Tecnologias do presente

Devido às suas características e à relação eficiência/custo de investimento e de funcionamento, os tipos de lâmpadas explicitados neste subcapítulo são os mais utilizados atualmente em IP, tais com:

 Fluorescentes (compactas ou tubulares);  Vapor de Sódio (alta e baixa pressão);  Iodetos Metálicos;

 Díodo emissor de luz ou Light Emitting Diode (LED).

Fluorescentes Compactas ou Compact Fluorescent Lamps (CFLs)

A CFL (ilustrada na Figura 3.5) surgiu na década de 80 e foram projetadas para substituir as lâmpadas incandescentes. São uma boa escolha quando se quer uma elevada eficiência, baixo custo e um valor baixo de Lúmens à saída, sendo por isso aplicadas em locais onde baixos níveis de luminosidade são aceitáveis. Daqui se compreende que a taxa de utilização deste tipo de lâmpadas no mercado da IP é baixa, sendo quase exclusivamente utilizadas nos parques e jardins ou em zonas para efeitos decorativos.

Mais recentemente, com a introdução de novos Fosfatos, as características da cor das CFLs foram substancialmente melhoradas, pelo que atualmente já existem modelos em que a luz emitida é branca e fria.

Figura 3.5 – Lâmpada florescente compacta [20].

Apesar de terem um custo inicial superior ao das lâmpadas de incandescência, proporcionam poupanças importantes devido ao seu maior rendimento (consomem apenas 20% da energia) e à sua elevada duração.

A Figura 3.6 ilustra o espectro luminoso de uma lâmpada fluorescente.

Figura 3.6 – Espectro de emissão luminoso de uma lâmpada fluorescente [17].

Apresenta-se no Quadro 3.3 as características principais da lâmpada compacta fluorescente.

Quadro 3.3 – Características das lâmpadas compactas fluorescente [21].

Potência 5 – 55 (W)

Temperatura de cor 2700 – 6000 (K)

IRC 85 – 98

Eficiência 45 – 87 (lm/W)

Tempo de vida útil 10000 horas

Lâmpadas de Vapor de Sódio de Alta Pressão ou High Pressure Sodium (HPS)

A lâmpada de vapor Sódio de alta pressão foi projetada para obter rendimentos e durabilidade elevada. A maior barreira para o seu fabrico foi a confecção do tubo de descarga, para que suportasse a agressividade do Sódio a altas temperaturas e pressões. Este obstáculo foi transposto com o desenvolvimento de um tipo especial de cerâmica translúcida de Alumina (Óxido de Alumínio).

Uma fonte de alimentação e um balastro (eletromagnético ou eletrónico) em série irão fornecer uma corrente apropriada à lâmpada. A Figura 3.7 ilustra o seu funcionamento. Quanto maior for a potência da lâmpada, maior será a temperatura no seu interior e quanto maior for a temperatura, maior será a pressão do vapor e menor a resistência elétrica da lâmpada.

Figura 3.7 – Esquema de funcionamento de uma lâmpada de vapor de Sódio de alta pressão [22].

As lâmpadas de vapor de Sódio de alta pressão (ilustradas na Figura 3.8), assim como as lâmpadas de Iodetos Metálicos, estão disponíveis numa vasta gama de formatos, desde a forma elipsoidal à refletora parabólica.

A Figura 3.9 ilustra o espectro luminoso de uma lâmpada de vapor de Sódio de alta pressão.

Figura 3.9 – Espectro luminoso de lâmpadas de vapor de Sódio de alta pressão [17].

Apresenta-se no Quadro 3.4 as características principais da lâmpada vapor de Sódio de alta pressão.

Quadro 3.4 – Características das lâmpadas de vapor de Sódio de alta pressão [21].

Potência 50 – 1000 (W)

Temperatura de cor 2000 – 3300 (K)

IRC 20 – 40

Eficiência 70 – 140 (lm/W)

Tempo de vida útil 16000 horas

Lâmpadas de Vapor de Sódio de Baixa Pressão ou Low Pressure Sodium (LPS)

Com o aparecimento da lâmpada de vapor de Sódio de baixa pressão (ilustrada na Figura 3.10) nas redes de IP conseguiu-se obter um melhor rendimento das instalações. Tem como princípio de funcionamento a descarga num tubo de vidro especial em forma de U, contendo uma atmosfera composta de Néon, Árgon e do Sódio.

A lâmpada a vapor de Sódio de baixa pressão tem a desvantagem de possuir um espectro praticamente monocromático na região do amarelo (Figura 3.11), o que representa o pior índice de restituição de cor de todas as fontes luminosas. Tem também os tempos de vida útil mais baixos. Em contrapartida possui o mais elevado índice de eficiência energética.

Figura 3.11 – Espectro da lâmpada de Vapor de Sódio de baixa pressão [17].

Apresenta-se no Quadro 3.5 as características principais da lâmpada vapor de Sódio de baixa pressão.

Quadro 3.5 – Características típicas da lâmpada de vapor de Sódio de baixa pressão [21].

Potência 50 – 1000 (W)

Temperatura de cor 1800 – 2200 (K)

IRC 10 – 20

Eficiência 120 – 180 (lm/W)

Tempo de vida útil 16000 horas

Lâmpada de Iodetos Metálicos

A lâmpada de Iodetos Metálicos (ilustrada na Figura 3.12) tem algumas semelhanças com a lâmpada de vapor de Mercúrio, à exceção das seguintes características:

 Presença de Iodetos Metálicos;

 Desempenho muito superior em termos do Índice de Restituição de Cor (IRC).

