Desempenho das lâmpadas LED e os seus requisitos

introdutório

A utilização de LEDs na iluminação está a crescer rapidamente. Globalmente, cerca de 1/3 a 1/2 de todas as luminárias comerciais, industriais e de exterior utilizam módulos LED. A poupança potencial de energia dos LEDs excede os 50%, o que, combinado com a longa vida útil das luminárias LED, reduz significativamente os custos de funcionamento e manutenção. Isto resulta num período de retorno mais curto para os LEDs, e os projectos de iluminação estão mais inclinados a escolher esta tecnologia de iluminação amiga do ambiente.

Nos últimos anos, a transição do mercado para a iluminação LED tem sido muito mais rápida do que a investigação previa. Por vezes, é difícil acompanhar o desenvolvimento de novas normas electrónicas e de iluminação, e várias normas estão constantemente a ser actualizadas. É importante que os decisores e os utilizadores compreendam a tecnologia, o desempenho e as normas de iluminação LED para poderem selecionar iluminação LED de alta qualidade. Isto não só permite aos clientes selecionar mais rapidamente a luminária certa para as suas necessidades, como também garante que a nova solução de iluminação selecionada cumpre as normas e requisitos de iluminação relevantes.

Requisitos de desempenho das lâmpadas e faróis de LED - normas

No sector da iluminação LED, é importante identificar os principais parâmetros de uma luminária LED e compreender o significado de cada parâmetro. A regra geral na UE é que o equipamento elétrico (incluindo as luminárias) só pode ser comercializado e vendido se cumprir os requisitos essenciais das diretivas europeias relevantes (traduzidas para a legislação nacional). As fontes de luz (luminárias, módulos) e os aparelhos de iluminação estão sujeitos à diretiva relativa à baixa tensão, à diretiva relativa à compatibilidade electromagnética (CEM), à diretiva relativa aos produtos relacionados com a energia (ErP) e à diretiva relativa à segurança geral dos produtos. Por conseguinte, estes produtos (incluindo candeeiros de rua, projectores, iluminação de estádios e iluminação interior) devem cumprir os requisitos em matéria de CEM, CEM, conceção ecológica e outros.

A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) desenvolveu normas de desempenho para luminárias LED e módulos LED. As normas de desempenho para produtos LED definem critérios de qualidade e especificam condições de medição comuns acordadas. Assim, todos os envolvidos ou activos na indústria LED têm uma base para comparar e avaliar o desempenho das luminárias LED. Este artigo baseia-se nas seguintes normas para luminárias LED e módulos LED.

IEC 62722-1:2014 Desempenho das lâmpadas - Parte 1: Requisitos gerais.

IEC 62722-2-1:2014-11 Desempenho da luminária - Parte 2-1: Requisitos especiais para luminárias LED.

IEC 62717:2014-12+AMD:2015 Requisitos de desempenho para módulos de LED para iluminação geral.

IEC 62031:2020 Módulos LED para iluminação geral. Os requisitos de desempenho para as luminárias LED estão diretamente relacionados com as disposições da norma relativa aos módulos LED; por conseguinte, esta norma também deve ser tida em conta na avaliação dos sistemas de iluminação LED.

IEC 62778:2014 Avaliação do perigo da luz azul para todos os produtos de iluminação.

IEC 13032-1:2004, IEC 13032-2 e IEC 13032-4:2015 Luz e iluminação: distribuição da luz e fluxo luminoso.

Requisitos básicos de desempenho

Potência nominal de entrada das luminárias LED (em watts)

Se a luminária utilizar módulos/lâmpadas LED substituíveis, devem ser declarados a potência nominal de entrada e o número de módulos LED. Para as luminárias que utilizam módulos de LED, a potência nominal de entrada deve ser declarada nas especificações da luminária.

Nas condições de tensão nominal, temperatura ambiente nominal Ta e fluxo luminoso 100% (saída de luz) após estabilização térmica, a potência de entrada medida (W) da luminária LED não deve exceder 10% da potência de entrada nominal declarada. Quando a potência de entrada nominal <10W, deve ser exacta até uma casa decimal. Quando a potência nominal de entrada for ≥ 10W, deve ser declarada como um número inteiro.

Para as luminárias que utilizam a tecnologia de fluxo luminoso constante, o fator de potência nominal de entrada da iluminação LED deve ser declarado no início e no fim do tempo de vida da luminária LxBy, ou com base no tempo de vida médio da luminária Lx.

