Lampadas LED - Como funcionam?

Os LEDs são considerados uma tecnologia promissora no campo de iluminação em geral.

Estima-se que até 2020, os LEDs representem 75% do mercado de iluminação.

A produção em série e os preços competitivos dos LEDs brancos de alta eficiência abre novas perspetivas, não só na redução do consumo de energia mas também na forma como vivemos com a luz e com a iluminação do nosso ambiente profissional e pessoal.

A sua duração de vida, comparando com a vida de uma luz convencional, associada a uma nova forma de conceber a iluminação, coloca em causa o conceito de iluminação tradicional baseado na substituição de uma lâmpada por outra. Da mesma forma que a utilização do gás revolucionou a iluminação pública no início do século XIX, a melhoria contínua da performance dos LEDs e os custos reduzidos vão revolucionar a nossa abordagem à iluminação.Mas

De onde veio o LED?

LED (“Light Emitting Diode”- diodo emissor de luz) é um semicondutor que quando submetido a energia elétrica, emite radiação sob a forma de luz. O primeiro LED surgiu em 1962 e foi desenvolvido por um engenheiro da General

Electric – Nick Holoniak Jr. e produzido unicamente na cor vermelha. Alguns anos mais tarde foram lançados nas cores verde e amarelo. Esses LED’s foram usados como luzes indicadoras em muitos dispositivos.

Após uma grande evolução tecnológica (através das pesquisas de Shuii Nakamura) foi desenvolvido o LED na cor azul. Graças a introdução desta tecnologia foi possível obter a tão desejada cor branca, pela combinação das três cores básicas – vermelho, verde e azul (RGB – “red, green and blue”), Essas cores quando misturadas em diferentes intensidades podem reproduzir, também, diversas cores.

Evolução dos Encapsulamentos dos LEDs

Um fator importante para garantir a qualidade de um LED de alta potência é o gerenciamento adequado do calor emitido pelo chip do mesmo. Encapsulamentos que incorporam tecnologia de ponta como o utilizado nos LEDs de potência LUXEON®, permitem o melhor gerenciamento da capacidade térmica.

Fonte www.solelux.com.br

Através da utilização de um contato térmico dedicado, o calor é eficientemente transferido do chip do LED para o ambiente. Devido às características e capacidades únicas do projeto térmico os LEDs LUXEON® podem suportar temperaturas de junção mais elevadas possibilitando um desempenho superior na geração de luz.

Tá, mas como se liga? ele trabalha com corrente contínua?

Outra parte importante, mesmo que tecnologicamente "menos" nobre, é o driver de tensão, ou regulador de tensão. É justamente o que retifica e regula a tensão de alimentação do LED. Os LEDs funcionam em baixa tensão e

corrente elétrica. Um único LED necessita apenas de correntes com magnitudes entre 1 a 50mA para o seu funcionamento e devem ser polarizados diretamente, podendo ser destruídos caso sejam polarizados inversamente. É importante que se tenha o controle do nível de tensão para que a corrente que circulará no arranjo feito para lâmpadas de LED não venha a interferir nas características de iluminação dos LEDs, uma vez que o nível de brilho da luz emitida pelo LED é proporcional à corrente que circula entre seus terminais. Correntes acima dos limites recomendados pelos fabricantes podem diminuir a vida útil dos LEDs inseridos nos arranjos que constituem a lâmpada LED, comprometendo, desta forma, o que torna os LEDs tão atrativos do ponto de vista econômico: a sua elevada vida útil!
O controle de tensão também é importante devido à influência da corrente que circula no circuito na temperatura de junção do LED. Um aumento desta temperatura provoca a perda de eficiência de iluminação (Lúmens/Watts) do LED e também pode provocar a mudança na coloração da luz emitida.O aumento da temperatura de junção também resulta num decréscimo da resistência do material do LED, uma vez que este semicondutor apresenta uma resistência com coeficiente de temperatura negativo, o que pode levar a uma potencialização desse aumento de temperatura e ocasionar a sua queima.As lâmpadas de LED são constituídas por um arranjo contendo vários LEDs individuais e não podem ser conectadas diretamente à rede elétrica, pois as tensões e correntes nominais são incompatíveis, sendo necessária a conexão de drivers.

