Qualidade de luz

Estão os Leds prontos para substituir as fontes de luz tradicionais?

Sempre que falamos sobre a tecnologia dos Leds, nos vem à cabeça as suas principais vantagens, como baixo consumo de energia e longa vida útil, o que, na verdade, são vantagens significativas e fazem com que, cada vez mais, ela seja considerada em novos projetos.

Atualmente, os Leds apresentam maior eficácia (lúmen por watt) quando comparados com todas as outras fontes de luz, além da alta vida útil em torno de 50.000 horas. Sem dúvida, o Led vem aumentando a sua participação no mercado, pois, além dos fatores já citados, temos ainda uma constante redução no custo do lúmen, resultando em retorno do investimento cada vez mais rápido.

Ocorre que esta é apenas uma parte da história, pois estamos falando somente de vantagens relativas ao consumo de energia e tempo de vida. Outro fator também importante, e que devemos levar em conta é quanto à qualidade da luz fornecida pelos Leds. Em algumas aplicações, tais como, varejo, restaurantes, hotéis e residências, a qualidade de luz é de vital importância. Entre os parâmetros mais importantes da qualidade da luz podemos citar a reprodução e a consistência de cor, a distância do ponto de cromaticidade com relação à curva do corpo negro e a manutenção da cor com o tempo.

Da mesma forma que comparamos os Leds quanto ao consumo de energia e vida útil com as outras fontes de luz, é fundamental que façamos a mesma comparação com relação à qualidade da luz. Sabemos que os fabricantes de Leds, por vários anos, priorizaram a eficácia e somente agora, em função de terem alcançado valores de eficácia da ordem de 190 a 200 lúmens por watt, começam a disponibilizar componentes Leds com melhor qualidade de luz.

Um dos objetivos desse artigo é reportar os resultados de testes realizados em vários tipos de fontes de luz, além de posicionar o estado atual da tecnologia dos Leds e apresentar comparações entre algumas tecnologias enfatizando os seguintes parâmetros:

• Índice de Reprodução de Cor (IRC) tanto para valores de Ra e Re. Subentende-se por Ra o valor de IRC levando-se em consideração as oito primeiras amostras de cores (R1 a R8) e Re como sendo o valor de IRC considerando as 15 amostras de cores de teste (R1 a R15);
• Reprodução de cor conforme o procedimento IES TM30-15, procedimento não oficial, mas com forte tendência de vir a ser utilizado no futuro. Nesse caso, consideramos os valores de R_f e R_g além dos gráficos que facilitam a visualização e a comparação dos resultados entre as fontes;
• Consistência de cor, aqui representada por SDCM (Standard Deviation Color Matching), que tem como base as elipses de MacAdam;
• D_uv, que indica a distância do ponto de cromaticidade da fonte de luz com relação à curva do corpo negro, indicando o grau de tingimento ou influências das cores contidas no branco gerado pela fonte de luz.

Para tal, decidimos escolher quatro fontes de luz com tecnologias diferentes:

• Lâmpada halógena, tipo dicroica;
• Lâmpada do tipo CDM – PAR111;
• Lâmpada fluorescente compacta;
• Luminária com Leds.

As três lâmpadas em questão foram selecionadas de fabricantes tradicionais que são normalmente disponibilizadas no mercado há vários anos e, por questões éticas, aqui não identificadas. A luminária que foi considerada neste estudo é resultado de um desenvolvimento local feito pela Itaim Iluminação, em que foram utilizados Leds com boa qualidade de luz também de um fabricante tradicional.

Todas as fontes de luz foram ensaiadas utilizando-se uma esfera integradora de 2m de diâmetro do fabricante Everfine, devidamente calibrada e adaptada para a realização de medições em conformidade com a IES TM30-15. Na Figura 1, apresentamos as distribuições espectrais de potência para cada uma das fontes de luz ensaiadas.

     Figura 1 – Gráficos das distribuições espectrais de potência das fontes de luz ensaiadas.

Observando as distribuições de potência podemos concluir que a lâmpada halógena é a que apresenta a distribuição com maior continuidade sendo seguido de perto pela distribuição da luminária Led. Ao contrário, as distribuições – tanto da lâmpada fluorescente compacta como da CDM – são compostas de picos de energia em determinados comprimentos de onda comprometendo a continuidade da distribuição do espectro.

Essas diferenças são de suma importância e serão abordadas com mais detalhes a seguir. A Figura 2 traz um quadro-resumo com os resultados das medições dos parâmetros selecionados.

Figura 2 – Quadro resumo das medições dos parâmetros selecionados para as fontes de luz analisadas.

Nesse ponto, já temos como apontar algumas conclusões importantes:

• Propositalmente, as fontes de luz escolhidas têm valores de temperatura de cor próximos. Os valores estão compreendidos entre 2834 K (lâmpada alógena) e 3065 K (lâmpada CDM). Ou seja, todas as fontes de luz selecionadas são do tipo “branco quente”;
• Como era esperado, a lâmpada halógena apresentou o maior valor, tanto de Ra como de Re, e praticamente sem diferença entre eles. Em segundo lugar temos a luminária Led e também com pequena diferença entre os valores de R_a e R_e. Ao analisarmos tanto a fluorescente compacta quanto a CDM, notamos que os valores de reprodução de cor foram menores e com maiores diferenças entre os valores de R_a e R_e;
• Para a reprodução da cor R9, vermelho saturado, também como esperado, a halógena teve a maior pontuação (99) seguida pela luminária Led (68). As outras fontes de luz apresentaram valores de R9 muito baixos, comprometendo o valor total do índice de reprodução de cor, além de penalizar a reprodução da cor vermelha.

