Eficiência energética e desempenho térmico de luminárias com lâmpadas a LED atraem projetos de inovação

A tecnologia de lâmpadas a LED para os segmentos comercial, residencial, industrial e público passará por um processo de inovação nos próximos anos que possibilitará o desenvolvimento de produtos e sistemas com mais desempenho em relação à eficiência energética e dissipação térmica durante a operação. Esse tema representa um dos gargalos que a indústria terá de enfrentar para expandir o mercado mundial para a tecnologia LED, que em 2013 deverá alcançar a marca de US$ 20 bilhões (16% do mercado de iluminação - Digitimes Research).

O novo paradigma deverá chegar a 50% do mercado de iluminação até 2015. Além disso, estima-se que cerca de 19% de toda energia elétrica gerada, transmitida e distribuída seja consumida por serviços e produtos para iluminação. Este é um motivo para se evitar desperdício nesse tipo de uso. O custo de manutenção pode ser reduzido no uso de novas tecnologias (cerca de 50%).

Histórico

  A tecnologia de LED de luz branca nasceu no fim dos anos 90 com as pesquisas do japonês Shuji Nakamura, que atualmente trabalha no Departamento de Materiais da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara (EUA). A invenção de Nakamura surgiu a partir de uma pesquisa para melhorar os LEDs convencionais, que até então só emitiam luzes coloridas. A descoberta da luz branca foi praticamente acidental, quando o pesquisador obteve um semicondutor que emitia uma luz azulada.

Atualmente, existem várias tecnologias de LED de luz branca, a maior parte delas adotando a propriedade de fluorescência do fósforo ao reagir com a emissão de raios ultravioleta. Há também tecnologias mais conceituais, que permitem mudar a cor da luz, explorando o fato de que a luz branca resulta da combinação das cores primárias. Desde que foram lançadas, as lâmpadas a LED têm evoluído em relação a uma característica que é chamada IRC (Índice de Reprodução de Cor). Nesse índice, a referência é a luz do sol, que é considerada 100%. Inicialmente, as lâmpadas LED apresentavam entre 60% e 65% de IRC; atualmente estão entre 85% e 90%, com tendência a subir.

Ações do IPT

O Laboratório de Equipamentos Elétricos e Ópticos (LEO), do Centro de Integridade de Estruturas e Equipamentos (Cinteq), do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), está se capacitando para ampliar o apoio tecnológico à indústria nessa nova fase. "Estamos adquirindo softwares e nos capacitando com ferramentas adequadas para viabilizar o desenvolvimento do projeto do ponto de vista do desempenho energético, térmico e ambiental", afirma Oswaldo Sanchez Junior, pesquisador do laboratório.

O mais novo recurso disponível é a caracterização fotométrica realizada por um goniofotômetro, equipamento informatizado que mede a luz emitida, adquirido da Alemanha pelo Instituto no ano passado com investimento de R$ 1 milhão, em parceria com a FINEP e Associação Brasileira da Indústria de Iluminação (Abilux). Segundo Sanchez, com os novos recursos será possível substituir procedimentos que ainda são empíricos no desenvolvimento de luminárias, e criar um caldo de cultura que será sistematizado em novos conhecimentos.

Desafios

Em particular, a necessidade de aprimorar o aspecto térmico de projeto de luminárias deverá também mudar a composição de custos de fabricação dos produtos com tecnologia a LED, acredita o pesquisador do IPT. Atualmente, uma luminária pública a LED custa cerca de R$ 2.000 para o consumidor final e estima-se que cerca de 65% do seu custo de fabricação é representado pela integração de módulos a LED e seus drivers (fontes de alimentação), 30% refere-se à produção do corpo da luminária (estrutura mecânica) e o restante (5%) refere-se ao processo de montagem. O preço para o consumidor final deve cair para cerca de um terço em dez anos. O perfil dos custos de fabricação, no entanto, deverá ser significativamente alterado, refletindo a maior sofisticação de projetos, novas exigências do consumidor final, necessidade de certificações e maior escala de fabricação (barateamento dos módulos a LED e suas fontes).

