâmpadas tradicionais.

Desk Lamp LOOP – LEDs 5 watts - Petter Knudsen


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7.5 - Luminárias Decorativas

Arandelas, lustres, pendentes são quase que obrigatórios no design clássico. Os fabricantes de produtos para iluminação apresentam soluções de formas e materiais que vão dos ecologicamente corretos, com a utilização de matérias-primas recicláveis até as tecnologias de ponta como os LEDs. Nestes casos em que as lâmpadas tradicionais têm seu uso difundido, o mercado apresenta uma interessante integração de tecnologias em mesmo produto, ou seja, existe uma tendência de uso de LEDs em conjunto com outras lâmpadas na mesma luminária.

Luminária Cut2 - Lumini


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7.6 - Luminárias de jardim

Produtos para uso em áreas externas como jardins devem ter especificação de Índice de Proteção (IP) de no mínimo 65, ou seja, são capazes de resistir às intempéries. Existem diversas opções, sejam embutidos ou sobrepostos ao solo, orientáveis ou não. Os mais famosos são os fincos (espetos de jardim), que utilizam lâmpadas PAR. São muito baratos, porém são facilmente retirados de sua posição por animais domésticos (há historias de cães que adoram se coçar nas luminárias) e sem a devida manutenção ficam lá, iluminando o vazio.

Outro problema recorrente e o consumo de energia elétrica, o que não incentiva ao cliente manter as luminárias ligadas, o que é um contra-senso, já que houve um investimento razoável na aquisição de equipamentos. Com a utilização de LEDs este problema pode ser resolvido, devido ao seu baixo consumo.

Jardim iluminado com LEDs


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7.7 - Luminárias de piscina

Os clientes que têm piscina ou espelhos d’água em suas casas têm o desejo de valorizá-los com o auxílio da iluminação, seja submersa ou não. As luminárias subaquáticas possuem um alojamento embutido para a fixação e que faz parte do sistema de impermeabilização da piscina, razão pela qual os fabricantes costumam oferecer um "pacote completo" de luminárias e instalação a fim de evitar problemas de vazamentos. As luminárias tradicionais usam lâmpadas dicróicas e filtros de cor, enquanto as versões à LEDs são mais versáteis, oferecendo a tecnologia de troca de cores (color changing), permitindo até uma programação com controle de cenas para cada ocasião. As principais desvantagens das lâmpadas são sua vida útil curta e o calor gerado pelo filamento, que provocam eventuais problemas de infiltração, aumentando os custos de manutenção.

Aqualed Osram – Luminárias de aplicação subaquática


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7.8 – Lineares e Flexíveis

O cordão de luz com micro lâmpadas incandescente e popularmente conhecida como “mangueirinha”, pode ser instalada sob beirais, prateleiras, rodapés e onde mais o bom senso mandar. O efeito é muito interessante, mas o mercado está inundado de equipamentos de péssima qualidade. Já existe e é bastante fácil de conseguir nas lojas de iluminação a “mangueirinha” de LEDs, que infelizmente passa pelos mesmos problemas de qualidade e fluxo luminoso.

Para um efeito similar, porém com muito mais confiabilidade, repetibilidade e fluxo luminoso adequado a este tipo de aplicação, o mercado já tem a seu dispor luminárias do tipo “String” e LEDs em fita que são auto-adesivas, flexíveis e impermeáveis. Estes equipamentos, quando instalados muito próximo a água ou até mesmo submersos requerem cuidados especiais nas conexões elétricas para evitar curtos e maus contatos por oxidação dos terminais.

Aplicação de luminárias flexíveis de LEDs


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7.9 – Postes

A iluminação pública talvez seja a grande barreira a ser vencida pela tecnologia de LEDs nesta década. Dificuldades como a altura de montagem, que indica o uso de fontes de luz de elevado fluxo luminoso (lâmpadas de multi-vapores metálicos) e quando o custo inicial é relevante, principalmente para o setor público, que dispõe de verbas limitadas e sofre influência da política. Entretanto, no mundo inteiro são crescentes as preocupações com a sustentabilidade e alguns países incentivam o desenvolvimento destes produtos em LEDs, a fim de enfrentar as conseqüências de uma crise de energia e para se adequar aos aspectos ecológicos do planejamento urbano.

Tecnologia de Iluminação Urbana AZO - Schreder


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Como vimos, existem equipamentos para inúmeras aplicações e sua escolha vai depender das necessidades do projeto. Em geral, a opção pelo uso de LEDs na iluminação arquitetural leva em consideração aspectos intimamente ligados aos seus benefícios mais relevantes. Os LEDs são imbatíveis quando:

- A distância é pequena entre a fonte de luz e o objeto – É comum o cliente tentar substituir todas as fontes de luz por LEDs, entretanto, atualmente os melhores resultados são obtidos em situações onde a distância da luminária ao plano de trabalho é pequena, como estantes, nichos e vitrines.

- O calor ou ultra violeta são relevantes – Objetos de valor sentimental ou produtos expostos em pontos de venda sofrem com as radiações nocivas. Em alguns casos é realizado rodízio dos produtos em vitrines, porém nem sempre isto é possível e os LEDs são indicados para resolver estes problemas.

- Há pouco espaço disponível para a luminária – Muitas vezes a arquitetura encontra dificuldades para compatibilizar as interferências no projeto, principalmente com o arcondicionado, sistemas de incêndio ou o próprio desenho do forro. As luminárias em LEDs são uma excelente opção devido às suas pequenas dimensões.

