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Temperatura de Cor

É um pouco “estranho” para um iniciante ou leigo no assunto ver que em iluminação a cor, ou melhor dizendo, a tonalidade da luz branca, sempre é associada a uma unidade de temperatura , não é mesmo?

Então, vamos iniciar esse artigo abordando esse lado “científico” do assunto:

Para os cientistas, a cor definida em uma escala de temperatura tem base comparativa, e corresponde a uma determinada distribuição espectral da fonte de luz. Um corpo radiador negro, tomado como ideal, emite luz em uma tonalidade comparável à de uma fonte de luz, e essa tonalidade depende da sua temperatura.

Para essa correlação convencionou-se o uso da temperatura absoluta, em graus Kelvin, onde 1 Kelvin é igual à temperatura de - 273 graus Celsius, como unidade da temperatura de cor.

Na prática, a temperatura de cor só faz sentido para fontes de luz que correspondem aproximadamente à radiação do corpo negro, ou seja, aquelas que emitem luz avermelhada / laranja passando pelo amarelo e pelo branco mais ou menos azulado. Não faz sentido falar de temperatura de cor, por exemplo, para tonalidades verdes ou para uma luz púrpura.

Observando o aquecimento de uma peça de ferro colocada no fogo, esta peça comporta-se segundo a lei de Planck, e vai adquirindo diferentes colorações na medida que sua temperatura aumenta. Na temperatura ambiente tem uma cor escura, como geralmente vemos o ferro, mas sua cor se torna vermelha a 800 K, amarelada em 3.000 K e branca azulada em 5.000K, ou seja, a cor será cada vez mais clara à medida que a temperatura aumentar, até atingir o ponto de fusão.

Essa observação demonstra que o pico espectral é deslocado para comprimentos de onda mais curtos (resultando em um branco mais azulado) para temperaturas mais elevadas.

Na prática, denominamos a cor segundo nosso psicológico, ou seja, chamamos de Quente a cor mais amarelada, relacionando-a ao calor do Sol na zona tropical, e de Fria a cor mais azulada relacionando-a ao frio do gelo dos pólos da Terra. No entanto, fisicamente, quanto mais quente a temperatura da cor em Kelvein, mais azulada será essa cor e quanto mais fria, mais amarelada, conforme a tabela abaixo, que serve de referência para a escolha de lâmpadas e luminárias a LED:


Branco Quente: tipicamente de 2600 Kelvin a 3500 Kelvin

Branco Neutro: tipicamente de 4000 Kelvin a 4500 Kelvin

Branco “Luz do dia”: tipicamente de 5000 Kelvin a 5500 Kelvin

Branco Frio: tipicamente acima de 6000 Kelvin


A cor branca na faixa de temperatura de cor denominada “luz do dia” é a que mais se aproxima da luz do Sol, que ilumina naturalmente os ambientes que frequentamos, sejam internos ou externos, depois de filtrada e afetada pela atmosfera da Terra, por isso ganhou esse nome.

Os LEDs brancos estão disponíveis em diferentes temperaturas de cor, à medida que utilizam mais ou menos fósforo em sua composição:
 

Branco Quente (2700-3500 Kelvin): comparável à tonalidade da lâmpada de filamento incandescente tipo bulbo

Branco Neutro (4000-4500 Kelvin): comparável às lâmpadas halógenas e de vapor metálico das lojas de varejo

Branco “luz do Dia” (5000-6000 Kelvin): usada para melhor reprodução de cores, sendo tipicamente a temperatura de cor do “Sol do meio-dia” em muitas partes do mundo

Branco Frio (6000-7000 Kelvin): comparável às lâmpadas fluorescentes e de alta potência (lâmpadas de mercúrio ou vapor metálico) utilizadas em indústrias, comércios e tipicamente nos hospitais e drogarias


A escolha da temperatura de cor mais adequada a cada ambiente é uma escolha pessoal, ou seja, cada pessoa tem sua preferência, mas especialistas em iluminação sugerem algumas referências para essa decisão:

Branco Quente: luz preferida para restaurantes, sala de jantar, sala de estar, quartos e outros ambientes onde se deseja uma sensação de calma / relaxamento e conforto.

Branco Neutro: luz ideal para cozinhas, sanitários e outros ambientes onde alguma tarefa seja executada com necessidade de um nível de atenção normal.

