A escolha por uma lâmpada adequada para uma aplicação específica é um processo complexo durante a fase de concepção, uma vez estão em jogo uma variedade de parâmetros: a tensão da alimentação, a potência eléctrica, o fluxo luminoso, a eficiência luminosa, durabilidade, consumo e poupança energética, índice de restituição de cor, temperatura de cor, conforto e miniaturização. Todos estes parâmetros afectam o tipo de actividade, a estética do projecto, os objectos que pretende destacar e o bem-estar visual; todos estes factores são, assim, associados a uma avaliação do impacto económico e ambiental. O que se segue é uma breve descrição e classificação das fontes de luz artificial primária.
Tecnologia LED
A tecnologia LED utiliza as propriedades ópticas de alguns materiais semicondutores para produzir fotões a partir de uma recombinação de pares electrões - lacuna num díodo especial de junção p-n. O LED é, de facto, um acrónimo para Díodo Emissor de Luz. Os LEDs são formados por uma fina camada de material semicondutor dopado no qual, com a aplicação de tensão contínua, com o objectivo de reduzir a barreira de potencial da junção, os electrões da banda de condução do semicondutor são reconstituídos com as lacunas na banda de valência, desbloqueando uma quantidade suficiente de energia sob a forma de fotões. Graças à reduzida espessura do chip, um número discreto destes fotões deixam o dispositivo e são colocados como uma luz, ou fotões ópticos. Os semicondutores utilizados para a produção de LEDs podem ser GaAs (gallium arsenide), GaP (gallium phosphide), GaAsP (gallium arsenide phosphide), SiC (silicon carbide) e GaInN (gallium nitride and indium). A escolha do semicondutor determina o comprimento de onda da emissão do pico dos fotões, e a eficiência na conversão electro-óptico, e assim também na intensidade da luz de saída. A temperatura de cor da radiação emitida depende do intervalo entre os níveis de energia dos electrões e das lacunas, e geralmente corresponde ao valor da banda interdita do semicondutor em questão. O primeiro LED foi desenvolvido por Nick Holonyak em 1962, mas as aplicações na iluminação LED são muito mais recentes.
Tecnologia de descarga de elevada intensidade
O arco eléctrico desencadeado numa mistura de gases num tubo de descarga tende a produzir bandas de frequência muito estreitas em frequências específicas. A distribuição espectral de lâmpadas de descarga de elevada intensidade mostra, consequentemente, picos de energia nestas frequências específicas. A junção de halogenetos na descarga de gás permite uma emissão espectral mais equilibrada, apesar das descontinuidades continuarem a existir. O diagrama de emissão espectral explica a razão destas lâmpadas terem um óptimo índice de “Ra”, apesar de não ser excelente.
Tecnologia fluorescente trifósforo
A iluminação fluorescente é gerada por dois mecanismos diferentes: os átomos de mercúrio excitados pelos electrões que são produzidos por um arco que gera energia numa banda estreita, exactamente como ocorre na descarga de lâmpadas de elevada intensidade, enquanto a fluorescência de um revestimento fosforoso produz um espectro de luz visível mais contínuo e equilibrado. O diagrama de emissão espectral de uma lâmpada fluorescente é caracterizado por muitos picos distintos que aumentam acima de uma curva média. A composição do revestimento halo-fosforoso de uma lâmpada fluorescente é elaborada de forma a diminuir a temperatura de cor e gerar uma iluminação similar à de uma lâmpada incandescente standard.
O acréscimo de uma camada de trifósforo ao revestimento de halo-fosforoso introduz bandas de energia espectral nas específicas regiões dos comprimentos de onda azul, verde e vermelho. Esta tecnologia é a chave para melhorar o desempenho cromático das lâmpadas fluorescentes actualmente existentes.
Através da formulação halo-fósforoso e dos revestimentos trifósforosos, a saída espectral da lâmpada pode ser ajustada para produzir temperaturas de cor quente, média ou fria. O revestimento trifósforo cria bandas de energia espectral poderosas em cores primárias, assegurando um bom índice de entrega de cor, combinado com a capacidade para efectivamente restituir as cores.