- O acesso é difícil (altura, manutenção, segurança) - Uma das vantagens de se usar LEDs é a sua vida útil, que pode ser aproveitada reduzindo os custos com manutenção ou evitando riscos a segurança em locais de difícil acesso.

- O uso da cor for relevante – As cores de emissão dos LEDs são vivas e saturadas, podendo ser aproveitadas sem a necessidade de uso de filtros.

- O design for valorizado – Devido ao seu tamanho e forma, os designers têm a oportunidade de criar novos conceitos, cultura de uso e interatividade da luminária com o cliente. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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- O custo total for importante - Muitas luminárias em LEDs já são mais baratas que suas equivalentes em lâmpadas tradicionais, porém, além do custo inicial, deve-se levar em conta a economia indireta com a redução de consumo de energia.

- Houver necessidades de efeitos dinâmicos - LEDs são componentes eletrônicos e por sua vez facilmente integrados as tecnologias de controle de cena e efeitos de “color changing”, razão pela qual alguns fabricantes já o utilizam em luminárias para eventos, shows, etc.

- Há preocupações com a sustentabilidade – Os LEDs são aliados nesta luta, pois consomem pouca energia, têm vida útil extensa e tamanho reduzido, minimizando os impactos com seu descarte além de não utilizarem gases, materiais tóxicos ou metais pesados de forma significativa em sua composição. Que os LEDs vão substituir as lâmpadas nos equipamentos de iluminação isto não temos dúvidas, mas quando será este dia é o “X” da questão. E substituir não significa necessariamente aniquilar com nossas amigas de tempos. Lembramos quando a lâmpada fluorescente compacta entrou no mercado se dizia que não se usariam mais lâmpadas incandescentes nas luminárias. Até hoje não substituíram totalmente e novas lâmpadas incandescente (halógenas), com melhores desempenhos são lançadas no mercado. É uma forte tendência mundial o fim das incandescentes comuns por motivos ambientais, mas não vai ser do dia para a noite.

Temos que ter em mente que o LED é fantástico e para determinadas aplicações chega a ser imbatível, mas não é remédio para todos os males.


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Capítulo 8 – O Design

Todas as características e os benefícios que a tecnologia de LEDs traz devem ser realmente muito bem avaliados no momento da concepção de um equipamento de iluminação. A longevidade e economia de energia são atributos fortíssimos e em tempos de preocupações ambientais é indispensável. Tais valores, por vezes, são mal interpretados e vimos uma grande variedade de lâmpadas em LEDs que ainda não disseram ao que vieram. Não há mágica e assim como não é possível colocar um elefante em um “Fusca”, não dá para colocar 50 watts de LEDs no formato e tamanho de uma lâmpada dicróica, pelo menos por enquanto.

O design de luminárias com LEDs deveria transcender a beleza do equipamento e muitas empresas já têm esse pensamento quando tiram partido da tecnologia. Controle da temperatura de cor utilizando o conceito da dimerização de LEDs brancos de temperaturas de cores diferentes é apenas um exemplo.

Luminária de mesa com controle da intensidade e temperatura de cor por toque na sua base - Designer Yves Behar


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Outros equipamentos tiram proveito de uma característica ímpar dos LEDs, o seu mínimo tamanho, permitindo um perfil “super slim”.

Desk lamp Line Z - 5mm de espessura – Nimbus Group

Devido as seu baixíssimo consumo de energia, as associações de células fotovoltaicas, baterias e sensores de luminosidade à tecnologia de LEDs permitem luminárias autônomas, que armazenam energia de dia e acendem à noite, dispensando instalação elétrica, um antigo sonho dos arquitetos e light designers, finalmente realizado.

Luminária urbana Sky - Luceplan


Luminária de Jardim – Corona Solar Light

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Devido à baixa temperatura e por não ter problemas com vibrações ou movimentos, podemos ter luminárias que assumam várias formas, além de poderem ser manipuladas mesmo quando ligadas, como no exemplo a seguir.

Luminária PizzaKobra - Iguzzini

Ou sendo parte integrante do mobiliário urbano e arquitetura.

Leds integrados ao mobiliário urbano - Runge


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O ecodesign vem ganhando espaço no cenário mundial e não poderia ser diferente. Projetos fantásticos ganham vida, incentivados pelas necessidades urbanas, minimizando a poluição luminosa, gerando conforto e integrando às tecnologias de geração e armazenamento de energia sem falar no embelezamento que o design propicia.

Durante o dia capta energia solar e gera uma confortável sombra para a população e a noite se ascende iluminando o passeio. Solar Tree – Artemide


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Capítulo 9 – Aplicação prática na Arquitetura Os LEDs vêm cada vez mais ganhando espaço nas aplicações arquiteturais, devido principalmente às suas características de economia de energia, vida longa e ausência de manutenção, como vimos em capítulos anteriores.

O design de luminárias também tem facilitado muito estas aplicações quando entregam ao cliente um equipamento com as questões técnicas que envolvem a utilização da tecnologia (eletrônica, BINs, ótica, dissipação de calor, etc.) resolvida e permitem a aplicação direta e de forma simplificada na arquitetura.