Fluxo luminoso nominal das luminárias LED (em lúmenes)

No caso das luminárias LED, o fluxo luminoso nominal (lúmens) deve ser declarado na documentação do produto. Este valor refere-se normalmente ao fluxo luminoso inicial de uma nova luminária em condições de funcionamento específicas. O fluxo luminoso nominal de uma luminária pode ser determinado por um método de cálculo adequado. O valor medido do fluxo luminoso inicial de uma luminária não deve ser inferior a 10% do fluxo luminoso nominal publicado. Os valores de fluxo luminoso global declarados para as luminárias LED baseiam-se numa temperatura ambiente de 25°C, exceto quando indicado em contrário. Para mais informações sobre a definição dos valores de fluxo luminoso (a chamada determinação absoluta da luminosidade), consulte a norma EN 13032-4.

Potência e fluxo luminoso

Eficácia luminosa das luminárias LED (unidade: lm/W)

A eficácia luminosa das luminárias LED refere-se à relação entre o fluxo luminoso emitido pela luminária e a potência consumida (unidade: lúmen/watt), medida em lúmenes por watt (lm/W) (método de cálculo do lúmen). É uma medida da eficiência de uma fonte de luz na produção de luz visível. Em geral, quanto mais elevada for a eficácia luminosa, mais a luminária pode iluminar a área-alvo com uma potência inferior. No entanto, para avaliar o desempenho de uma luminária, muitas vezes não é suficiente considerar apenas a eficácia luminosa, uma vez que a saída de lúmen de uma luminária também inclui a luz difusa, que não contribui para a iluminação da área-alvo. Por exemplo, para projectores de feixe estreito e candeeiros de iluminação pública, é importante considerar não só a eficácia luminosa, mas também a distribuição da intensidade da luz; ver pormenores mais adiante.

Distribuição da intensidade luminosa das luminárias LED

A distribuição da intensidade luminosa é determinada utilizando um goniofotómetro e registada no documento de projeto de iluminação (documento IES ou LDT). A distribuição espacial da intensidade luminosa de uma fonte de luz ou luminária é representada por uma curva de distribuição da intensidade luminosa. A figura abaixo mostra a distribuição da intensidade luminosa de uma luminária de interior, à esquerda, e de um candeeiro de rua, à direita. A secção transversal no eixo vertical é representada pelas curvas de distribuição da intensidade luminosa (IDC) no plano C com o ângulo de feixe associado γ. Estas curvas devem ser representadas em coordenadas polares para cumprir a norma EN 13032-2. Os valores de intensidade luminosa são expressos em candelas (cd) ou candelas por mil lúmenes (cd/klm).

Distribuição da luz ou distribuição da intensidade da luz

Rácio de manutenção do fluxo luminoso

A manutenção do fluxo luminoso descreve o decaimento do fluxo luminoso ao longo do tempo devido ao envelhecimento da luminária durante o funcionamento normal (o que exclui os efeitos de factores externos como a sujidade, a ótica e o vidro leve). É definida como o rácio entre o fluxo luminoso decrescente e o fluxo luminoso inicial. Para a iluminação exterior, o rácio de conservação do fluxo luminoso será medido ao nível da luminária. O rácio de manutenção do fluxo luminoso será determinado com base no tempo de vida nominal da luminária e será fornecido pelo fabricante em conformidade com a norma IEC 62722-2-1:2014. Por exemplo, o tempo de vida médio Lx é igual à duração do projeto. Um tempo de vida médio L90 = 100 000 horas significa que o fluxo luminoso restante após 100 000 horas é 90% do fluxo luminoso inicial, resultando num rácio de manutenção do fluxo luminoso = 0,90.

coordenadas de cor

A coordenada de cromaticidade é uma medida objetiva da qualidade de uma cor, independente da luminância. A cromaticidade consiste em dois parâmetros separados, frequentemente referidos como matiz (h) e croma (s), sendo este último também conhecido como saturação, croma, intensidade ou pureza de excitação. As quantidades destes parâmetros seguem a visão tricromática da maioria das pessoas, o que é assumido pela maioria dos modelos da ciência da cor.

Uma carta cromática é um gráfico que mostra todas as cores possíveis. Cada cor é definida por um par de coordenadas numéricas: as coordenadas cromáticas. Podemos utilizar uma carta cromática para ver como se misturam diferentes cores de luz. Os pontos nas extremidades das curvas do gráfico são cores espectrais puras: as cores do arco-íris. A linha entre dois pontos quaisquer no diagrama mostra todas as cores que podem ser produzidas pela mistura dessas duas cores. Assim, qualquer cor no diagrama pode ser obtida misturando-a de diferentes maneiras. Apenas as cores nas extremidades do diagrama são cores únicas. Se alargarmos esta ideia à mistura de três cores, obtemos um triângulo. Este triângulo é designado por gama de cores. A gama de cores mostra todas as cores que podem ser obtidas misturando as cores dos três cantos. As extremidades da gama de cores são as cores que podem ser obtidas misturando as duas cores do ponto final.