Tecnologia incandescente
A iluminação incandescente é produzida através do aquecimento de um objecto sólido, o filamento, até que se começa a emitir luz. As lâmpadas incandescentes possuem índices muito elevados de “Ra”, apesar de não restituírem obviamente todas as cores da mesma forma. As lâmpadas incandescentes standard produzem muito pouca energia radiante no mais curto comprimento de onda e, por isso, não restituem da melhor forma as cores na área azul – ao contrário do que fazem as lâmpadas de halogéneo ao terem uma grande quantidade de energia em comprimentos de onda mais curtos.
Tipos de lâmpadas e os seus parâmetros
LEDs
Os LEDs são, cada vez mais, utilizados na iluminação de projectos para substituir as fontes convencionais. Do ponto de vista da aplicação, os LEDs são actualmente muito utilizados em sistemas de iluminação quando um sistema de iluminação necessita para ter as seguintes características:
- miniaturização;
- cores saturadas;
- efeitos dinâmicos (variação de cor RGB);
- longa durabilidade e robustez;
- melhoria das formas e dos volumes.
Os LEDs apresentam as seguintes vantagens do ponto de vista da iluminação:
- fiabilidade operacional;
- reduzidos custos de manutenção;
- elevada eficiência (comparados com as lâmpadas incandescentes e de halogéneo);
- luz limpa porque não possuem raios IR e UV;
- facilidade de fabrico de vidro de plástico eficiente;
- flexibilidade na instalação de pontos de iluminação;
- cores saturadas;
- pode garantir um efeito local forte (quase um ponto como emissor);
- funcionamento seguro devido à sua muito baixa tensão (normalmente entre 3 e 24 V DC);
- arranque a frio (até - 40º C) sem problemas;
- insensível à humidade e às vibrações;
- sem mercúrio;
- duração não é influenciada pelo número de operações de Ligar/Desligar.
Lâmpadas de descarga
Lâmpadas fluorescentes
Uma lâmpada fluorescente é uma fonte de luz “descarga de gás”. A iluminação é produzida por um movimento de um arco entre eléctrodos de tungsténio colocados dentro de um tubo com mercúrio e gás de baixa pressão. O arco excita os átomos de mercúrio que, por conseguinte, geram energia radiante sobretudo na radiação ultravioleta. Estimulados por esta energia, o revestimento de fósforo dentro do tubo emite luz através da conversão da radiação ultravioleta em luz visível. As lâmpadas fluorescentes possuem dois requisitos eléctricos. Um pico de tensão deve ser criado para ligar a lâmpada, desencadeando o arco. Depois da lâmpada estar ligada, o gás tem uma resistência inferior e a tensão deve ser limitada. Por esta razão, como para outras fontes de luz de descarga, as lâmpadas fluorescentes têm de funcionar com uma unidade de alimentação de energia concebida especificamente para isso. Dois tipos diferentes de fontes de alimentação são utilizados para controlar lâmpadas fluorescentes: tipo magnético ou electrónico.
Ambos funcionam nas mesmas funções mas as unidades electrónicas oferecem vantagens específicas. Em primeiro lugar são muito mais eficientes, garantindo poupanças na energia absorvida pelo sistema até 27%; além disso, dissipam menos calor e produzem uma estabilidade, sem iluminação cintilante. Outra melhoria importante introduzida na tecnologia de lâmpadas fluorescentes é o desenvolvimento de lâmpadas T8 com tecnologia trifósforo, melhorando assim a eficiência do sistema (até 30% de mais fluxo luminoso do que uma lâmpada standard com potência igual).
Além do uso de tecnologia intimamente ligado com as fontes, as poupanças substanciais podem ser obtidas utilizando unidades de controlo e temporizadores direccionados para os sistemas de iluminação – como interruptores temporizados ou interruptores astronómicos – optimizando o tempo de quando a iluminação é ligada, aumentando a eficiência energética.
