O LED e o controle  dinâmico da luz

Dentre as inúmeras possibilidades que a tecnologia LED nos proporciona, uma das mais interessantes  é o controle dinâmico da luz e a possibilidade de  promover alterações da iluminação do ambiente,  tornando-o mais atrativo e adequado à sua finalidade. 

Por exemplo, qual seria a temperatura de cor a ser escolhida  quando vamos projetar a iluminação de um escritório? Optamos  por 5000K, a fim de tornar o ambiente mais frio e com maiores  níveis de atividade e atenção? Consideramos 4000K para termos uma luz mais neutra ou decididamente escolhemos 3000K,  tornando-o mais quente e aconchegante? 

E se tivéssemos a opção de ter uma luminária que pudesse,  além destas três temperaturas de cores mencionadas, oferecer uma  gama de opções desde 2200K até 5000K através de um controle  manual? Poderíamos também, através de uma pré-programação,  variar a temperatura de cor do ambiente dinamicamente, obtendo  vários cenários de iluminação com o tempo? 

A resposta definitivamente é sim! Através da seleção, da escolha  e do controle, quer seja de um ou de um grupo de LEDs de cores  distintas, podemos projetar luminárias onde se possa controlar  a cor da luz resultante, e com isto criar vários tipos de efeitos  que podem ser utilizados em muitas aplicações e cenários. Tal  processo utiliza a propriedade aditiva da luz. 

Um exemplo que todos conhecem são as luminárias RGB (Red,  Green, Blue) com as quais, ao utilizarmos LEDs destas três cores,  podemos obter uma infinidade de outras, inclusive a branca.  

Este tipo de luminária é largamente utilizado em iluminação de  fachadas, monumentos, piscinas etc., e com a inclusão de outras  cores de LEDs, também podem ser utilizadas em iluminação de  interiores. Como exemplo, citamos as luminárias RGBA (vermelho,  verde, azul e âmbar) e também as luminárias RGBW (vermelho,  verde, azul e branco), cada uma delas gerando espectros de luz  diferentes e, consequentemente, cores e tonalidades distintas. 

Na figura 1, apresentamos um diagrama que representa a pro priedade aditiva da luz a partir das cores vermelha, verde e azul,  resultando em várias outras cores, inclusive a branca. 

Com a evolução dos LEDs brancos, hoje, comercialmente  disponíveis na faixa de temperatura de cores entre 2000K até  6500K e com IRC acima de 90, podemos elaborar projetos de  luminárias utilizando somente LEDs brancos sem a necessidade  de incluirmos os coloridos. A inclusão de LEDs coloridos se dá  a fim de que possamos preencher o espectro de distribuição de  potência da luz, porém dependendo da forma da luminária isto  pode vir a ser um fator limitante. 

Neste caso, a melhor opção seria utilizarmos LEDs brancos  combinando várias temperaturas de cores, onde temos a  simplificação considerável do projeto com resultados satis fatórios. O projeto consiste em criarmos vários arranjos de  LEDs com diferentes cores e utilizarmos diferentes correntes  elétricas aplicadas a estes ramos utilizando a propriedade  de que o fluxo luminoso é diretamente proporcional à cor rente elétrica aplicada a eles.

Figura 1 – Adição das três cores RGB resultando em várias outras cores, inclusive a branca.

Figura 2 – Dois arranjos de LEDs controlados por correntes elétricas diferentes.

Portanto, através da variação da corrente elétrica em cada um dos arranjos de diferentes cores, obteremos diferentes resultantes, e então podemos  definir cores e tonalidades específicas.  

A figura 2 mostra um exemplo genérico de arranjos sendo  controlados independentemente. Note-se que a quantidade de  LEDs por arranjo não necessariamente deve ser a mesma, pois  os LEDs normalmente apresentam valores diferentes de fluxo em  função da temperatura de cor. 

Os arranjos são controlados independentemente pelas correntes I1 e I2 e, dependendo dos valores destas correntes, teremos  variações de fluxos em cada um dos arranjos gerando cores  resultantes diferentes.

Neste ponto estamos aptos a iniciar o  projeto e, para isso, temos de definir a faixa de variação de  temperatura de cor que queremos obter. 

