Descrição detalhada das lâmpadas LED de fluxo luminoso

Ao planear um sistema de iluminação de salas, certos valores têm de ser tidos em conta a fim de harmonizar os procedimentos de cálculo. Estes mesmos valores universais são necessários para o consumidor geral a fim de se poder orientar nos diferentes tipos de fontes de luz. Durante muito tempo, para as lâmpadas incandescentes, esse valor era de um watt de consumo de energia eléctrica. Mas estes dispositivos estão a deixar o local, por isso é necessário algo mais.

O que é fluxo luminoso

De facto, para calcular a iluminação, os designers utilizaram anteriormente outra quantidade - candela (vela), que também tem uma correspondência directa com os watts consumidos por uma lâmpada incandescente. Na literatura técnica do início da segunda metade do século passado, é possível encontrar expressões como "mil candeeiros de velas", etc. Luminância em candela refere-se à potência em watts de luz emitida numa determinada direcção. Como associação visual, esta luminosidade é proporcionada por uma vulgar vela de parafina ou estearina em chamas. Daí o nome. Esta abordagem proporciona uma representação visual do brilho como o número de velas acesas.

luminância de uma vela

Importante! Os watts utilizados para calcular a vela não têm nada a ver com energia eléctrica - a fonte de luz pode não ser eléctrica (a mesma vela).

Existe uma definição para o conceito de fluxo luminoso - o poder da energia de radiação, que é avaliado pela sensação de luz. Ou o número de fótons emitidos por unidade de tempo. Matematicamente parece assim: se uma fonte pontual com potência de 1 candela emite fluxo em ângulo sólido igual a um esterradiano, então cria um fluxo luminoso de 1 lúmen (lm).

Representação gráfica do esterradiano

O conceito do esterradiano requer esclarecimento. Para representar um ângulo sólido de 1 sf, tem de se tomar um cone com o vértice no centro de uma esfera de raio R, que corta uma área igual a R² . O ângulo de abertura de um cone deste tipo é de cerca de 65 graus.

Se uma fonte de luz de 1 candela, irradiando igualmente em todas as direcções, for colocada numa esfera com um raio de 1 m, produzirá uma iluminação igual a 1 lux (lx) na sua superfície interior. Este valor é utilizado para estabelecer padrões de iluminação. Assim, para salas diferentes, de acordo com o SNiP, as condições devem ser cumpridas:

• salas de aula de escolas completas - 500 lux;
• salas de aula de instituições de ensino superior - 400 lux; - auditórios de instituições de ensino superior - 400 lux;
• ginásios - 200 lux.

Os padrões de iluminação são também estabelecidos para outras salas.

Se um fluxo luminoso de 1 lm cai sobre 1 m2 de superfície, cria uma iluminação de 1 lux. Daí a relação entre o lúmen e o lux: 1 lux = 1 lm/sq.m. Por exemplo, a fim de fornecer luz suficiente numa sala de aula de 100 metros quadrados, o fluxo luminoso necessário é de 40000 lm. Deve também ter-se em conta que a luminância diminui proporcionalmente ao quadrado da distância da fonte luminosa, pelo que a altura em que a luminária é suspensa é importante.

Princípio de funcionamento

Para compreender a usabilidade de todas estas quantidades, é necessário considerar a direcção de emissão do LED, e os conceitos a ele associados.

Ângulos de luz emitidos por um LED com uma lente

O desenho de um díodo emissor de luz é tal que não envia luz uniformemente em todas as direcções - o hemisfério inferior é coberto por um substrato e o desenho da lente é tal que não fornece uma emissão uniforme no hemisfério superior. Como resultado, o fluxo luminoso principal concentra-se na direcção superior e atenua-se em direcção à periferia do cone de luz. A um determinado ângulo de visão, a intensidade luminosa é reduzida para metade, e a um ângulo ainda maior a luz é tornada invisível. O primeiro ângulo (atrás) é chamado o ângulo de meia luminância e o segundo ângulo (fah) é chamado o ângulo de luminância total.