Branco “luz do dia”: luz ideal para lojas, pontos comerciais, escritórios em geral, salas de aula, onde durante boa parte do dia também pode ser aproveitada a iluminação natural para compor a iluminação total do ambiente, junto à iluminação artificial.

Branco frio: luz indicada para locais onde as tarefas exijam atenção máxima e onde seja importante realçar a limpeza do ambiente, ou falta dela, como em determinadas áreas de produção industrial, clínicas e hospitais, drograrias, etc.


Psicologicamente, a luz branca fria desperta a atenção do cérebro, enquanto a luz branca quente leva a um estado de maior relaxamento. Em geral, a maioria dos homens prefere a luz fria, enquanto a maioria das mulheres prefere a luz quente.

Tanto as temperaturas de cor muito baixas como as muito altas afetam significativamente a cor real dos objetos, com as baixas tornando-os mais amarelados e as altas mais azulados. Par melhor reprodução de cores, prefira sempre as temperaturas do branco “luz do dia” ou neutro. A fidelidade na reprodução das cores é indicada por um índice: IRC – Índice de Reprodução de Cor, ou CRI, em inglês.

O IRC é um valor relativo à sensação de reprodução de cor, baseado em uma série de cores padrões. À luz que tem reprodução das cores com a máxima fidelidade atribui-se IRC = 100 (indicando 100% de fidelidade), que seria equivalente à luz natural do Sol do meio-dia.

 

Esse é um assunto para ser tratado em outro artigo, por ora, observe como essa informação acompanha as especificações das lâmpadas de LEDs de diferentes temperaturas de cor:


Branco Quente de 3000K: IRC > 80

Branco Frio de 6500K: IRC > 70

Branco Neutro 4000K: IRC > 85

 

Para concluirmos, é importante destacarmos que muitas vezes os consumidores procuram somente a lâmpada de LED mais "forte", ou seja, que gera um fluxo luminoso maior em lúmens ou lux, no entanto, não é somente esse fator que deve ser observado na escolha da lâmpada ideal.

Em geral, o LED branco frio (acima de 6000K) entrega mais lúmens, porém a qualidade da iluminação não depende somente desse parâmetro. Conforme o ambiente, apesar de tecnicamente mais intensa, a iluminação na tonalidade branca fria pode representar uma iluminação de baixa qualidade, principalmente se a reprodução fiel das cores for um aspecto importante, ou o estímulo cerebral dessa tonalidade não ser adequado ao "clima" desse ambiente, sua decoração e suas particularidades.

 

Índice de Proteção (IP) em Luminárias LED

mportância do Índice de Proteção (IP)

Nas luminárias LED, tanto de uso externo como em uso interno instaladas em ambientes com uma atmosfera mais "agressiva", é importante considerar o Índice de Proteção (IP) contra poeira e umidade, indicado pelo fabricante, pois as partes metálicas, como os contatos elétricos e os circuitos e componentes eletrônicos, em especial o driver de alimentação e os LEDs, podem sofrer danos com a umidade ou perda de performance com a poeira ou qualquer outro resíduo sólido, que também podem causar algum dano funcional, conforme o tipo de material em suspensão no ar. Por isso, as luminárias LED necessitam de proteção, que deverá ser mais rigorosa conforme riscos de danos aos quais estarão submetidas, visando minimizar as falhas e a necessidade de manutenção.

Norma ABNT Padroniza o IP

Uma norma na ABNT padroniza o IP (Índice de Proteção), levando em conta a proteção contra resíduos sólidos, como poeira, e também contra líquidos, como: jatos de água, respingos, chuva intensa, submersão, etc. (tabela 1).