Vamos, então, especificar que a faixa de variação de tempe raturas de cores esteja compreendida entre os valores 2200K  a 5000K. Para tal, vamos utilizar LEDs com valores nominais  de 2200K e 5000K e para simplificar o projeto, vamos assumir  

a mesma quantidade de LEDs, tanto para 2200K como para  5000K. Nosso projeto contemplará uma luminária linear, de  dimensões reduzidas, e utilizaremos um material difusor para  que tenhamos uma boa difusão da luz. Os LEDs deverão ser  montados em placas separadas, uma com LEDs de 2000K e  outra com LEDs de 5000K, e ambas colocadas lado a lado  no fundo da luminária. Quanto mais próximas estiverem as  placas, melhor será o resultado da combinação. 

Cada placa será alimentada por um driver com capacidade de  dimerização, pois teremos de variar o valor da corrente elétrica.  Continuando com nosso projeto, vamos então definir as espe cificações dos parâmetros básicos, e a seguir, apresentar um  quadro com quatro simulações distintas visando a definição de  valores de TCC fixas. 

Especificações básicas da Luminária: • Faixa de variação da temperatura de cor: De 2200K até  5000K com valores pré-fixados em 2200, 3000, 4000 e 5000K;

Figura 3a – SPD do LED de 2200K. Figura 3b – SPD do LED de 5000K.

Tabela 1 

• Fluxo total da luminária: 500 lumens; 

• IRC mínimo de 80. 

Como utilizaremos LEDs de 2200 e 5000K, apresentamos nas  figuras 3a e 3b as curvas da distribuição espectral de potência  de cada um deles: 

Os gráficos apresentados através das figuras 3a e 3b repre sentam os valores extremos de TCC da luminária. Fazendo uma  simulação, conforme os valores da tabela abaixo, obteremos  curvas de SPD específicas para as temperaturas de cores de 3000  e 4000K além de uma infinidade de outras curvas para todos  os valores constantes nesta faixa. Cumpre destacar que para se  obter a temperatura de cor de 2200K, os LEDs de 5000K deve rão estar apagados e para se obter a TCC de 5000K, os LEDs de  2200K deverão estar apagados. 

Dependendo do valor da temperatura de cor que pretendemos  definir, temos valores diferentes de fluxos para cada temperatura  de cor. Além disto, em algumas situações, teremos também de  considerar quantidades de LEDs diferentes para cada temperatura  de cor. Portanto, a dimerização, assim como a quantidade de  LEDs na luminária, definem os vários valores de TCC. 

Neste projeto, definimos quatro pontos fixos de TCC, porém  podemos ter toda a faixa de variação de TCC também disponíveis.  Isto pode ser obtido através da dimerização independente que  fazemos nas duas placas de LEDs. Um outro ponto importante a  destacar é quanto à potência elétrica consumida pela luminária,  a qual deverá ser mantida constante, ou com pequena variação,  em toda a faixa de TCC, e isto também dependerá da corrente  elétrica e do número de LEDs utilizados no projeto. 

Com relação ao Ra (índice de Reprodução de Cor), notamos  que temos um valor de 82 tanto para o LED de 2200K como para  o de 5000K. O Ra encontrado para as temperaturas de cores de  3000K e 4000K foi de 86 e 85, respectivamente, portanto, maiores  do que os LEDs originais. Isto se deve ao fato de que quando  compomos dois ou mais LEDs temos um maior preenchimento  de comprimentos de ondas no espectro de potência resultante, o que faz com que tenhamos valores de Ra maiores. 

Sem dúvida alguma, este tipo de produto apresenta grande ver satilidade e pode ser utilizado em diversos tipos de ambientes. Por  meio do controle dinâmico da cor da luminária, podemos, inclusive,  alterar a temperatura de cor ao longo do tempo, tornando-a ideal para  alguns tipos de ambientes, como hospitais e escolas, por exemplo.  Este tipo de produto também tem um apelo muito interessante para  os lighting designers, pois permite, com a utilização da mesma luminária, maior diversificação em projetos através da especificação da temperatura de cor correta para cada tipo de ambiente ou instalação. 

Referências 

1. Exemplos de Spectral Power distribution: ITAIM Iluminação 2. LED Spectrum mixing tool disponível em: www.lumileds.com

Sobre o autor

>> 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 30 anos em empresas líderes na fabricação de componentes. Atua, hoje, como  consultor na área de iluminação de estado sólido e como professor em cursos de  especialização e pós-graduação em iluminação.