Elipses de MacAdam

propriedade de reprodução de cores

A restituição de cores é expressa através do índice de restituição de cores (Ra). Embora as fontes de luz possam emitir a mesma cor de luz, podem existir diferenças na restituição de cores da fonte de luz devido a diferenças na composição espetral do feixe de luz. Por conseguinte, foi introduzido o índice geral de restituição de cores Ra, que fornece uma escala para identificar objetivamente as caraterísticas de restituição de cores de uma fonte de luz. Indica o grau de correspondência entre a cor percebida de um objeto sob uma determinada fonte de luz e a sua aparência sob uma fonte de luz de referência. De acordo com a norma EN 12464-1, as fontes de luz com um índice de restituição de cores inferior a 80 não devem ser utilizadas em locais de trabalho onde as pessoas passam longos períodos de tempo. Um valor de índice de restituição de cor Ra superior a 90 é geralmente considerado muito bom, enquanto um valor Ra entre 80 e 90 é descrito como bom.

desempenho da cor

tolerância de cor

A tolerância da cor pode ser definida com precisão utilizando as coordenadas x e y na tabela de cores CIE. Em 1942, o cientista McAdam (McAdam) realizou experiências com 25 cores utilizando temperaturas de cor correlacionadas, mediu cerca de 5 a 9 pontos opostos de cada ponto de cor e registou os dois pontos que podiam ser distinguidos um do outro quando havia uma diferença de cor. O resultado foi uma série de teorias de tamanhos e comprimentos variáveis, conhecidas como elipses de McAdam: a teoria da elipse de McAdam. Uma elipse de McAdam é uma área da tabela de cores CIE que contém uma cor que o olho humano não consegue distinguir da cor no centro da elipse. O contorno da elipse representa a cor distinguível. As elipses de McAdam são normalmente ampliadas, por exemplo, para três, cinco ou sete vezes o seu diâmetro original. Estas elipses de McAdam de três, cinco ou sete passos são utilizadas para distinguir entre duas fontes de luz, em que o “passo” representa o intervalo de diferenças de cor. Uma fonte de luz com uma elipse de McAdam de três passos apresenta menos variação do que uma fonte de luz com uma elipse de McAdam de cinco passos. Deve ter-se especial cuidado para garantir que a diferença de cor é pequena, especialmente em aplicações de iluminação em que as fontes de luz não estão muito afastadas e podem ser vistas ao mesmo tempo.

Temperatura ambiente especificada para a luminária

O desempenho de uma luminária pode ser afetado pela temperatura ambiente. A temperatura ambiente nominal Ta é a temperatura máxima à qual a luminária pode funcionar continuamente em condições normais de funcionamento (pode exceder brevemente 10K durante o funcionamento). Quando Ta = 25°C, não é necessária qualquer declaração especial para a luminária; outros valores de temperatura ambiente nominal têm de ser declarados. Para demonstrar que a luminária é capaz de funcionar normalmente a temperaturas elevadas durante longos períodos de tempo, a norma 62722-2-1 introduz o parâmetro Tq. A temperatura Tq (qualidade) indica a temperatura ambiente nominal máxima permitida num nível de desempenho especificado (incluindo esperança de vida, caraterísticas de iluminação). Por exemplo, uma luminária ZGSM pode funcionar normalmente a 50°C durante longos períodos de tempo, pelo que a sua Tq nominal = 50°C.

Normas de duração para lâmpadas e lanternas LED

A vida útil de uma luminária LED não é definida apenas por um ponto de falha súbito. De facto, a maioria das luminárias não falha completamente dentro de um determinado tempo de funcionamento, mas o seu brilho diminui ao longo do tempo (ou seja, a emissão de luz decai), o que é referido como um decaimento gradual da emissão de luz. Assim, a vida útil de uma luminária LED é essencialmente limitada por uma diminuição do fluxo luminoso abaixo de um nível mínimo predefinido de “x[%]” e por uma falha súbita. A falha do dispositivo de controlo dos LED não é aqui considerada. Para além da deterioração dos LED, a redução ou deterioração do fluxo luminoso também pode ser causada pela falha de LEDs individuais ou de módulos de LED. Os critérios de tempo de vida para as luminárias são descritos em pormenor nas normas IEC 62717 e IEC 62722.

resumir

Através deste artigo, esperamos que tenha alguma compreensão dos requisitos de desempenho das luminárias LED. Estes requisitos de desempenho incluem potência, fluxo luminoso, eficácia luminosa, distribuição da luz, temperatura da cor, índice de restituição da cor, tolerância da cor, tempo de vida (taxa de manutenção do fluxo luminoso) e outros (fator de manutenção da luz e falha súbita). Estes parâmetros são os pontos-chave a ter em conta num projeto de iluminação e estão relacionados com o facto de o projeto cumprir os requisitos, incluindo a eficiência energética, a iluminância e a manutenção de rotina. Este artigo é apenas uma breve introdução, para uma compreensão mais aprofundada, consulte o conteúdo relevante online.

Produtos relacionados