Sua aplicação começa com um projeto, e um bom projeto deveria significar sinergia entre as equipes de projetistas cujo trabalho interfere umas às outras. É muito comum, por questões de cronograma e custos, os projetos complementares (hidráulica, ar condicionado, cabeamento estruturado, elétrica, incêndio, etc.) caminharem quase que isolados e por conta disto, imprevistos de obra acontecem todos os dias. Imagine que por motivos de força maior (sempre a força é maior) foi necessário mudar o duto de ar condicionado de posição. O quanto esta mudança interfere no projeto da iluminação e paginação do teto? Precisamos alterar o projeto luminotécnico para se adequar a esta nova realidade. É a compatibilização de projetos.

Devemos lembrar ainda que além de um projeto luminotécnico de qualidade e equipamentos de fornecedores confiáveis, um fator extremamente importante ao bom resultado é a execução. Uma equipe de instaladores (civíl e elétrica) treinados e qualificados faz toda a diferença.

O anúncio da TV diz: "fuja do mico", afirmando que se utilizarmos materiais de construção de baixa qualidade, a obra será prejudicada, ou pior, os problemas aparecerão ao cliente no futuro, quando os custos de reparo serão maiores.


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Como se livrar de produtos e serviços que comprometam a execução e a satisfação plena das necessidades do cliente? Esta resposta vale milhões e infelizmente não a temos.

Podemos recomendar algumas boas práticas de instalações que nos levam as questões básicas como treinamento e orientação técnica dos profissionais que executam as tarefas como eletricistas, pedreiros, bombeiros hidráulicos, etc. Muitas vezes a simples leitura do manual de instalação evitaria alguns desastres. Por incrível que pareça lâmpadas, luminárias, reatores, transformadores são ligados sem o menor critério e somente quando não funcionam é que os executores da instalação se lembram do manual e ligam para a assistência técnica do fabricante.

Luminárias e lâmpadas são especialmente sensíveis à poeira, água e arranhões. Sua instalação é geralmente executada no fim da obra para evitar danos. Alguns equipamentos são projetados para instalação parcial. Instalam-se alojamentos, bases, etc., e o acabamento ou a luminária propriamente dita entra em outro momento na obra, quando a poeira e os resíduos já não fazem mais parte do processo, evitando riscos à sua pintura ou quebra de lâmpadas.

Os LEDs, apesar de robustos, são partes deste contexto, pois estão geralmente montados

em

luminárias

ou

lâmpadas

que

invariavelmente

são

ligados

equivocadamente à rede elétrica, sem o uso de equipamentos auxiliares ou acessórios indispensáveis como os drivers ou até mesmo em locais indevidos, posicionamento incorreto e sujeitos a submersão, por exemplo.

Após meses, anos de planejamento, tudo se resume a execução, e infelizmente, por conta de fatores como limitações de orçamento, cronograma, etc., o resultado final pode não ser satisfatório.


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9.1 – Instalações Civis e Elétricas

Para facilitar a compreensão dos diversos aspectos da aplicação de luminárias de LEDs em uma obra, vamos exemplificar os casos mais comuns e os procedimentos recomendados para a correta execução de instalação.

9.1.1 – Luminárias de Piso

Este tipo de luminária geralmente é dotado de um alojamento plástico ou metálico que pode ser enviado à obra antecipadamente, facilitando o cumprimento do cronograma e evitando danos às peças acabadas. Neste caso, basta assentar os alojamentos, conectá-los aos eletrodutos, interligando-os até o ponto de alimentação elétrica.

É muito comum que na instalação destes tipos de equipamentos, os alojamentos fiquem protuberantes ou profundos, pois a mão-de-obra não se dá conta em compensar a profundidade de embutimento em relação à espessura do revestimento de piso a ser utilizado. O alojamento deve ficar nivelado com o piso acabado, portanto é indispensável saber exatamente qual é o material de revestimento do piso para garantir o perfeito nivelamento. O prumo do alojamento é outra questão extremamente relevante, pois a luminária pode ficar inclinada em relação ao piso e em equipamentos de facho fechado, o defeito é imediatamente revelado.

Alojamento profundo

Alojamento com nivelamento correto


Alojamento inclinado

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Em relação à conexão elétrica, devemos considerar que existe a possibilidade de ligação direta à rede (127/220 Vac) ou alimentação com transformador remoto de 12 volts como nas lâmpadas dicróicas. Nos dois casos, as luminárias devem ser conectadas em paralelo.

Esquema de ligação em paralelo

Em algumas situações de projeto, por questões de segurança elétrica, por exemplo, é recomendável que se utilizem luminárias que operem em baixa tensão de alimentação. O equipamento mais comum é o transformador eletromagnético, que converte a tensão de rede comercial (127/220Vca) para uma tensão mais baixa, tipicamente 12 Vca, que foi o padrão adotado em lâmpadas dicróicas. É um produto barato, razão pela qual teve seu uso difundido. Devido ao baixo consumo, luminárias em LED não devem utilizar transformadores eletrônicos, salvo especificação em contrário, pois estes foram projetados para utilizarem o filamento da lâmpada como parte do circuito que regula a tensão de saída e como não há este tipo de carga em LEDs, pode ocorrer um efeito chamado "flicker", ou seja, as lâmpadas e luminárias podem piscar e até causar a destruição da fonte interna.

O transformador pode alimentar um número determinado de luminárias de acordo com sua potência, portanto devem-se verificar as especificações de cada fabricante de luminárias. As ligações também se processam em circuito paralelo.


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Esquema de ligação em paralelo com transformador

A fórmula a seguir indica a secção mínima dos condutores em função do consumo e quantidade de luminárias:

Calculo da secção de condutores elétricos - Creder H.

