quinta-feira, 27 de setembro de 2012

Lâmpadas LED´s: Gerenciamento Térmico, o calcanhar de Aquiles

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Engenheiros e projetistas se esforçam para conseguir formas adequadas de proteção dos led´s de iluminação contra o desgaste prematuro devido às condições térmicas às estes led´s são submetidos. Assim, o design das iluminárias a led não devem apenas fornecer um desenho elegante, mas também, condições para prover uma extensão da vida útil da iluminação de estado sólido.

Hoje, cerca de 20% a 50% de toda a energia produzida em todo o mundo é utilizada para iluminação. Com o crescimento da população mundial, tem-se duas soluções: ou se constrói mais usinas de geração de energia elétrica, o que também leva à necessidade de redimensionar a rede de distribuição de energia elétrica, demandando, muitas vezes, problemas de impactos ambientais, custos, e outros. Ou, se utiliza a energia já disponível de forma mais eficiente, o que é uma solução melhor. Para  isto, os sistemas de iluminação à led contribuem e muito.

Os leds surgiram nos anos 70, quando foram mais usadas na substituição de lâmpadas incandescentes utilizadas como indicadores luminosos. Hoje, tem-se sistemas a led´s capazes de fornecer 100lumens/watt.

O problema com os Led´s

As lâmpadas incandescentes, chegam a desperdiçar até 90% da energia consumida gerando radiação infravermelha acima dos 700nm de comprimento, conforme se vê no diagrama abaixo.


Os led´s sofrem de um problema diferente. A geração de energia luminosa ocorre quando um elétron ao atravessar a barreira de potencial na junção P-N, se recombina com uma lacuna do outro lado, gerando fótons. Nisto, o elétron perderá mais ou menos energia, dependendo dos materiais dopantes utilizados para se obter os semicondudores P e N, implicando em maior ou menor frequência da luz emitida, respectivamente. A frequência, por sua vez, implica na cor da luz emitida. No entanto, grande parte dos fótons gerados na junção P-N não são emitidos, recombinando-se gerando perdas na forma de calor. Outra fonte de geração de calor é devida ao fenômeno chamado de Deslocamento de Stokes que ocorre na camada de fósforo do revestimento interno da lâmpada led. Esta camada é utilizada para deslocar a luz azulada gerada na junção do led para o branco. Este calor deve ser conduzido para longe da junção do led, ou este sofrerá danos.

Os led´s raramente se danificam catastroficamente como nas lâmpadas incandescentes. Geralmente, se degradam lentamente, afetando a emissão de fótons oque, por sua vez, ocasiona perda do fluxo luminoso gerado. Como forma de medida de vida útil, utiliza-se o L70 (Live to 70%), que é o tempo que a lâmpada led leva para atingir 70% do fluxo luminoso original.

 O sucesso de uma lâmpada led está atrelado ao design que considere a dissipação adequada do calor gerado. Um exemplo, é a lâmpada da figura no início desta postagem que possui um dissipador térmico passivo PAR38, projetado pela LedEgin, Inc..



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