 
TABELA PARA GRAU DE PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
Primeiro Dígito
Dígito Descrição Proteção
0 Não protegido Sem proteção especial
1 Protegido contra objetos sólidosmaiores que 50 mm Grande superfície do corpo humano como a mão. Nenhuma proteção contra penetração liberal no equipamento
2 Protegido contra objetos sólidos maiores que 12 mm Dedos ou objetos de
comprimento maior do que 80
mm, cuja menor dimensão é
maior do que 12 mm
3 Protegido contra objetos sólidos maiores que 2,5 mm Ferramentas, fios de diâmetro e espessura maiores que 2,5 mm cuja menor dimensão é maior que 2,5 mm
4 Protegido contra objetos sólidos maiores que 1,0 mm Fios, fitas de largura maior do
que 1,0 mm, objetos cuja menor dimensão seja maior que 1,0 mm
5 Proteção relativa contra poeira
e contato a partes internas ao
invólucro
Não totalmente vedado contra
poeira, mas se penetrar não
prejudicará o funcionamento do equipamento
6 Totalmente protegido contra
penetração de poeira e contato a partes internas ao invólucro
Não é esperada nenhuma
penetração de poeira no
interior do invólucro
Segundo Dígito
Dígito Descrição Proteção
0 Não protegido Sem proteção especial.
Invólucro aberto
1 Protegido contra queda vertical de gotas de água Gotas de água caindo na vertical
não prejudicam o equipamento
(condensação)
2 Protegido contra queda com
inclinação de 15° com a vertical
Gotas de água não tem efeito
prejudicial para inclinações de
até 15° com a vertical
3 Protegido contra água aspergida Água aspergida de 60° com a
vertical não tem efeitos
prejudiciais ao equipamento
4 Protegido contra projeções de
água
Água projetada de qualquer
direção não tem efeito
prejudicial
5 Protegido contra jatos de água Água projetada por bico em
qualquer direção não tem
efeitos prejudiciais conta o
Equipamento
6 Protegido contra ondas do mar Água em forma de onda, ou
jatos potentes não tem efeitos
prejudiciais ao equipamento
7 Protegido contra efeitos de
Imersão
Sob certas condições de tempo
e pressão não há penetração de
água. Ex.: Inundações
8 Protegido contra submersão Adequado à submersão
contínua e sob condições
específicas. Ex.: Equipamento
submerso

Além de atribuir um "grau de proteção" ao equipamento elétrico, o Índice de Proteção (IP) também evita danos físicos às pessoas, por exemplo, prevenindo e minimizando a possibilidade de choque elétrico, seja pela penetração de corpos sólidos estranhos como pela penetração de água. 

Na tabela 1, no primeiro bloco é registrada a proteção contra sólidos (faixa numérica de 0 a 6) e no segundo bloco contra líquidos (faixa numérica de 0 a 8).

Ao lado do número, é descrita a situação e uma outra coluna da tabela informa o tipo de proteção.  

A combinação de um número da proteção contra sólidos e um número da proteção contra líquidos, representa o grau de proteção da luminária, que na realidade se aplica a qualquer equipamento eletro-eletrônico ou invólucro de proteção. Exemplos: IP65, IP66, IP67, IP68.

IP67, IP66 e IP65 - Índices de Proteção mais Usados em Luminárias e Projetores LED

É sabido que os LEDs sofrem corrosão quando a umidade consegue penetrar até os pontos de conexões internas do chip.

O driver de alimentação geralmente utiliza tecnologia de fonte chaveada, funcionando em uma frequência alta de comutação do circuito que converte uma alta tensão DC (AC retificada) em uma tensão mais baixa para os LEDs, com corrente estável.

Para que esse circuito permaneça em funcionamento estável, sem ruídos elétricos e mecânicos, e/ou perda de regulagem na corrente controlada dos LEDs, é importante que fique protegido da umidade, até mesmo da umidade normalmente presente no ar ambiente, principalmente em regiões onde a Umidade Relativa do Ar (%UR) apresente níveis mais altos.

Por isso, sempre que for escolher uma luminária ou projetor LED, leve em consideração a necessidade de proteção contra poeira e umidade.

Geralmente, em uso externo uma proteção IP67 garante com excelente eficácia a integridade do circuito do driver e também dos LEDs (é usual que os LEDs fiquem em um compartimento hermético, com um fechamento frontal instalado com uma junta de vedação de silicone ou borracha). É comum um driver IP67 ficar inclusive exposto ao ar livre, apenas protegido da incidência direta do sol, facilitando assim a circulação de ar e a irradiação de calor do corpo do driver para o ambiente, ficando em uma temperatura confortável de operação.

O IP66 também é um índice muito utilizado e bem aceito nas luminárias e projetores LED de uso externo, principalmente quando o driver de alimentação não fica diretamente exposto à chuva (já considerando que a placa de LEDs também esteja instalada em um compartimento hermético).