Onde: S = Seção do condutor em mm². P = Potência consumida em watts. ρ = Resistividade do cobre (0,0172 ohms x mm² / m). L = Comprimento de cada circuito em metros. e% = Queda de tensão percentual. U = Tensão de alimentação.

Disponibilizamos uma ferramenta para cálculo de condutores no site do curso. Basta entrar com os dados do consumo individual da luminária, a quantidade e a distância total, que a planilha indicara a secção mínima do condutor elétrico a ser utilizado.


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Outro problema comum é distanciamento entre luminárias em um espaço quando se trata de uma questão decorativa. O efeito, dramático ou não, freqüentemente se sobrepõe ao cálculo luminotécnico e a decisão será a do bom senso.

Abaixo segue uma fórmula bastante simples que permite o cálculo do número de luminárias ou a distância entre elas e a planilha com esta ferramenta também está disponível no site do curso.

N = Número de luminárias X = Distância entre as luminárias L = Comprimento total disponível

A distância entre luminárias tendo o número de luminárias estabelecido será:

E o número de luminárias tendo a distância ente elas estabelecida será:

Inicie a paginação com a metade da distância para garantir uma distribuição uniforme da luz, conforme esquema abaixo:

Esquema de distribuição de luminárias


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Quando tratamos de balizadores com fachos controlados, cujo objetivo é a valorização de pilares, montantes, texturas, etc., o posicionamento da luminária é fundamental para maximizar o efeito desejado. O recomendado é que seja o mais próximo possível destes para o melhor aproveitamento do facho.

9.1.2 – Balizadores para planos verticais

Este tipo de luminária é para ser montada em alvenarias, divisórias, dry wall, etc. Sua instalação ocorre a uma altura em torno de 30 a 40 cm do piso e cada luminária deve prover o sistema de fixação para cada caso. Geralmente este tipo de luminária tem seu alojamento para embutimento na alvenaria que serve de “caixa de passagem” para instalação elétrica. O importante neste tipo de equipamento é o nivelamento com a superfície acabada (mais uma vez), o prumo e o nível entre luminárias. Como a luz se projeta no chão, as imperfeições no posicionamento das luminárias são imediatamente evidenciadas pela “imagem” da luz projetada.

Exemplo de boa instalação de balizador de parede.


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É comum ocorrer a impossibilidade de embutimento de um balizador vertical devido a um pilar de concreto ou estrutura similar e para estes casos optamos pelas soluções de sobrepor.

Um problema recorrente é que se não há espaço para a instalação do alojamento da luminária de embutir. Então como chegar com a alimentação e depois derivar para as outras luminárias se não há a caixa de passagem?

Normalmente se deixa o eletroduto na parede e a luminária é fixada por meio de parafusos e buchas, cobrindo a fiação.

Luminária Zen OIn – Embutir - Nimbus

Luminária Zen On – Sobrepor - Nimbus

As luminárias de paredes normalmente são dotadas de fonte bivolt automática que facilitam bastante a instalação elétrica e podem ser ligadas em paralelo diretamente à rede. No caso de luminárias que operam em 12 Vca, é necessária uma instalação dedicada com a utilização de um transformador e conseqüentemente um lugar para alojá-lo. Este local destinado ao transformador pode ser no próprio quadro de luz ou uma caixa 4”x 4” com tampa cega. É importante levar em consideração a distância das luminárias ao transformador para o dimensionamento da fiação, como vimos no tópico


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anterior. Da mesma forma deve-se prever o acesso para eventuais manutenções e a proteção conta intempéries, no caso de área externa.

9.1.3 – Luminárias de teto

A instalação de luminárias de teto, sendo embutidos ou semi-embutidos, segue os padrões das luminárias tradicionais com lâmpadas incandescentes, dicróicas e fluorescentes compactas.

Definido seu posicionamento, será necessário realizar uma furação com diâmetro adequado a cada luminária. Existem brocas e serras-copo de várias medidas e para furar os mais diversos materiais que se adaptam às furadeiras elétricas de mercado. Para execução desta tarefa recomendamos que as mesmas tenham controle de velocidade para evitar trincas no gesso.

Como vimos o equipamento auxiliar (driver ou transformador) pode ficar alojado dentro do rebaixo, porém um bom produto prevê que o furo de fixação da luminária seja suficiente para a passagem do driver para dentro do forro.

Para tetos em laje, os mais utilizados são os spots de sobrepor. Sua instalação normalmente utiliza uma barra transversal, conhecida como “pé de galinha” que é fixada nas abas das caixas de luz e onde a canopla da luminária é fixada posteriormente. As canoplas deste tipo de luminária são mais altas para receber o driver que converte a rede elétrica em tensão de alimentação para os LEDs, já que não há espaço para alojá-los dentro do teto.

A alimentação elétrica vai depender do tipo de luminária que está sendo instalada. Existem algumas variações sobre o tipo de alimentação para luminárias de LEDs e cada


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fabricante deve fornecer informações técnicas. Dentre os mais recorrentes destacamos:

- Luminárias com driver incorporado bivolt – Tipo de luminária que contém uma eletrônica embarcada e conectada aos LEDs. Bons fabricantes fornecem estes equipamentos com a entrada “full range” e dependendo da faixa podem operar de 90 a 240 volts se adaptando automaticamente a tensão de rede. Neste caso tratamos eletricamente a luminária como se fosse uma lâmpada e as ligamos em circuito paralelo.