 Os drivers propiciam o controle das grandezas envolvidas no acionamento das lâmpadas de LED, disponibilizando tensões e correntes dentro dos limites especificados pelo fabricante, desta forma, assegurando segurança e funcionamento adequado das mesmas. Pode-se dizer, que estes circuitos funcionam como os reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes, podendo ser embutidos ou separados no conjunto das lâmpadas, dependendo dos fabricantes.

Riscos elétricos

Riscos de energização acidental em Trabalhos de Manutenção e Operação elétrica

         

             Arco voltaico

Perturbação elétrica gerada na abertura e fechamento de circuitos, por causa da ruptura dielétrica (isolante) do ar, manifestada na forma de plasma, atingindo a temperatura de 25.000°C e liberando uma quantidade enorme de luz Ultravioleta (UV).

Os eletricistas que trabalham na operação (manobras) e manutenção do Sistema Elétrico Potência - SEP estão sujeitos às queimaduras provocadas pela radiação de calor oriunda do arco elétrico.

Para proteção desses eletricistas utilizamos roupas especiais, ferramentas de interrupção sob carga (Loadbuster) e operações de forma remota através comandos automatizados, visando o aumentar a segurança da IHM (interface homem-máquina).

          Tensão de contato

Diferença de potencial entre uma estrutura metálica aterrada e um ponto da superfície do solo separado por uma distância horizontal equivalente ao alcance normal do braço de uma pessoa. Por definição, considera-se esta distância igual a 1,0 m. Se uma pessoa toca um equipamento sujeito a uma tensão de contato (tensão que pode ocorrer quando de uma descarga atmosférica ou na falha de isolação de algum equipamento) pode ser estabelecida uma tensão entre as mãos e pés chamada tensão de toque. Em consequência poderemos ter a passagem de uma corrente elétrica pelo braço , tronco e pernas cuja duração e intensidade poderão provocar a fibrilação cardíaca, queimaduras ou outras lesões graves ao organismo.   

Medidas de controle simples como utilização de aterramento e dispositivos de corte de corrente elétrica em fuga (IDR), aliado a EPI’s adequados a tensão de uso, são ferramentas eficazes para evitar este tipo de acidente 

Tensão de passo 

       A tensão de passo é a diferença de potencial em que uma pessoa se encontra entre as 
duas pernas, no instante em que esteja passando pelo solo uma corrente elétrica 
intensa, como proveniente de uma descarga atmosférica, ou a fuga ou queda de algum cabo 
de alta tensão da rede aérea de distribuição. Trata-se de um critério de projeto para malha 
de aterramento.

Uma explicação prática para este efeito está na lei de Ohm. O solo “funciona” como uma associação infinita de resistores em série; possui resistência elétrica relacionada em Ω.m. Solos mais úmidos possuem menos resistência, solos mais secos possuem resistência maior. Vamos supor que em uma subestação de 13,8kV um cabo se parta e fique vivo em contato direto ao solo, ocasionando uma fuga de corrente em um piso que tenha, por conta de leve umidade,em torno de 1800Ω.m; em 25cm deste piso teríamos então 1800 x 0,25 = 450Ω. Digamos que nesta fuga esteja drenando no circuito uma corrente de 2,8A, teremos neste raio de piso, ou passo, uma queda de tensão de 450 x 2,8A =1,26kV, que seria suficiente para provocar a eletrocussão nos membros inferiores. Talvez não seja mortal, mas em corrida, os danos musculares e a queda podem ser muito danosos. Por este motivo se equipotencializam pisos, com a colocação de malhas sob pisos e ate mesmo com pisos condutivos, em locais onde é necessário este tipo de aplicação, como salas de cirurgia, onde se utiliza bisturi  e cauterizadores elétricos.