Em iluminação pública, o IP65 também é um índice de proteção bastante utilizado, principalmente em luminárias que são grandes e dispõem de espaço suficiente para serem criados alojamentos protegidos da entrada de poeira e umidade para os drivers e LEDs. O IP65 é adequado, pois a fonte de água incidente normalmente é a chuva (equivalente a jato de água em qualquer direção, caso seja uma chuva com vento).

Normalmente, a luminária de IP (também costuma-se encontrar a sigla "IP" referindo-se a "Iluminação Pública") tem potência alta e trabalha quente, principalmente devido ao calor gerado pelos LEDs, irradiado por um elemento dissipador, que pode ser inclusive o próprio "corpo" da luminária. Esse calor também atua de forma favorável para secar o ar em torno dos dispositivos sensíveis, sempre que a iluminação é ligada.

Complementando o assunto, a proteção de Equipamentos Elétricos é definida por duas normas brasileiras (NBR - ABNT):

NBR 6146 - Invólucros de Equipamentos Elétricos - Proteção
NBR 9884 - Máquinas Elétricas Girantes - Graus de Proteção Proporcionados pelos Invólucros 

Essas duas normas foram baseadas em normas internacionais, o que significa que e o Brasil passou a adotar a terminologia internacional e não mais a terminologia de proteção de invólucros de origem americana - NEMA - para invólucros.

Assim, atualmente os invólucros (e produtos fechados) têm o grau de proteção designado por essa simbologia composta da sigla "IP" seguida por dois dígitos da tabela 1. Exemplo: IP20, IP64, IP65, IP66, IP67, IP68, etc.

Outros produtos com LEDs, e não somente as luminárias e projetores, também trazem o grau de proteção em suas especificações, como por exemplo: fitas de LEDs, módulos e painéis com LEDs para publicidade, letreiros de mensagem variável, lanternas, spots de jardim, sinalizadores rodoviários, semáforos, etc.

 

Fique atento, e utilize o produto com o IP mais indicado para cada ambiente de aplicação.

 

Economia pelo Fator de Potência

 

Economia pelo fator de potência

Está na moda falar sobre a economia que as lâmpadas feitas de LEDs trazem em relação às incandescentes, fluorescentes, entre outras, por ter uma potência menor e realizar a mesma luminosidade. Porém, o que não é muito comentado, é o seu alto fator de potência, melhorando ainda mais o rendimento em relação à fluorescente. Mas afinal, o que é fator de potência?

Por definição, fator de potência é o cosseno do ângulo de defasagem entre a corrente e a tensão em um determinado circuito elétrico, que também é o mesmo ângulo entre a potência ativa (watt) e a potência aparente (VA) consumidas nesse circuito.

Quando esse ângulo é diferente de 0º, aparece uma terceira potência, que é a potência reativa (Var), que é uma energia que não é utilizada para realizar trabalho ou, no caso das lâmpadas, para iluminar.

Portanto, para verificar o real consumo de energia de um produto não se deve olhar o seu consumo em Watts, mas em VA (volt-ampère).

Muitos fabricantes só falam o consumo de seus produtos em Watts, pelo fato de em muitas instalações o medidor de energia (“relógio”) não conseguir ler a potência reativa. Assim, a conta é cobrada somente pela energia ativa, geralmente em kWh.

Como as concessionárias estão trocando os medidores de energia magnético pelo eletrônico, que consegue ler todos os tipos de potência, brevemente conseguirão cobrar pelo consumo total em VA.

Em instalações muito grandes, como shopping centers e galpões, o consumo de energia defasada chega ser tão significativo que pode ocasionar uma multa por reativo.

Com a instalação de lâmpadas com alto fator de potência esse reativo vai diminuir, diminuindo as chances de se enquadrar fora do fator de potência permitido, que é de no mínimo 0,92.

Veja como é a característica das potências dos tipos de lâmpadas mais comuns no comércio e nas residências:

Tabela FP

Como observado na tabela acima, a economia feita pela lâmpada de LED (potência ativa medida em watts) em relação à fluorescente é em torno de 40%, mas o consumo real mostra que sua economia chega na verdade a 67%.