O segmento de aplicação para uma tecnologia fluorescente com a maior taxa de crescimento é actualmente encontrada em lâmpadas fluorescentes compactas. Este tipo de lâmpadas consistem num tubo muito mais fino que é dobrado e uma base de plástico que, em algumas versões, contém uma fonte de alimentação convencional ou electrónica. As lâmpadas fluorescentes compactas são pequenas o suficiente para permitir a substituição de lâmpadas incandescentes em aplicações com base em iluminação distribuída, proporcionando assim os benefícios de um aumento da eficiência na tecnologia fluorescente para uma ampla gama de luminárias.
Lâmpadas de descarga de elevada intensidade
A tecnologia das lâmpadas de descarga de elevada intensidade é semelhante à da iluminação fluorescente; um arco é gerado entre dois eléctrodos dentro de um tubo de gás. Neste caso, o mecanismo de funcionamento difere do mecanismo da iluminação fluorescente. Os eléctrodos (colocados nas extremidades de um tubo de descarga estanque) estão apenas alguns centímetros separados, e o gás colocado no tubo tem uma elevada pressão.
Isto permite ao arco gerar, de forma extrema, elevadas temperaturas, vaporizando os elementos metálicos contidos no gás e desbloqueando grandes quantidades de energia radiante no espectro visível. Existem três tipos principais de lâmpadas de descarga: vapor de mercúrio de elevada intensidade, halogeneto metálico e sódio. A designação refere aos elementos metálicos presentes no reservatório de gás no qual o arco é atingido: as características das diferentes cores e a eficiência na lâmpada dependem destes elementos.
Lâmpadas de descarga de elevada intensidade também possuem características eléctricas que devem ser satisfeitas por uma unidade de fonte de alimentação concebida segundo o tipo de lâmpada e potência.
As lâmpadas de descarga de elevada intensidade necessitam de um tempo de aquecimento para produzir o seu nominal fluxo luminoso: até mesmo uma ausência momentânea de tensão requer a reinicialização do sistema e do tempo de aquecimento, um processo que pode durar alguns minutos.
Lâmpadas de vapor de mercúrio
O vapor do mercúrio é a mais velha tecnologia de lâmpadas de descarga de elevada intensidade, produzindo tanto energia visível como ultravioleta, e exigindo uma lâmpada exterior que consegue filtrar a radiação UV. Em si mesmo, uma lâmpada de descarga de vapor de mercúrio gera uma luz azul com uma elevada temperatura de cor e um baixo rendimento cromático. Um revestimento de fósforo é frequentemente utilizado para reduzir a temperatura de cor e trazer o rendimento cromático para os limites aceitáveis. A utilização destas fontes de iluminação tem sido significativamente reduzida devido ao desenvolvimento tecnológico que tornaram disponíveis outros tipos de lâmpadas de descarga de elevada intensidade, apresentando maior eficiência e melhores propriedades cromáticas.
Lâmpadas de iodetos metálicos
As lâmpadas de iodetos metálicos são as mais eficientes fontes de energia branca disponíveis actualmente. Estas fornecem uma elevada eficiência, uma excelente restituição da cor, longa durabilidade e uma deterioração do baixo fluxo luminoso. Estas lâmpadas utilizam os halogéneos, contidos no gás no qual o arco ocorre, capazes de produzir iluminação em áreas do espectro que o vapor do mercúrio sozinho não é capaz de gerar. Algumas lâmpadas de iodetos metálicos utilizam revestimentos de fósforo para melhorar ainda mais as suas características cromáticas. Exactamente devido às suas vantagens, estas lâmpadas são muito utilizadas para a iluminação interior de ambientes comerciais, sobretudo quando tectos muito altos pedem uma iluminação mais forte. Actualmente, estas gamas também se estendem para pequenas potências, permitindo uma elevada performance num espaço compacto, a solução ideal para aplicações de iluminação de arquitectura e iluminação de destaque. Outra tecnologia pode ser encontrada nas lâmpadas de iodetos metálicos com um tubo de descarga em cerâmica, que se caracteriza pela sua excepcional versão de estabilidade da restituição cromática e temperatura de cor.