          Tensão de magnetização

Certos tipos de materiais quando expostos a um campo magnético podem ser magnetizados permanentemente. Após serem magnetizados, não perdem facilmente sua magnetização, a não ser quando forem aquecidos até determinada temperatura (temperatura de Curie) ou se a eles for aplicado um campo magnético com sentido contrário ao sentido da magnetização.
Não podemos nos esquecer de que a temperatura de Curie depende de cada material ferromagnético. Podemos citar o ferro, por exemplo, que possui uma temperatura de desmagnetização quando aquecido a uma temperatura de 770ºC.  

Este é um fenômeno chamado Histerese, que é uma magnetização temporária ou          permanente muito importante em maquinas de corrente alternada(AC), especificamente em transformadores de potência, pois seu núcleo acumula energia magnética, gerando tensão induzida em seu primário, geralmente de alta tensão, transitória, mas que pode ser fatal. Neste ponto que se aplica o aterramento temporário, para descarregar a energia acumulada em seu núcleo e zerar a tensão induzida.

         Tensão estática acumulada

Longas linhas de transmissão desligadas e não-aterradas podem acumular grande
quantidade de carga eletrostática pela ação dos ventos em seus condutores. A intensidade
de carga acumulada depende de uma série de fatores, tais corno o comprimento da LT,
velocidade do vento, direção do vento em relação à LT, etc.

Devido também a alta tensão utilizada, a diferença entre os cabos e sistemas de isolação das
torres faz como se os cabos se comportem como capacitores, ficando carregados, sendo
necessário descarregar a energia estática para a manutenção e operação dos mesmos.

 Dúvidas?!?!?!?!

Erit quaestio scientium nostrum est!

Sua dúvida será nosso conhecimento!

Seletividade em sistemas elétricos

Seletividade de dispositivos de proteção

 

 A capacidade de curto circuito dos disjuntores de proteção nem sempre consta dos projetos elétricos que manuseamos diariamente, ou por desconhecimento dos seus autores, ou mesmo por negligência com relação ao assunto, resultando em instalações falhas e muito perigosas, mantendo, para piorar, uma total "aparência" de que são corretas.
   A capacidade de interrupção de um disjuntor representa o valor máximo da corrente de curto circuito (Icc) que o fabricante do disjuntor assegura que o mesmo pode suportar sem sofrer avarias. Se tais valores forem superados na ocorrência de um curto circuito, o respectivo disjuntor de proteção, ao invés de manter a integridade da instalação, poderá aumentar os danos físicos e conseqüentemente as despesas com o conserto dos estragos ocorridos. Resumindo: o disjuntor poderá colar seus terminais mantendo  a destruidora corrente de curto circuito ou, até mesmo, "explodir".

    -Ah! Isto para mim não quer dizer nada, pois eu só especifico e compro disjuntores da marca "X" que é uma das melhores do mercado. Com certeza estou protegido!! 

Ah, cara pálida, você estar errado!!!  Você já percebeu que existem disjuntores de mesma corrente nominal com diversas capacidades de interrupção, dimensões iguais (ou não) e diversos preços, de um mesmo fabricante? Ah! Você só especifica e compra o "mais barato"?

Pois então repare:
 

        A título de exemplo vamos considerar os seguintes disjuntores da GE padrão NEMA, todos de 100A tripolares:

 

      Ex.:Mod. TQC         5kA/220V    R$ 107,18

            Mod. THQC     10kA/220V    R$ 242.00

            Mod. THHQC   22kA/220V   R$ 351,04

            Mod. TED        35kA/240V    R$ 479,82

            Mod. THED      65kA/240V    R$ 889,91

                Fonte: cotação Santil/email

  

 -Puxa vida! São todos tripolares de 100 A e o preço varia de R$ 107,18 a R$ 889,91?