LED versus Capacitor Eletrolítico

Como todos os vendedores de produtos de iluminação a LED comentam e todos nós já vimos em propagandas de lâmpadas e luminárias a LED, um bom LED pode durar muito tempo, até mesmo mais de 50.000 horas, desde que tenha um bom dissipador de calor, e a temperatura da sua junção esteja sob controle. Por isso, não se pode economizar nesse ponto, garantindo que o dissipador seja eficiente para um correto gerenciamento térmico da temperatura de junção do LED.

Mas não basta um bom dissipador para o LED (que nas lâmpadas forma o próprio "corpo" do produto). Não se esqueça que o driver de alimentação desse LED também precisa de uma boa dissipação de calor. 

Nos drivers existentes em lâmpadas e luminárias compactas, como nas chamadas dicróicas LED, nas lâmpadas LED PAR ou de formato bulbo, nas lâmpadas AR, e até mesmo nas tubulares LED ou luminárias de embutir no teto, há pelo menos um componente que representa um ponto fraco: o capacitor eletrolítico.

Capacitor Eletrolìtico
A temperatura típica de operação, especificada pelos fabricantes de capacitores eletrolíticos, está na faixa de 85°C a 105°C, para uma vida útil de 2.000 a 3.000 horas. É assim que os capacitores eletrolíticos são especificados: uma temperatura operacional máxima para um compromisso de vida útil mediana de 2.000 a 3.000 horas. 

No entanto, se os LEDs podem durar muito mais que 3.000 horas, não tem sentido o driver poder apresentar algum problema em um tempo de uso muito menor, por isso é importante observar esse relevante "detalhe técnico", que normalmente não recebe a devida importância.

A vida útil de um capacitor eletrolítico praticamente dobra a cada 10 °C de redução em sua temperatura de operação. Assim, se ele estiver 40 °C abaixo da temperatura de operação especificada pelo fabricante (redução de 4 x 10°C) , terá um ganho de 2^4 = 16, ou seja, 16 x 3.000 = 48.000 horas. Ou, no pior caso, 16 x 2.000 = 32.000 horas. 

Assim, sua vida útil torna-se compatível com a vida útil do LED.

Mas, perceba que reduzir 40°C significa colocá-lo para funcionar a 45°C, o que na prática pode não ser possível quando o driver está inserido dentro de uma tubular LED, ou inserido no dissipador de uma lâmpada LED de pequeno porte, como normalmente acontece, ou mesmo em um circuito driver "econômico" de uma luminária high-bay ou downlight.

Observe que a maioria das lâmpadas e luminárias de LED têm uma vida útil divulgada nos catálogos e páginas web sem qualquer referência à temperatura ambiente, sendo que 40.000 ou 50.000 horas de funcionamento, sem que haja defeito em um driver usando capacitor eletrolítico, só seria possível em um ambiente ao redor da lâmpada ou luminária mantido abaixo de 25°C, e com uma condição favorável para dissipação de calor, de modo que os capacitores eletrolíticos do driver ficassem com temperatura abaixo de 45°C, o que na prática dificilmente acontece.

Claro que existem técnicas de projeto para minimizar os problemas que podem surgir com a degradação do capacitor eletrolítico no circuito do driver, mas que certamente encarecem o projeto. Por isso, normalmente luminárias e lâmpadas LED de boa qualidade, e "honestas" na vida útil apresentada, geralmente custam mais caro, e dificilmente prometem mais do que 35.000 horas de vida útil, além de citar, no caso de lâmpadas, que o produto não pode ser instalado em luminárias fechadas, nichos ou lustres que dificultem uma boa circulação do ar ambiente pelo corpo dissipador da lâmpada, chamando a atenção para a importância de garantir um fluxo de ar para que o dissipador consiga manter a temperatura superficial em um limite aceitável ou desejado (normalmente abaixo de 60°C).

O aumento da demanda por Iluminação a LED leva ao natural aumento de concorrentes e uma forte disputa pelo mercado, e para alavancar vendas em um mercado que cresce exponencialmente, muitos fabricantes e importadores, em busca de preços mais agressivos, abrem mão da qualidade e reduzem custos onde não deveriam, colocando no mercado LEDs que acendem cada vez mais fortes, mas que não ficarão acesos por muito tempo, pelo menos não pelo tempo que poderiam durar. 

Então, fique atento...e não compre produtos de iluminação a LED apenas comparando preços.

 

 

 

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