Ângulos de luminescência de um LED com fósforo

Os mesmos pontos aplicam-se a um LED com fósforo. Aí o ângulo de emissão é limitado pelo substrato e pelo ângulo de maior actividade da radiação iniciadora da junção p-n. Tem de compreender que é impossível determinar estes ângulos exactamente com os olhos - precisa de instrumentos especiais. Mas é possível comparar visualmente dois LEDs - que têm um ângulo de abertura maior.

Saída de luz de lâmpadas LED

A saída de luz das lâmpadas LED não depende do grau de aquecimento do cristal. Praticamente todos os iluminadores LED brancos são feitos com base no fósforo LED, pelo que a saída de luz depende da qualidade do fósforo e da tecnologia pela qual é produzido. Também é importante a emissão de luz do cristal iniciador e a capacidade dessa emissão de fazer brilhar o fósforo na parte visível do espectro.

Poderoso LED branco com fósforo

Fluxo luminoso da luz externa

Para o cálculo da iluminação externa, é necessário ter em conta os requisitos mínimos de iluminação, que também podem ser encontrados no SNiP (Normas e Regulamentos de Construção) relevante. Por exemplo, para os parques infantis, a iluminação mínima não deve ser inferior a 10 lux.

Os valores mínimos de iluminação são indicados nos regulamentos, que podem ser aumentados no cálculo.

A fim de obter o número necessário de luminárias (N) para obter a iluminação necessária, é necessário especificar os dados iniciais:

• Iluminação mínima (E), lux;
• área do território (S), sq.m;
• coeficiente de irregularidade de iluminação (z), para luminárias LED é igual a 1,2;
• multiplicador que tem em conta o enfraquecimento do fluxo luminoso no fim da vida da lâmpada (k); para as luminárias LED é igual a 1,2;
• fluxo luminoso de uma lâmpada (F), lm;
• é um coeficiente de reflexão de objectos situados nas proximidades (n), para o asfalto pode ser tomado como 0,3.

Estes valores estão relacionados pela fórmula N=E*S*z*k/(F*n).

Iluminação de parques infantis

Vamos iluminar um parque infantil de 150 m2. Estão disponíveis aparelhos, cada um emitindo um fluxo luminoso de 1500 lm. Substituindo os valores na fórmula, obtemos N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). O resultado são 4,8 ou 5 luminárias. Este é o número mínimo; de facto, mais pode ser instalado.

Não é possível especificar o fluxo luminoso das luzes existentes, mas sim o número de luminárias que podem ser instaladas numa área. Neste caso, calcular o fluxo luminoso de cada lâmpada. A fórmula de cálculo parecerá F=E*S*k*z/(N*n). Se o resultado final não se encaixar na série padrão características da lâmpadatem de ser arredondado para cima.

Relação de lúmenes e watts

Os consumidores de todo o mundo habituaram-se, ao longo de décadas de lâmpadas incandescentes, a relacionar a luminância com o consumo de energia eléctrica. Para estes dispositivos desactualizados, esta foi uma decisão sensata - o desenvolvimento tecnológico nesta direcção parou há muito tempo. A relação entre a potência e a intensidade luminosa foi estabelecida e tornou-se uma questão de hábito.

Para iluminação LED não há correlação directa entre o consumo de energia em watts e a saída de luz em lúmens. Para ser preciso, está lá, mas apenas por enquanto. A tecnologia está a avançar, a produção de cristais está a melhorar e estão a ser desenvolvidos novos fosforescentes com maior eficácia luminosa. As relações actuais tornar-se-ão desesperadamente desactualizadas amanhã.

Tabela de intensidade luminosa

Até à data, a correspondência do fluxo luminoso das modernas lâmpadas LED e o seu consumo de energia é a seguinte:

Estes são valores arredondados aproximados, uma vez que as lâmpadas disponíveis no mercado foram produzidas por diferentes fabricantes utilizando diferentes tecnologias ao longo dos anos. A olho nu, esta diferença é quase imperceptível.

O vídeo seguinte conclui: Distinção e correlação de watts, lúmenes e Kelvin.

Com uma clara compreensão da relação entre as características da emissão de luz, é possível calcular a iluminação de uma sala ou de uma área por si próprio. Para o fazer, é necessário conhecer as normas e especificações de iluminação das lâmpadas LED.