Estima-se que o porcentual relativo ao custo da produção do corpo da luminária deve se tornar central (cerca de 55% do custo de fabricação) devido a dificuldades tecnológicas complexas inerentes ao projeto térmico e produção deste componente. Portanto, a penetração da tecnologia LED no mercado de iluminação depende, num primeiro momento, do barateamento dos componentes associados ao LED (módulos e drivers), mas deverá depender, no médio e longo prazo, da capacidade dos fabricantes em dominar as tecnologias de materiais e fabricação do corpo da luminária, visando um projeto energeticamente eficiente e termicamente confiável.

Outro ponto que deverá atrair projetos de inovação no segmento é quanto ao desempenho óptico das luminárias a LED. Isso, no entanto, deverá amadurecer quando as condições de mercado permitirem ampliar o potencial de exploração da tecnologia. "Atualmente, o mercado é bastante focado na substituição de lâmpadas convencionais por dispositivos a LED", afirma Sanchez.

O pesquisador acredita que a versatilidade e eficiência da tecnologia motivarão uma verdadeira revolução nos serviços de iluminação. "Será possível repensar o modo de atender as necessidades do usuário", diz Sanchez. Ele observa que, por exemplo, as lâmpadas a LED podem ser facilmente dimerizadas (com intensidade ajustável), característica que, se atendida em projeto, proporcionará um serviço que se harmoniza com a iluminação natural, sem excedentes ou carência de energia luminosa em cada ambiente. Os controles deste tipo de iluminação (com sensores de presença, sensores de ambiente, programação de acordo com a atividade e interação com redes inteligentes) abrem novas possibilidades que poderão tornar o seu acionamento integrado ao ambiente e mais amigável ao usuário.

Por conta dos materiais mais compactos, a infraestrutura com LED pode ser menos dispendiosa e os projetos, mais flexíveis. Outra tendência é o abandono de fios e cabos, o que também será um dos vetores da revolução que se espera. "Haverá menos impactos ambientais em todos os aspectos", prevê Sanchez. Não se deve esquecer que a fase do projeto do produto é a mais importante do ponto de vista do seu comprometimento com requisitos ambientais. Mas para que os ganhos ambientais se efetivem, a indústria também precisará dotar seus projetos dos instrumentos de Análise do Ciclo de Vida (ACV), competência que hoje está se ampliando horizontalmente no IPT para que todos os projetos possam ter abordagem sustentável.

Basicamente, a técnica de ACV consiste na realização do inventário dos fluxos de materiais, insumos e energia utilizados e das emissões (para o ar, terra e águas) realizadas em todos os processos ao longo do ciclo de vida do produto. Também permite identificar e mensurar os impactos ambientais associados a estes fluxos, o que representa uma maneira eficaz para avaliar ambientalmente qualquer bem ou serviço. Avalia-se que o advento da Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) e o Programa Brasileiro de Avaliação do Ciclo de Vida (PBACV) devam impulsionar as inovações para o segmento.

Mercado

No Brasil, existem poucos fabricantes de lâmpadas e a maior parte das empresas do setor atua com fabricação de luminárias para os segmentos residencial, comercial e industrial. O estado de São Paulo tem grande concentração de empresas. Segundo a Abilux, 58% das indústrias estão na Grande São Paulo e 17% no interior do estado – outros estados atuantes são Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, Rio de Janeiro, Minas Gerais, Bahia e Pernambuco. O setor também é dominado por empresas pequenas e médias. "É um setor muito competitivo", afirma Sanchez, que acredita que a concorrência deverá ser combustível para as inovações nos próximos anos.

A iluminação pública, que conta com cerca de dez empresas de porte médio no País, também deverá atrair projetos de inovação, sobretudo porque as exigências dos processos licitatórios em empresas públicas são cada vez maiores. Os governos municipais tendem a valorizar a abordagem ambiental em seus projetos, visto que a União e os estados estão compromissados com acordos globais de redução dos Gases do Efeito Estufa (GEE). Um dos municípios que está à frente nessa corrida é Guarulhos, que desenvolveu um projeto para recuperar componentes usados, com suporte do grupo do IPT, por meio do LEO.

Fonte: IPT