Esquema de ligação em paralelo diretamente na rede elétrica

- Luminárias com driver incorporado em 12Vac – Tipo de luminária que contém uma eletrônica embarcada e conectada aos LEDs, porém com a entrada em 12 volts. Neste caso, precisamos de um transformador para reduzir a tensão de rede para os 12 volts da luminária. O transformador pode alimentar várias luminárias e isto varia de fabricante para fabricante. Não é muito usual a utilização de luminárias LEDs em 12 volts em tetos. Este recurso é mais utilizado quando precisamos garantir a segurança elétrica, como em jardins ou piscinas.


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Esquema de ligação em paralelo com transformador

- Luminárias para driver remoto – Tipo de luminária que somente contém o LED e seus outros componentes não eletrônicos (lente e dissipador). Este produto precisa de um driver para converter a tensão de rede à corrente contínua dos LEDs. Neste caso é preciso ligar a entrada do driver à rede elétrica e sua saída à luminária e esta conexão elétrica deverá ser polarizada. A ligação do driver a luminária geralmente é realizada pelo fabricante, restando ao instalador apenas a ligação à rede, sem maiores dificuldades técnicas.

Esquema de ligação em paralelo com driver individual

Uma variação desta tecnologia é o driver para múltiplas luminárias. Utiliza-se um único driver de maior potência para alimentar várias luminárias. Neste caso a ligação se LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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processa em série. Este tipo de instalação não é das mais fáceis e requer muita atenção, pois é polarizada e uma inversão em um segmento do circuito faz com que nenhuma luminária acenda e é difícil descobrir qual trecho do circuito está invertido, principalmente quando não temos a visão geral das fiações, como ocorre dentro de um teto rebaixado.

Esquema de ligação em série com driver múltiplo

9.1.4 – Luminárias Lineares e Flexíveis

Estes tipos de luminárias também são conhecidas como “barra” de LEDs e “corda” de LEDs. Tem uma vasta aplicação na arquitetura, mobiliário e até usos subaquáticos. Algumas luminárias não usam lentes secundarias proporcionando emissão difusa. Estes equipamentos utilizam LEDs de menor potência, portanto não precisam de dissipadores. Existe uma vasta gama de modelos disponíveis no mercado, alguns com proteção para uso outdoor e outros não, dentre estes, destacamos:

- Lineares rígidas – Em verdade, o mercado associa este nome às PCIs (placas de circuito impresso) com LEDs em montagem SMD ( surface mount devices) dispostos colinearmente. Estes equipamentos de pequenas dimensões, por diversas vezes são aplicados diretamente no local de uso, fixados com auxílio de fitas adesivas dupla-face. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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Não consideramos este tipo de circuito eletrônico com luminária, pois sequer têm proteções mínimas que garantam a integridade dos componentes. Algumas empresas fabricam soluções que contemplam esta solução eletrônica associada a uma carcaça que protege os LEDs e outros componentes eletrônicos, permitindo sua fixação de diversas maneiras e um mínimo de orientação do ângulo, profissionalizando o uso desta tecnologia. Nestes casos, a maior vantagem deste tipo de produto, que seria suas dimensões reduzidas é prejudicada.

PCI com LEDs

Luminária com PCI LEDs

- Lineares flexíveis – Têm as mesmas características de montagem das lineares com a vantagem da placa de circuito impresso ser flexível. Com esta maleabilidade é possível fazer curvas, circundar elementos, definir contornos sinuosos, etc. Alguns fabricantes já fornecem esta solução com uma camada “emborrachada” transparente que protege o circuito e seus catálogos afirmam que podem ser submersas.

PCI flexível com LEDs


PCI flexível com LEDs - Waterproof

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- Luminárias tipo String – São equipamentos modulares conectados por um fio, o que garante as características das flexíveis. Os módulos podem ter um ou vários LEDs e normalmente são protegidos por uma carcaça em PVC ou alumínio com preenchimento em resina epóxi para garantir a integridade dos componentes. Permitem fixação por fita adesiva ou parafusos.

String com LEDs do tipo Superflux

String com LEDs do tipo Luxeon

Todos estes equipamentos utilizam uma fonte de alimentação remota que converte a tensão de rede em baixa tensão em corrente contínua, ou seja, a instalação requer a polarização das fiações. A potência da fonte determina a quantidade de metros que serão ligados.

Existem modelos de lineares e flexíveis que são RGB e precisam de controladores específicos para realizar os efeitos de cores.


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9.1.5 – Projetores

Quando falamos em potência de iluminação, lembramos imediatamente dos modelos projetores que estão penetrando com toda a força no mercado.

Projetor Linear Ledline - Philips

Projetor Beamer - Philips

Projetor Ledflood - Philips

Existem diversos modelos e formas diferentes, sendo que o mais popular (no quesito divulgação, não em preço) é o formato linear, conhecidos como Ledlines. Estes equipamentos são bastante flexíveis tendo uma grande variedade de cores de emissão, comprimentos, potências e abertura de fachos.

Para sua instalação, a grande maioria dos fabricantes disponibiliza um sistema de articulação que permite fixar a luminária pelos seus “pés” e orientar em até 180°.

Os projetores são mais utilizados em iluminação de fachadas, monumentos e instalações comerciais e sua alimentação normalmente é em 127 ou 220 Vac direto na rede.