Lâmpadas de sódio
Alta intensidade, tecnologia de descarga de sódio de alta pressão são o que caracterizam uma ainda mais elevada eficiência, mas com um baixo índice de rendimento cromático. Ao adicionar sódio aos gases existentes no tubo de descarga, estas lâmpadas geram um elevado desempenho em termos de eficiência na iluminação e um tempo de vida muito mais longo. No entanto, as lâmpadas de sódio produzem uma iluminação que se concentra na parte amarela/cor-de-laranja do espectro e tem um rendimento cromático pobre. Isto limita a sua utilização nas aplicações de iluminação industrial e exterior, nas quais os benefícios de uma elevada eficiência e a sua longa vida equilibra as desvantagens de um baixo índice de rendimento cromático. Em lâmpadas de sódio de elevada pressão, o tubo de mercúrio contém tanto vapores de mercúrio como de sódio. Alguns tipos de lâmpadas de sódio de elevada pressão podem substituir menos lâmpadas de vapor de mercúrio menos eficientes numa variedade de aplicações. Lâmpadas de sódio de baixa pressão são uma variante caracterizada pela emissão de luz num único comprimento de onda na parte amarela do espectro. Estas lâmpadas possuem a mais elevada eficiência de todas as fontes de luz e são utilizadas sempre que a elevada eficiência e uma longa vida útil são os únicos requisitos.
Fontes de luz incandescentes
Depois de uma série de melhorias, as lâmpadas incandescentes têm utilizado a mesma tecnologia básica desenvolvida há um século atrás. Um filamento de tungsténio colocado dentro de uma ampola de vidro é levado à incandescência através de uma passagem de corrente eléctrica. No entanto, as lâmpadas modernas utilizam um filamento com pó de tungsténio, que melhoram a eficiência. De forma a prevenir a combustão, as lâmpadas incandescentes estão preenchidas com uma mistura de gases inertes (já foi criado um vácuo no interior da lâmpada).
Durante muito tempo, as lâmpadas incandescentes eram as mais habituais fontes de iluminação. Devido ao facto das lâmpadas incandescentes standard terem um rendimento muito baixo, irão deixar de ser produzidas dentro da União Europeia e sairão do mercado segundo um acordo iniciado em Setembro de 2009. As lâmpadas de halogéneo tungsténio são uma melhoria à tecnologia incandescente, garantindo uma melhor eficiência (até 20%), um tempo de vida mais extenso e uma elevada qualidade da iluminação. Numa lâmpada incandescente standard, o filamento de tungsténio, que é submetido a uma temperatura mais elevada, tem tendência a evaporar-se e depositar-se nas paredes da lâmpada, reduzindo a quantidade de iluminação emitida. Além disso, o filamento torna-se cada vez mais fino e poderá quebrar-se.
Os elementos presentes no gás dentro de uma lâmpada de halogéneo permitem que os átomos de tungsténio evaporado sejam depositados mais uma vez no filamento. Este fenómeno desacelera a deterioração do filamento, melhorando a consistência do fluxo luminoso produzido e prolongando a vida de uma lâmpada.
As lâmpadas de halogéneo possuem uma temperatura de cor mais elevada do que as lâmpadas incandescentes standard. A sua iluminação contém uma grande quantidade de azul e menos amarelo, e surge mais branco e mais brilhante.
Apesar de ambos os tipos de fontes de iluminação terem um índice “Ra” de 100, uma temperatura de cor maior das lâmpadas de halogéneo fornecem uma cor restituída mais agradável e mais brilhante fornecido para uma ampla gama de cores.
Os sistemas das lâmpadas de halogéneo com muito baixa tensão podem funcionar de forma eficiente com menores potências do que os sistemas com tensão normal da rede, permitido por um elevado rendimento de campo a partir de unidades muito compactas. É por isso que, ao controlar com precisão o feixe luminoso, as lâmpadas de halogéneo de muito baixa tensão são particularmente adequados para uma iluminação de destaque. As lâmpadas de halogéneo estão disponíveis em muitas variações numa ampla gama de potências e ângulos de abertura do feixe luminoso.
Não deixe de decarregar na nossa biblioteca o guia de instalação de contactores ESB e EN
