ANÁLISE DA VIABILIDADE TÉCNICA E ECONÔMICA DA IMPLEMENTAÇÃO DE ILUMINAÇÃO A LED PARA VIAS E ESPAÇOS PÚBLICOS E MONUMENTOS

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Contribuir para tomada de decisão dos órgãos gestores dos sistemas IP do Brasil em aplicar ou não os LED.

4. PROBLEMA

O problema consiste em avaliar se a utilização do LED na iluminação pública hoje é viável ou não, tanto técnica quanto economicamente.

5. HIPÓTESES

As Lâmpadas de LED podem iluminar Melhor e de forma mais eficiente, com menor gasto de energia elétrica, espaços e vias públicas em relação a iluminação convencional.

6. OBJETIVOS

6.1. Objetivo Geral.

- Avaliar a viabilidade técnica e econômica da iluminação a base de LED’s em IP (iluminação pública)

6.2. Objetivo Especifico.

- Pesquisar sobre as dúvidas referentes à vida útil dos equipamentos a base de LED.

- Realizar estudo comparativo através de dados coletados em medições.

7. REFERENCIAL TEÓRICO E REVISÃO DA LITERATURA

7.1 Funcionamento do LED

O LED é um componente eletrônico semicondutor, ou seja, um diodo emissor de luz (L.E.D = Light emitter diode ), mesma tecnologia utilizada nos chips dos computadores, que tem a propriedade de transformar energia elétrica em luz. Tal transformação é diferente da encontrada nas lâmpadas convencionais que utilizam filamentos metálicos, radiação ultravioleta e descarga de gases, dentre outras. Nos LEDs, a transformação de energia elétrica em luz é feita na matéria, sendo, por isso, chamada de Estado sólido ( Solid State ). O LED é um componente do tipo bipolar, ou seja, tem um terminal chamado anodo e outro, chamado catodo. Dependendo de como for polarizado, permite ou não a passagem de corrente elétrica e, consequentemente, a geração ou não de luz.

Abaixo, na figura 1, temos a representação simbólica e esquemática de um LED.

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Figura 1: Simbologia LED

O componente mais importante de um LED é o chip semicondutor responsável pela geração de luz. Este chip tem dimensões muito reduzidas, como pode ser verificado na Figura 2, onde apresentamos um LED convencional e seus componentes.

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Figura 2: Funcionamento LED

Na Figura 3, apresentamos um LED de potência, em que podemos observar a maior complexidade nos componentes, a fim de garantir uma melhor performance em aplicações que exigem maior confiabilidade e eficiência

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Figura 3: LED de Potência.

Alguns tipos de LEDs encontrados no mercado.

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Figura 4: LED's Comerciais

7.2 História do LED

Apesar do LED ser um componente muito comentado hoje em dia, sua invenção, por Nick Holonyac, aconteceu em 1963, somente na cor vermelha, com baixa intensidade luminosa (1 mcd). Por muito tempo, o LED era utilizado somente para indicação de estado, ou seja, em rádios, televisores e outros equipamentos, sinalizando se o aparelho estava ligado ou não. O LED de cor amarela foi introduzido no final dos anos 60. Somente por volta de 1975 surgiu o primeiro LED verde – com comprimento de onda ao redor de 550 nm, o que é muito próximo do comprimento de onda do amarelo, porém com intensidade um pouco maior, da ordem de algumas dezenas de milicandelas. Durante os anos 80, com a introdução da tecnologia Al lnGaP, os LEDs da cor vermelha e âmbar conseguiram atingir níveis de intensidade luminosa que permitiram acelerar o processo de substituição de lâmpadas, principalmente na indústria automotiva. Entretanto, somente no início dos anos 90, com o surgimento da tecnologia InGaN foi possível obter-se LEDs com comprimento de onda menores, nas cores azul, verde e ciano, tecnologia está que propiciou a obtenção do LED branco, cobrindo, assim, todo o espectro de cores. Até então, todos estes LEDs apresentavam no máximo de 4.000 a 8.000 milicandelas, com um ângulo de emissão entre 8 a 30 graus. Foi quando, no final dos anos 90, apareceu o primeiro LED de potência Luxeon, o qual foi responsável por uma verdadeira revolução na tecnologia dos LEDs, pois apresentava um fluxo luminoso (não mais intensidade luminosa) da ordem de 30 a 40 lumens e com um ângulo de emissão de 110 graus. Hoje em dia, temos LEDs que atingem a marca de 120 lumens de fluxo luminoso, e com potência de 1,0 – 3,0 e 5,0 watts, disponíveis em várias cores, responsáveis pelo aumento considerável na substituição de alguns tipos de lâmpadas em várias aplicações de iluminação.

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Figura 5: Espectro de Cores

7.3 Iluminação a LED.

A luz emitida pelos LEDs é fria devido a não presença de infravermelho no feixe luminoso. Entretanto, os LEDs liberam a potência dissipada em forma de calor e este é um fator que deve ser levado em consideração quando do projeto de um dispositivo com LEDs, pois a não observância deste fato poderá levar o LED a uma degradação acentuada do seu fluxo luminoso, bem como redução da sua vida útil. Boa parte da potência aplicada ao LED é transformada em forma de calor e a utilização de dissipadores térmicos deverá ser considerada a fim de que o calor gerado seja dissipado adequadamente ao ambiente, permitindo que a temperatura de junção do semicondutor ( Tj ) esteja dentro dos limites especificados pelo fabricante. Na Figura 6 apresentamos uma ilustração de um LED convencional de 5 mm e podemos observar que o caminho da potência dissipada em forma de calor é o mesmo da corrente elétrica, e esta disposição é feita pela trilhe de cobre da placa de circuito impresso. Já na Figura 7, apresentamos um LED de potência com encapsulamento, no qual podemos observar que os caminhos térmico e elétrico são separados e a retirada de calor é feita através do acoplamento de um dissipador térmico à base do LED, garantindo, com isto, uma melhor dissipação.

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Figura