É bom lembrar que são luminárias de múltiplos LEDs, portanto têm um consumo proporcional ao número de LEDs e pode chegar até 150 watts o que comparado a projetores convencionais não é relevante.


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Ao longo de nossa experiência em instalações elétricas podemos colecionar casos de projetos bem sucedidos e outros em que ocorreram problemas. Nossa proposta é de informar aos profissionais do ramo algumas boas práticas, que ao longo do tempo se mostraram eficazes:

Áreas externas:

-

Em instalações externas de balizadores de piso utilize sempre a opção em baixa tensão, ou seja, com transformador remoto para garantir a segurança elétrica;

-

Sempre utilize eletrodutos e caixas de passagem para as conexões, jamais realize conexões que se destinem a parte interna dos eletrodutos;

-

Sempre utilize o fio terra fornecido pela luminária. Não o ligue ao neutro e sim ao aterramento da instalação;

-

Quando for necessário realizar emendas, utilize conectores apropriados (barras de terminais) ou se possível solde os fios e os isole-os adequadamente;

-

Mantenha tapados os alojamentos das luminárias e somente os destape no momento da conexão elétrica, evitando o acumulo de sujeira no alojamento;

-

Evite que a água entre nos eletrodutos, utilize da técnica de massa seladora nos possíveis acessos;

Esquema de vedação - Creder


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Áreas internas:

-

As luminárias bivolt são as melhores opções e facilitam a instalação;

-

O interruptor sempre interrompe a fase e não o neutro;

-

Quando realizar instalação em forros, posicione o transformador ou driver em local de fácil acesso para o caso de eventual manutenção;

-

Tente posicionar o transformador eletromagnético de maneira que não fique em contato direto com o rebaixo. Isto evita ruídos provenientes da vibração dos transformadores;

-

Utilize cores diferentes de fios para os diversos circuitos quando ligados a um controlador de cena para facilitar a identificação;

-

Evitar a passagem de fios de alimentação junto a cabos de rede de computadores, sonorização, telefonia, etc.;


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Capítulo 10 – Integração com outras tecnologias 10.1 – Automação e Dimerização

Uma pergunta recorrente é: Posso dimerizar o LED? E a resposta é: Sim, desde que...

Para que tenhamos um efeito de dimerização em luminárias com LEDs, o que precisa ser dimerizável é o driver eletrônico, assim como para dimerizarmos lâmpadas fluorescentes, o que precisamos é de um reator eletrônico dimerizável. Tendo isto claro, se precisamos de dimerização em nosso ambiente, temos que adquirir luminárias específicas cujos drivers tenha entrada para o sinal que fará a comunicação entre ele e o dimer ou controle de cenas.

Esquema de ligação - Controle de cenas e driver múltiplo dimerizável

O efeito color mixing (mistura aditiva através de LEDs RGB) é conseguido com a dimerização de três canais individualmente. Cada canal controla a dimerização de uma cor e assim conseguimos um número extremamente grande de cores. Se cada canal tiver 256 “steps” teremos:

256 (vermelho) x 256 (verde) x 256 (azul) = 16.777.216 combinações de cores.


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Mesmo que as luminárias de LEDs não tenham o driver dimerizável, podemos ligá-las aos controladores de cena e neste caso, o comando apenas acende ou apaga as luminárias. Para isto é preciso utilizar a saída on-off do controle de cenas que funciona basicamente como um interruptor.

Esquema de ligação - Controle de cenas com saída On-Off acionando luminárias não dimerizáveis


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Capítulo 11 – LEDs em projetos de iluminação.

Light Design, Luminotécnica, Engenharia de iluminação, Arquitetura de Iluminação. Podemos atribuir diferentes denominações para esta profissão que vem ganhando importância no cenário da construção civil mundial. Revistas especializadas, sites, congressos, seminários, cursos e associações de classe como a ASBAI (www.asbai.org), divulgam e promovem a profissionalização da arquitetura de iluminação no Brasil, fato que também ocorre em outros países, como por exemplo, em entidades como a IESNA ( www.iesna.org).

A globalização da profissão de light designer proporciona o desenvolvimento de novas pesquisas. Com os resultados destas pesquisas, devido às suas diferentes abordagens, são geradas oportunidades de rever e até mesmo criar normas, alterar regras e procedimentos hoje observados em projetos. Estas idéias favorecem a criação de novos produtos como lâmpadas e luminárias em LEDs, podendo resultar em um aumento da satisfação dos usuários e uma melhor relação com o meio ambiente por conta do uso de tecnologias limpas.

Em um projeto de médio a grande porte já é praticamente compulsório a contratação de escritórios e profissionais de projeto de luminotécnica, devido à complexidade de elementos que envolvem a interação entre os diversos "atores" como a arquitetura, design de interiores e engenharia. Assim, um projeto de iluminação de ambientes deve contemplar aspectos da Arte, da Ciência e da Tecnologia.

Um bom projeto de iluminação se caracteriza pelo respeito ao usuário, ao ambiente onde este está inserido, integrando-os as fontes de luz. Definir o quanto e em que nível de qualidade de um projeto de iluminação interna depende fundamentalmente de três requisitos:


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- Desempenho Visual, que está relacionado aos aspectos físicos e objetivos, da técnica e da engenharia;

- Conforto e Estética, pois tem a ver com a arte, a emoção, a arquitetura e a criação.

