Depreciação da quantidade de lumens e vida útil

Um dos parâmetros considerados na avaliação do sistema de iluminação refere-se ao desgaste do equipamento ao longo do tempo, e a quantidade de lumens gerada pela fonte de luz. Comuns a todos os tipos de fontes de iluminação, desgastes ao longo de tempo são inevitáveis. Mesmo os LEDs de alta qualidade perdem a eficiência conforme expostos a temperaturas mais elevadas (POPPE, 2014). De acordo com Uddin et al. (2011), A eficiência luminosa de diversas fontes LED decresce aproximadamente 0,2-1% por grau Celsius elevado na temperatura.

Royer (2014) mostra o mesmo equipamento LED submetido a teste sob diferentes condições de temperatura e a consequente depreciação dos lumens ao longo do tempo (visualizado na Figura 12). Notoriamente, a manutenção de lumens é influenciada pelas temperaturas resultantes da corrente elétrica no equipamento, temperatura do ambiente e performance de temperatura da lâmpada ou luminária.

Figura 12. Manutenção de lumens medidos e previstos para o mesmo equipamento LED sob três condições diferentes de temperatura.

Fonte: Adaptada de Royer (2014) e United States Department of Energy (2013) O autor aponta que devido aos LEDs normalmente apresentarem tempo de vida em dezenas de milhares de horas, não é realístico medir a quantidade de lumens produzidos com base na sua expectativa de vida, sendo que é raro encontrar dados de medições sobre esse longo tempo de

vida para LEDs ou luminárias LED. De acordo com Royer (2014), ainda, a norma TM-21-11 (IES, 2011) que estabelece como método extrapolar em até seis vezes o número de horas medidas para determinar a vida útil não representa a performance do tempo real de vida da fonte.

Enfim, Royer (2014) discute os métodos recomendados para o cálculo de L70, que corresponde ao “Período de tempo durante o qual uma lâmpada LED fornece 70% ou mais do fluxo luminoso inicial, sob condições normais de ensaio.” (BRASIL, 2014). Enquanto lâmpadas fluorescentes de alta performance têm especificações de fator de manutenção 0,92 e 0,95, os LEDs têm afixados valores de 0,70 (manutenção do fluxo L70). O LED “L Prize” (DOE L Prize®-winning LED A lamp), citado no artigo, com 25.000 horas de testes realizados atinge ótimos índices de manutenção de lumens.

A Figura 13 mostra as características da depreciação de lumens para LEDs e fluorescentes (A); a Figura 14 mostra os níveis de iluminância alcançados pelas fontes (B) em relação aos níveis recomendados (linha cinza). Como a “L Prize” tem elevada manutenção de lumens ao longo do tempo, após 10.000 horas de uso ela continua apresentando valores muito superiores ao nível recomendado (projeção em azul marinho).

Figura 13. Características da depreciação de lumens para LEDs e fluorescentes (A) Níveis de iluminância atingidos em relação ao nível recomendado (B)

Figura 14. Níveis de iluminância atingidos em relação ao nível recomendado (B)

Fonte: Adaptada de Royer (2014)

Os resultados apresentados mostram que manter um fator de L70 para todos os tipos de LED tende a ser incoerente com o potencial de eficiência energética que se espera do sistema. Como sistemas de iluminação com lâmpadas fluorescentes costuma apresentar falha no equipamento, ou seja, a própria lâmpada “queima” antes que a quantidade de lumens atinja níveis indesejáveis, os projetos tendem a ser menos conservadores na limitação do cálculo do fluxo a ser mantido. Já com os LEDs, o equipamento entra em colapso muito tempo depois, quando a queda da emissão de lumens já pode ter atingido níveis abaixo dos esperados. Isto pode indicar que, mesmo depois de atingir os limites de emissão de lumens, os LEDs com fator L70 possam continuar, indefinidamente sem substituição, visto que não se apresenta nenhuma falha evidente para a troca do produto. Isso não afasta, portanto, uma manutenção responsável sobre o sistema.

Considerando o impacto sobre os níveis de iluminância de projeto, o fator de manutenção L70 para o sistema LED representa instalações para iluminância de projeto com até 140% do valor exigido. Assim sendo, o autor propõe duas alternativas ao L70, apresentadas na Figura 15.

Figura 15. (A) Níveis de iluminação utilizando fatores de manutenção baseados em 50% do tempo de vida projetado (50% de 50.000 horas) e (B) Níveis de

iluminação baseados em 100% do tempo de vida projetado (50.000 horas).

Fonte: Adaptada de Royer (2014) e United States Department of Energy (2013) Como alternativa ao L70, propõe-se, no caso A, de 40% a 50% da projeção do tempo de vida útil para cada fonte, renovando-se as lâmpadas. No caso B, o fator de manutenção foi baseado em 100% do tempo de vida, com o mesmo ajuste de tempo para as outras fontes de iluminação, resultando num método em que se distingue mais facilmente os tipos de fontes de energia e a depreciação dos lumens. Para cada fonte, um fator é tomado como base para garantia dos níveis de iluminação ao longo do tempo. Para o LED “L Prize”, por exemplo, o fator de 0,98, para as 50.000 horas de vida útil, significa uma economia de energia de 40% quando comparada ao mesmo sistema, com níveis de iluminação utilizando-se o L70 (comportamento equivalente ao “LED 2”, em azul claro).

Além da falta de dados medidos em tempo real de vida dos LEDs, ressalta-se também o grau de incerteza para as medições. Dados de medição da General Electric Company (2011) mostram que o grau de incerteza para avaliação do tempo de vida dos LEDs nos testes in situ podem chegar a 1-3%, combinando todas as incertezas dos instrumentos de medição e controle durante a realização dos testes. Testes de medição de temperatura in situ (In situ Temperature Mesurement Test – ISTMT) correspondem a “verificação da temperatura do LED em ambientes que simulam aplicações no mundo real (in situ)” (BRASIL, 2014, p. 23).

A Figura 16 ilustra a influência das incertezas para projeções de L70, com +/- 2% de grau de incerteza. As medições reais de 6.000 horas são curvas em linha cheia, partindo de zero hora, com 100% do fluxo luminoso, até as 6.000 horas. A projeção ao longo do tempo de vida (linha

traço-ponto), atinge para cada variação, tempos aproximados a 35.000 horas; 50.000 horas e 95.000 horas, tornando evidente a repercussão da variabilidade sobre os resultados para as projeções L70.

Figura 16. Influência do grau de incerteza +/- 2% sobre a projeção do fator L70, baseado em medições de 6.000 horas

Fonte: Adaptada de General Electric Company (2011)

Em geral, os LEDs desenvolvidos em centros avançados de pesquisa levam certo tempo para ingressar no mercado. Nesse sentido, comparações entre lâmpadas LED e demais fontes disponíveis atualmente têm resultados diferentes daqueles apresentados por Royer (2014), pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, ou pelo Laboratório do Pacífico (Pacific Northwest National Laboratory).

Aman et al. (2013) comparam lâmpadas incandescentes (as menos eficientes) com lâmpadas fluorescentes compactas (LFCs) e LEDs. Os LEDs mais eficientes atingiram 93,4 lm/W e LFCs 76,25 lm/W. As lâmpadas fluorescentes T5 chegaram a 127,78 lm/W, apontadas como sendo as mais eficientes. Para os testes realizados com medições utilizou- se lâmpadas incandescentes 60 e 100W, CFL 18 e 26W, fluorescentes 36W (T8) e LED 12W e 30W. Nenhum dos seis exemplares de LEDs testados atingiram os valores de eficácia (lm/W) especificados pelos fabricantes.