Analisando a reprodução de cor sob o procedimento IES TM30-15, os valores de R_f avaliam a fidelidade da cor, ou seja, como a reprodução de cor é fiel com relação a um padrão e o valor de R_g determina a naturalidade da cor, da mesma forma com relação a um padrão.

Diferentemente do procedimento de medida do IRC, a IES TM30-15 leva em consideração uma amostragem de 99 cores e um procedimento diferente de cálculo, o que, de certa forma, aumenta a precisão da medida.

A Figura 3 apresenta os gráficos obtidos para cada uma das fontes ressaltando os índices R_f e R_g além dos gráficos de saturação das fontes com relação ao padrão.

Figura 3 – Gráficos de reprodução de cor conforme o procedimento IES TM30-15.

Desses gráficos podemos concluir que:

• A lâmpada halógena reproduz as cores com total fidelidade e naturalidade. Em segundo lugar, temos a luminária Led com total naturalidade de reprodução, porém, com fidelidade de 92, que é considerado bastante razoável;
• As demais fontes de luz apresentam fidelidade bem abaixo do normal e naturalidades acima e abaixo do padrão;
• Para melhor visualização, a localização do ponto vermelho dos gráficos tem que estar mais próxima do vértice do triângulo, garantindo a boa qualidade de reprodução de cor da fonte de luz;
• Observando-se os gráficos de saturação de cor, notamos que a lâmpada halógena e a luminária Led ficaram muito próximas do padrão (comparação do circulo branco com o círculo preto), ao passo que as outras apresentaram distorções significativas, ora saturando, ora não saturando as cores.

O próximo parâmetro a ser comparado é o D_uv, responsável por medir a distância entre o ponto das coordenadas de cromaticidade da fonte de luz em relação à curva do corpo negro (BBL). Quanto maior for essa distância, maior influência de cores teremos no branco, fenômeno conhecido como tingimento. Essa distância pode ser positiva (o ponto de cromaticidade está situado acima da curva do corpo negro) ou negativa quando o ponto se situa abaixo da curva. Na Figura 4 são apresentados os valores e o posicionamento do D_uv para as quatro fontes de luz ensaiadas.

Figura 4 – Posicionamento das coordenadas de cromaticidade das fontes de luz ensaiadas.

Mais uma vez, a lâmpada halógena apresentou o menor valor de D_uv o qual está praticamente posicionado sobre a curva do corpo negro. A luminária Led apresentou o D_uv um pouco abaixo da curva, ao passo que a fluorescente e a CDM apresentaram valores relativamente distantes, posicionando-se acima e abaixo respectivamente.

Entendemos que, quanto mais próximo o ponto de cromaticidade estiver da curva do corpo negro, mais pura será a cor branca independentemente do valor da temperatura de cor.

Finalmente, vamos analisar os valores de SDCM que nos indica a consistência de cor que, em muitas aplicações, pode vir a ser um fator determinante para a qualidade geral da iluminação do ambiente. Nesse caso, quanto menor for o valor de SDCM, maior será a consistência de cor entre as fontes instaladas no ambiente. Esse parâmetro tem a ver com as elipses de MacAdam. A Figura 5 apresenta os resultados:

Figura 5 – Representação dos valores de SDCM das fontes de luz analisadas.

Notamos, que diferentemente dos resultados obtidos anteriormente, nesse caso, o melhor desempenho foi o da luminária Led, que apresentou um SDCM de 1.3, enquanto as outras fontes de luz apresentaram valores acima de 3 SDCM, valor esse recomendado para projetos de interiores.

Como conclusões finais podemos citar:

• A melhor qualidade de luz obtida nos ensaios realizados é a da lâmpada halógena, seguida de perto pela luminária Led. Um ponto importante a se destacar é que a qualidade de luz tem relação direta com a distribuição espectral de potência. Quanto mais contínua for a distribuição, melhor a qualidade de luz da fonte;
• Podemos considerar que a tecnologia Led já esteja pronta para substituir as fontes de luz ora ensaiadas. Essa tecnologia ainda está em evolução e, portanto, espera-se que a qualidade de luz seja ainda maior nos próximos anos. A pergunta seria se hoje teríamos condições de desenvolver uma luminária Led com qualidade de luz compatível com a tecnologia halógena e a resposta seria sim. Pelo fato de termos vários Leds compondo a luminária, a mescla adequada desses produtos, brancos e coloridos, pode resultar em produtos com qualidade de luz similar à halógena;
• Não foram notadas diferenças significativas quanto aos valores de R_f e R_a, porém, o mesmo não aconteceu quando comparamos os valores de R_f e R_e. Isto pode ser um indicativo de que o procedimento atual de avaliação de reprodução de cor (IRC) tenha que ser revisto.

Agradecimentos

Agradecemos à Itaim Iluminação pela disponibilidade de equipamento e técnicos do laboratório, tornando possível a realização desse estudo.

*Vicente Scopacasa é engenheiro eletrônico com pós-graduação em Administração de Marketing. Tem sólida experiência em semicondutores, tendo trabalhado em empresas do setor por mais de 40 anos. Especificamente em Leds, atuou por mais de 35 anos em empresas líderes na fabricação de componentes, tanto no Brasil como no exterior. Atua hoje como consultor na área de iluminação de estado sólido, professor em cursos de especialização e pós-graduação e como autor de artigos técnicos para revistas especializadas.