- Economia, baseado na viabilidade orçamentária, custo inicial e operacional, com conseqüências ao meio ambiente, caso o uso da energia seja otimizado. Como afirmamos anteriormente, não temos o objetivo de realizar projetos neste curso, porém vamos fornecer algumas ferramentas úteis para a quantificação de algumas grandezas luminotécnicas para que possamos avaliar as lâmpadas e luminárias em LEDs e seu uso em aplicações na arquitetura.

11.1 - Grandezas Luminotécnicas Básicas Fluxo Luminoso - É a potência irradiada por uma fonte de luz, levando-se em consideração a aptidão de produzir uma sensação luminosa no ser humano, ou seja, é a quantidade total de luz visível que uma fonte de luz irradia em todas as direções, sua unidade é o Lúmen (lm).

BRONDANI


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Como vimos, os fabricantes referenciam-se ao fluxo luminoso de forma relativa, devido às variações de BINs. Alguns LEDs tem fluxo maior ou menor. Note que a temperatura de cor influencia na performance, pois os LEDs com temperatura de cor mais elevada (cool white) têm fluxos maiores.

Note também que como o fluxo luminoso depende da corrente elétrica, ou seja, da potência aplicada ao LED. Quanto maior a corrente, maior o fluxo:

Serie KLC8 - Edison


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Intensidade Luminosa - É a medida da radiação emitida por uma fonte de luz em uma determinada direção e sua unidade é a Candela (cd).

BRONDANI

A intensidade luminosa (I) e o fluxo luminoso (Φ) são relacionados a um ângulo sólido: Φ = ω. I

Se em uma esfera de raio 1 metro, for posicionada uma fonte de luz que emita 1 cd em todas as direções, o fluxo luminoso será de 12,57 lm , ou seja, cada metro quadrado da superfície da esfera recebera 1 lúmen.

É comum aos fabricantes de lâmpadas e luminárias representarem a distribuição da emissão de luz através de um gráfico denominado Curva de Distribuição Luminosa (CDL):

CDL - mspc


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Este diagrama mostra as intensidades para cada ângulo, como vetores de origem no centro do diagrama, já que a fonte de luz esta reduzida a um ponto. Este gráfico da emissão de uma luminária típica representada pela curva vermelha é útil para caracterizar a lâmpada ou luminária em relação a alguns parâmetros luminotécnicos (emissão direta, indireta) e o tipo de facho. Também é utilizada para calcular a Iluminância (lux) a partir dos da intensidade em um determinado ângulo (cd), como veremos a seguir.

Iluminância - É o fluxo luminoso incidente por unidade de área. Sua unidade é o lux (lx).

E = Φ / A. É a densidade superficial de fluxo luminoso recebido.

Por exemplo, supondo que um fluxo de 1 lúmen incida uniformemente sobre uma superfície de 1 metro quadrado, a Iluminância será de 1 lux. Entretanto como a distribuição uniforme não ocorre na prática, consideramos a Iluminância média.

Iluminância - OSRAM

Os requisitos de iluminação de um ambiente dependem fundamentalmente do tipo de trabalho ou atividade realizada no espaço em questão. Para iniciar um projeto de iluminação é importante conhecer os detalhes do espaço, finalidade e tarefa visual a


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ser desenvolvida. A ABNT recomenda iluminâncias para cada tipo de tarefa, em função da classe do ambiente.

Luminância (L) - É a intensidade luminosa que emana de uma superfície. Sua unidade é a candela por metro quadrado (cd/m²). A luminância dependente do coeficiente de reflexão de cada superfície (ou refletância). Este coeficiente é encontrado em tabelas luminotécnicas e é uma função dos materiais e das cores.

Porém se a superfície for oblíqua ao observador a luminância é dada pela razão entre a intensidade luminosa emitida na direção de observação e a área da superfície aparente.


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Temos então a relação entre as duas superfícies S a = S cos α. A fórmula geral fica portanto:

L = I / (S cos α)

Onde L é a luminância em cd/m² , I é a intensidade luminosa, A é a área projetada em m² e α é o ângulo na direção de observação.

Gráfico - mspc

As metodologias mais comuns para o cálculo luminotécnico são: método dos lumens, método das cavidades zonais e método ponto a ponto.

Existem softwares poderosos para a realização destes cálculos no mercado: Lumen Micro, Lightscape, etc. Estes dependem de que o conjunto lâmpadas e luminárias estejam inseridos em sua base de dados para que o projetista as escolha a fim de realizar a simulação dos resultados de um projeto. De uma forma simplista, basta inserir a planta em um arquivo compatível com CAD, escolher e posicionar as luminárias e o software calcula e disponibiliza as iluminâncias, plota curvas isolux, etc.

Até a elaboração deste curso, os fabricantes de lâmpadas e luminárias em LEDs ainda não disponibilizam arquivos no formato IES, que é o utilizado em softwares de cálculo luminotécnico. Acreditamos que em breve estes dados estarão nos sites dos


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fabricantes, bastando inseri-los nas ferramentas de cálculo para que as luminárias possam ser utilizadas normalmente pelos projetistas.

