Como funciona uma lâmpada LED?

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As lâmpadas LED são tem se tornado cada vez mais populares em diversas aplicações ao redor do mundo.  Conhecidas por sua economia e durabilidade, elas prometem ser a nova tendência na iluminação nos próximos anos. Mas o que as torna diferentes? Para responder a essa pergunta, é necessário antes conhecer o funcionamento dos outros tipos de lâmpadas:

LÂMPADAS INCANDESCENTES

O funcionamento deste tipo é bem simples, sendo o mesmo dos resistores elétricos: os elétrons em movimento sofrem a resistência oferecida pelo filamento existente em seu interior, normalmente composto de Tungstênio, gerando luz e calor.

O grande problema dessas lâmpadas é que a maior parte da energia produzida é liberada na forma de radiação infravermelha (calor), com apenas 5% da energia sendo transformada em luz.  Por isso, necessita de maior potência para funcionar, levando, consequentemente, a um maior consumo de energia.

 

 

 Existem ainda, nesse grupo, as chamadas lâmpadas halógenas, cuja única diferença consiste em conter um gás halógeno em seu interior, possuindo eficiência e vida útil levemente superiores a das incandescentes convencionais. São utilizadas normalmente em interiores devido a seu índice de reprodução de cor (IRC) de 100%, reproduzindo fielmente a cor verdadeira dos objetos iluminados. Apesar disso, ainda consumem muito mais que as fluorescentes e de descarga, que veremos a seguir.

 

 

LÂMPADAS FLUORESCENTES

As lâmpadas fluorescentes normalmente contém argônio e mercúrio em seu interior– o primeiro, em estado gasoso, e o segundo majoritariamente em estado líquido. Quando a lâmpada é acesa, o argônio é  aquecido e vaporiza o mercúrio, que por sua vez é ionizado por uma corrente de elétrons que atravessa o meio da lâmpada. Os átomos ionizados positiva e negativamente seguem então em direções opostas, de acordo com sua carga, chocando-se e sendo excitados pelo impacto. O retorno desses átomos ao estado fundamental ocorre com a liberação de fótons, gerando a luz.

A maior parte da radiação liberada ocorre na forma de raios ultravioleta, que são convertidos em luz visível pela parede de fósforo que reveste o interior da lâmpada. A eficiência desse tipo de lâmpadas ainda é relativamente baixa, porém consideravelmente superior a das lâmpadas incandescentes, já que convertem 20% da energia em luz.

 

LÂMPADAS DE DESCARGA

Possuem um funcionamento similar às lâmpadas fluorescentes, com o principal diferencial residindo na necessidade de uma descarga de alta potência para seu funcionamento. Existem diversos tipos de lâmpadas de descarga, dependendo do gás inerte utilizado em seu interior, como a de vapor de sódio e de mercúrio, comumente utilizadas em vias públicas. Por necessitarem de uma alta potência para funcionar, não podem ser dimerizadas, ou seja, não podem ter sua intensidade de luz diminuída ou aumentada. Podem levar de 2 a 15 minutos para encontrarem-se totalmente acesas.

 

Diodo Emissor de Luz (LED)

O LED é um componente eletrônico semicondutor, tal como os utilizados em computadores, que pode transformar energia elétrica em luz. É um componente bipolar,ou seja,  possui dois terminais:  anodo e catodo. Dependendo da forma como o LED é polarizado, pode ou não haver a emissão de luz. A configuração na qual isto ocorre é aquela cujo terminal positivo está no catodo (“perna” maior) e o negativo no anodo (“perna” menor), conforme mostra a figura.

 

A emissão de luz ocorre em um componente extremamente reduzido, o chip semiconductor, que normalmente possui 0,5mm de comprimento. Novamente, a depender dos materiais utilizados, o LED pode emitir diferentes frequências de radiação. Para o LED branco, utiliza-se um material chamado InGaN (Índio Gálio Nitrídio, em inglês), que emite uma luz azul, posteriormente convertida em luz branca por uma camada de fósforo adicionada ao chip. Dentre as vantagens oferecidas pelo uso do LED, destacam-se:

• Maior vida útil – Lâmpadas LED podem manter de 70% do fluxo original por um período de 50000h. Em comparação, uma lâmpada LED  tem vida útil de 50 lâmpadas incandescentes ou 8 lâmpadas compactas fluorescentes.

• Menor consumo e custo de manutenção – para fornecer uma determinada quantidade de luz, o LED necessita de menos energia, e devido à maior vida útil, os custos de manutenção são menores;

• Maior eficácia: o LED gera maior quantidade de luz com menos energia, constituindo-se como a fonte de luz de maior eficácia;

• Alta resistência a impactos e vibrações: por não possuir peças móveis, bulbos de vidro ou gases, não há risco de danos por esses fatores.

• Acionamento instantâneo: é a fonte de luz com menor tempo de acionamento;

• Facilidade de dimerização: como os LED são alimentados por corrente elétrica, é possível diminuir ou aumentar a intensidade da luz emitida com facilidade.

• Não emissão das radiações ultravioleta e infravermelho: pela ausência da primeira, pode ser utilizada em locais específicos, e por não emitir a segunda caracteriza-se como uma luz fria. Faz-se necessária, todavia, uma diferenciação: o LED emite calor, e este fato deve ser considerado em sua fabricação, a fim de otimizar o fluxo luminoso. Entretanto, não libera radiação infravermelha, o que a torna incapaz calor através da luz produzida.

• Viabilidade ecológica: Por não possuir nenhum tipo de metal pesado ou gases nocivos, esse tipo de lâmpadas é o mais ecologicamente correto dentre os apresentados.

Em virtude de tais fatores, o LED pode ser considerado como a lâmpada do futuro. Devido à sua capacidade de dimerização, é também a mais adequada ao projeto da Solares, fato que será discutido em outro texto.

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Referência

SCOPACASA, V. A luz artificial e os Leds. O Setor Elétrico, São Paulo, ano 11, n. 121, p. 34-39, Fev. 2016.