Esta lâmpada contém um revestimento de alumina nas extremidades do tubo de descarga, cujo objetivo é refletir o calor produzido pela descarga para os elétrodos, impedindo a condensação dos Iodetos no interior do tubo de descarga da lâmpada.

Atualmente, a lâmpada de Iodetos Metálicos, apresenta um grande número de aplicações, com destaque para a IP de:

 Centros históricos e monumentos;  Zonas residenciais;

 Estádios de futebol.

A eficiência luminosa deste tipo de lâmpadas é superior à lâmpada de vapor de Mercúrio, mas inferior à lâmpada de vapor de Sódio de alta pressão.

Figura 3.12 – Lâmpadas de Iodetos Metálicos [24].

Comparadas com as lâmpadas de Sódio de alta pressão, oferecem as mesmas vantagens, mas têm características diferentes. Têm uma maior gama de potências e uma cor mais branca e fria. São usadas quando se necessita de uma boa eficiência e restituição de cores. Contudo a cor é afetada pela idade, têm menor vida útil e rendimento. Na Figura 3.13 está ilustrado o espectro luminoso de uma lâmpada de Iodetos Metálicos.

Apresenta-se no Quadro 3.6 as características principais da lâmpada de Iodetos Metálicos.

Quadro 3.6 – Características típicas da lâmpada de Iodetos Metálicos [21].

Potência 35 – 3500 (W)

Temperatura de cor 3300 – 5500 (K)

IRC 80 – 90

Eficiência 65 – 110 (lm/W)

Tempo de vida útil 12000 – 16000 horas

Díodo emissor de luz ou Light Emitting Diode (LED)

O LED transforma a energia elétrica em luz num cristal de semicondutor. Tal transformação é diferente da encontrada em lâmpadas convencionais (incandescentes, descarga e indução), pois a transformação de energia elétrica em luz é efetuada dentro da matéria sólida, daí que também seja denominada por iluminação de estado sólido ou Solid State Lighting (SSL). Com o desenvolvimento de novas tecnologias de fabrico e materiais, os LEDs têm vindo a ser produzidos com custos cada vez menores, proporcionando uma gama cada vez maior de aplicações, como sinalização, iluminação de interiores e IP.

O LED (ilustrado na Figura 3.14) é constituído por um chip semicondutor (detalhes na Figura 3.15), que é encapsulado em material plástico, cerâmico ou resina. Geralmente um segundo controlador ótico (lente ou difusor) é introduzido na cápsula. Desta forma, o rendimento ótico do sistema será definido quer pela forma e tamanho do LED, quer pela configuração da lente e da sua distância ao chip.

Figura 3.14 – Estrutura de um LED montado em circuito impresso (esquerda) e vista de perfil do LED (direita) [25].

O funcionamento de um LED só é possível com o uso de uma fonte de alimentação especial, que irá converter a tensão alternada da rede em tensão contínua. Dependendo da sua polarização, o LED irá permitir, ou não, a passagem de corrente elétrica gerando, ou não, luz. Os eletrões movem-se da região N, através da junção PN do díodo semicondutor, até atingirem a região P, onde se recombinam com cargas positivas (lacunas). Quando duas cargas se recombinam, são libertados fotões cuja energia é igual à largura da banda proibida, Eg (Figura 3.16).

Figura 3.15 – Representação interna do princípio de funcionamento de um LED [25].

Os LEDs emitem uma luz monocromática, sendo que a cor da luz irá depender do:  Material utilizado na sua composição;

 Largura de banda proibida do semicondutor.

De modo a termos um díodo emissor de luz visível, é necessário escolher materiais que possuam uma largura de banda proibida maior que a do Silício (Figura 3.16). Esse valor irá determinar o comprimento de onda do fotão e, desta forma, a cor da luz emitida.

A produção de LEDs com cor idêntica foi um problema ultrapassado apenas com a implementação do processo de agrupamento em lotes homogéneos (binning - seleção em bins, ou seja, lotes). O processo binning (ilustrado na Figura 3.17) envolve a caracterização dos LEDs mediante as medidas das suas características fundamentais: fluxo, cor e tensão.

Figura 3.17 – Processo de binning [25].

Quando se utiliza uma luminária de LEDs (Figura 3.18) é fundamental que sejam do mesmo lote de modo a proporcionar um melhor efeito visual.

Figura 3.18 – Luminária de IP com LEDs [25].

Possuem ainda como vantagens:  Direccionalidade;

 Tempo de vida superior;

 Mais eficientes comparando com lâmpadas convencionais;

 Mais adequado para dimming. Permite reduções muito superiores às das lâmpadas convencionais.

Assumindo uma durabilidade anunciada por alguns fabricantes de 100.000 horas, a operar numa média de 12h por dia, terá um tempo de vida superior a 22 anos. A Figura 3.19 expõe o espectro luminoso de um LED de cor branca.

Figura 3.19 – Espectro luminoso de um LED de cor branca [17].

Apresenta-se no Quadro 3.7 as características principais dos LEDs.

Quadro 3.7 – Características típicas dos LEDs [26].

Potência 1 – 50 (W)

Temperatura de cor 2700 – 5000 (K)

IRC 60 – 98

Eficiência 120 – 160 (lm/W)

3.1.3 Tecnologia com características especiais