Felizmente já existem gráficos mais simples onde são mostradas as Iluminâncias em função da distância, como o de um conjunto que compõe uma luminária 1 LED de 3 watts e lente secundária com facho de 8 graus de abertura:

Este gráfico de iluminância em função da distância nos permite uma simplificação do processo de avaliação de um projeto conforme o exemplo prático a seguir:

Esta é a situação que ocorre em um nicho vertical. Neste caso muito simples podemos afirmar que no plano do objeto termos pelo menos 190lux, com uma projeção de diâmetro de 12cm na base do nicho. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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Outra interessante abordagem é feita pelo fabricante de lentes FRAEN, que relaciona o fluxo luminoso com a eficiência das lentes, permitindo o cálculo da iluminância conforme a metodologia abaixo:

Fraen

A eficiência total de uma lente é caracterizada pela razão da luz emitida pela lente em todo o seu diâmetro, ao total da luz emitida pelo LED. Esta eficiência esta em torno de 85%, o que significa que alguma luz e perdida no acoplamento led+lente, ou absorvida pelo material da lente ou por conta de algum "vazamento" de luz. Entretanto, com este parâmetro não e possível calcular as Iluminâncias, razão pela qual o fabricante disponibiliza a "eficiência no eixo".

I = Φ x EFF I = Intensidade em cd no ponto A. Φ = Fluxo luminoso do Led (lm). EFF = Eficiência no eixo ( cd/lm).


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Para calcular a intensidade em cd no ponto A, basta multiplicar o fluxo luminoso do LED utilizado em conjunto com a lente pela eficiência no eixo.

Para calcular a Iluminância precisaremos da distância entre a luminária e o ponto A.

Dividindo-se a intensidade pelo quadrado da distância teremos a iluminância em lux. E = I / d².

Exemplo:

Supondo a lente Fraen FHS NHB1-LL01-0 em conjunto com o LED Luxeon 1W emissão branca. Como a lente tem uma eficiência de 23,3 cd/lm e o LED escolhido tem um fluxo de 44 lumens, temos:

- A intensidade no eixo será 44 lm x 23,3 cd/lm = 1025,2 cd.

- A iluminância no eixo a 2 metros de distancia será 1025,2 / 2² = 256,3 lux.


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As grandezas anteriormente apresentadas se relacionam pela seguinte fórmula geral, quando o ângulo de incidência é perpendicular à superfície:

Como os LEDs são fontes de luz diminutas, geralmente estão localizados a uma distância no mínimo 5 vezes maior que seu tamanho. Nestes casos podemos utilizar o cálculo pelo método da Iluminância pontual onde “E” é iluminância em lux, “I” é a intensidade luminosa em candelas para incidência normal ao ponto e “d” é a distancia da fonte ao ponto. Entretanto, quando a incidência for obliqua, precisamos considerar o ângulo α formado entre a fonte de luz e a vertical:

E = I α. cos³ α / h²

Observe que a Intensidade (I α) é relacionada com o ângulo. Este dado é retirado das curvas CDL, conforme mostrado anteriormente.


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Para o cálculo do ângulo de abertura de facho “β” e do diâmetro “D”, utiliza-se:

tg α = r /h, se β = 2 α, temos: β = 2 arc tg r / h , e também: D = 2h . tg β / 2


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11.2 – Exemplo de aplicação prática

Para ilustrar, tomemos como exemplo a planta abaixo com uma sala típica e uma mesa, onde a modulação de teto é padrão das placas de forro pacote (62,5 cm x 62,5 cm).

As luminárias foram posicionadas de forma que estivessem imediatamente acima do plano de trabalho hipotético abaixo e nos eixos do forro.

Planta baixa


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Escolhemos uma luminária do tipo embutido de teto com 9 LEDs de 3 watts, emissão branca 3000K, lentes com abertura de facho de 25 graus, com a CDL abaixo:

Curva CDL

Utilizando as fórmulas abaixo, criamos uma planilha para facilitar o cálculo e que está disponível no site do workshop. α = arc tg d / h

E = I α. cos³ α / h²

Basta entrar com os dados da seguinte forma:

d - É a distancia entre o eixo vertical da luminária e o ponto a ser calculado, por exemplo, se medimos a iluminância em "B" em relação a "A", teremos 0,625m.

h - Neste problema, como a altura em relação à mesa é constante, "h" será 1,70m. Assim, calculamos os ângulos α para cada distância do ponto A.

I α – É a intensidade em candelas que você vai ler na curva para cada ângulo calculado anteriormente. LEDs na Iluminação Arquitetural – 1ª edição – ano 2008

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Elevação – Mostrando os pontos de medição

Pontos

A

B

AB

C

D

Distância de A

0

0,625 m

0,3175 m

0,3175 m

0,9425 m

Ângulo α

0

20 graus

11 graus

11 graus

29 graus

484 lux

100 lux

283 lux

283 lux

35 lux

E (A)

Consideraremos cada luminária separadamente, como se estivessem em 2 circuitos elétricos, apenas para ilustrar como seus fachos se inter-relacionam, como ilustrado na figura abaixo:


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Realizando o cálculo das Iluminâncias e as distâncias pré-determinadas conforme a planilha, temos: Pontos

A

B

AB

C

D

Luminaria 1

484 lux

100 lux

283 lux

283 lux

35 lux

Luminaria 2

100 lux

484 lux

283 lux

35 lux

283 lux

Luminaria 1 + 2

584 lux

584 lux

566 lux

318 lux

318 lux

Portanto, as Iluminâncias se "somam" para cada luminária inserida no projeto. Vale a pena lembrar que não estamos considerando as inter-reflexões nas paredes e no teto, cor de parede e de mobiliário. Este é apenas um cálculo aproximado.


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Leds Na Iluminacao Arquitetural

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