 

        Sim, isso mesmo! Repare também que o preço sobe a medida que a capacidade de interrupção aumenta por questões óbvias (o disjuntor tem que ser mais robusto).
 

         

-E quando, portanto, devo usar um ou outro?

   A corrente de curto circuito depende do transformador que alimenta a instalação (ou o transformador da sua cabine primária, ou o que está no poste da Concessionária de energia elétrica) e do comprimento dos cabos desde o seu quadro elétrico até este transformador. Quanto mais longe estiver o quadro elétrico do transformador da instalação, menor será o valor da Icc neste quadro. Desta forma, o cálculo de Icc para cada quadro da sua instalação pode economizar DINHEIRO no seu bolso, pois o seu quadro geral pode exigir por exemplo 25kA/220Vca, mas os demais podem exigir apenas 5kA/220Vca.

   Agora vamos entender a base do cálculo da Icc, que é a Lei de ohm: 

I=U/R

 onde I é a corrente do circuito em Amperes, U a tensão em Volts e R a resistência do circuito em Ohms.

        Quando ocorre uma falta (curto circuito) a resistência (impedância) da carga alimentada antes da ocorrência do curto fica fora    do    circuito - o R da Lei de Ohm tende a "zero" - porque houve uma conexão direta de uma das fases para a terra, ou entre as fases, "excluindo" a carga do circuito. Assim, na lei de Ohm, se R tender a zero, Icc  tenderá ao infinito, ou seja, aumentará muito, pois a tensão é constante! A única "carga" que permanecerá no circuito será a "resistência" (para os eletricistas, diga-se impedância) dos contatos dos equipamentos e dos cabos que estiverem instalados entre o transformador e o ponto em que ocorreu o curto circuito.

    Como mostra a figura acima, cada local de falha indica qual dispositivo deverá atuar, isolando a falha, sem atuar no dispositivo que vem a montante(antes) sem interromper a alimentação de todo o sistema, ou parte dele, evitando transtornos desnecessários.

Importante: estes dispositivos podem ser disjuntores e fusíveis, desde que suas curvas não coincidam

Curva?!?!?!?!

   Em termos matemáticos (não dá pra fugir, eletricidade é física, e física tem matemática...), uma curva nada mais é do que uma sequência de valores que variam em função de outros valores, simples assim. No nosso caso, é uma variação da corrente em função do tempo, desta forma:

O eixo da base em uma numeração que vai de um a 60, estes são os valores múltiplos da correte nominal (In), enquanto o eixo transversal indica os valores do tempo, que começa com 0,5 milésimos de segundo e termina com 7200s (120min ou 2h), quando a curva se torna uma reta praticamente paralela ao eixo do tempo t(s). Perceba que a curva em momento nenhum toca o eixo do tempo. Isso porque o disjuntor é feito para operar na sua corrente nominal. Agora veja que a partir de um determinado valor de corrente entre 1 e duas vezes a corrente nominal existe atuação do disjuntor. Observe que em valores acima de três vezes o valor da corrente nominal, já existe atuação do disjuntor, cada um de acordo com a sua utilização.

   Qual o valor de corrente de partida em motores? Geralmente são seis a oito vezes a corrente nominal do motor. Por este motivo utilizamos disjuntores curva "C"  para circuitos de cargas com motores e maquinas motrizes! Agora, em correntes que ultrapassam a marca de dez vezes a corrente nominal, claro, configuramos apenas que pode ser um curto circuito! Reparem no  ponto 5, o ponto de atuação ao valor próximo de 10x o valor da corrente nominal é de 0,1 segundo, ou seja um décimo de segundo.

De início é um pouco difícil de entender e aplicar, mas seguindo estas idéias, muitas vezes nem é necessário fazer muitos cálculos para se definir o disjuntor, basta ter a curva característica no catálogo do fabricante.

Fica a dica, se ainda tiver dúvida, pode perguntar nos comentários, e não se esqueça:

"Erit Quaestio Scientium Nostrum est!"

Sua dúvida é nosso conhecimento!