Estudo de desempenho de lâmpadas leds

Abstract

Esse trabalho mostra alguns experimentos envolvendo lâmpadas LEDs comerciais, para poder compreender melhor suas características ópticas e elétricas. As lâmpadas utilizadas são de diferentes fabricantes (e potências): Ouro Lux de 9 W, Galaxy de 7 W, Kian de 9 W, FLC de 8 W, Black+Decker de 9 W, Brilia de 7 W. As análises realizadas nas lâmpadas foram: (a) comportamento térmico medições de temperatura foram realizadas no corpo da lâmpada ao longo do tempo: devido o próprio corpo lâmpada LED ser o dissipador de calor dos LEDs/driver, medições de temperatura foram realizadas sobre os corpos das lâmpadas em diferentes posições eqüidistantes, revelando estabilização em aproximadamente 10 minutos. Alguns resultados apresentaram oscilações no momento de estabilização da temperatura, acredita-se que essas oscilações sejam ocasionadas pelos componentes eletrônicos do driver (circuito retificador de corrente), pois cada componente eletrônico funciona em diferentes faixas de temperatura. (b) comportamento da luminância e coordenadas de cromaticidade x e y ao longo do tempo: nessas medições foi possível observar que o comportamento óptico das lâmpadas modifica conforme é alterado o comportamento térmico. Nos resultados de luminância vs. tempo, foi observado que após o acionamento das lâmpadas, todas possuem um decaimento na curva de luminância vs. tempo e elas estabilizam em aproximadamente 10 minutos. Os dados das coordenadas de cromaticidade x e y foram plotados pela utilização de software, em lócus denominado diagrama de cromaticidade CIE 1931. Foram estimadas as coordenadas de cromaticidade correlacionadas, sobre a curva dos corpos negros ( ou Planck Locus) dentro do diagrama, assim foi possível estimar a temperatura de cor correlata correspondente e comparar com os valores indicados pelo fabricantes que mostraram proximidade dos valores indicados, porém os fabricantes não mostram as tolerâncias e esse fato limita a comparação conduzida. (c) comportamentos de luminância e coordenadas de cromaticidade modificando fisicamente a lâmpada LED: uma lâmpada da marca Black+Decker de 9 W foi completamente desmontada remontada no interior de um aparato, utilizando um frasco de produto alimentício simulando o corpo original da lâmpada. No fundo do frasco foi inserida uma ventoinha para impulsionando o ar atmosférico para o interior do frasco. Na tampa do frasco foram realizadas 8 algumas perfurações e foi adaptada a placa de LEDs extraída da lâmpada. No corpo do aparato também foram realizadas algumas perfurações para facilitar o método de arrefecimento. Primeiramente a lâmpada foi acionada com a ventoinha desligada, onde foi observado o decaimento da luminância até atingir a estabilização. Em outro teste, a ventoinha foi acionada e foi observada a estabilização da luminância em menor período aproximadamente 02 (dois) minutos e obtendo também maior nível de luminância, provando assim, que a temperatura interna dos LEDs e do driver influenciam diretamente no comportamento óptico da lâmpada. (d) depreciação da lâmpada com medições de iluminância ao longo do tempo: as lâmpadas de diferentes marcas e potências foram encaminhadas ao departamento de fotometria do Instituto de Energia e Ambiente de Universidade de São Paulo (IEE-USP), onde permaneceram ligadas 24 horas/dia sob a temperatura ambiente. Uma vez por semana foram realizadas medições de iluminância com cada lâmpada instalada no interior de uma esfera integradora e utilizando um luxímetro, que gerou resultados de iluminância. Os resultados mostraram curvas de decaimento da iluminância ao longo do tempo testadas com mais de 4000 horas, devido ação da degradação foram reveladas depreciações de: 19% para a marca Ouro Lux de 9 W, 20% para a FLC de 8 W, 26% para a Black+Decker de 9 W, 28% para Kian de 9 W, 29% para a Galaxy de 7 W, 33% para a Brilia de 7 W. Este experimento mostrou que, a potência nominal da lâmpada LED não possui relação com a taxa de depreciação e na comparação do tempo de vida, a lâmpada da Black + Decker foi a única em atingir 5521 horas, ou seja, tempo de vida muito menor do que demonstrado na embalagem do produto em 25000 horas.

This work shows some experiments involving commercial LED lamps, in order to better understand their optical and electrical characteristics. The lamps used are from the different companies (and powers): Ouro Lux of 9 W, Galaxy of 7 W, Kian of 9 W, FLC of 8 W, Black+Decker of 9 W, Brilia of 7 W. The analyzes performed on the lamps were: (a) thermal behavior temperature measurements were made on the lamp body by elapsed time: due to the LED lamp body itself to be the heat sink of the LEDs/driver, temperature measurements were carried out on the lamp bodies in different equidistant positions, revealing stabilization in approximately 10 minutes. Some results showed oscillations at the time of temperature stabilization, it is believed that these oscillations are caused by electronic components of driver (current rectifier circuit), because each electronic component operate in different temperature ranges. (b) luminance behavior and x and y chromaticity coordinates by elapsed time: in these measurements it was possible to observe that the optical behavior of the lamps changes as the thermal behavior changes. In the luminance vs. time results, it was observed that after turn-on lamps, all have decay in the luminance curve vs. time and they stabilize in approximately 10 minutes. The data of the x and y chromaticity coordinates were plotted using software, in a locus called the CIE1931 chromaticity diagram. The correlated chromaticity coordinates were estimated on the black body locus (or Plank Locus) curve within the diagram and thus it was possible to estimate the corresponding correlated color temperature and compare with the values indicated by the manufacturers that showed proximity to the indicated values, however the manufacturers do not show tolerances and this fact limits the comparison conducted. (c) Luminance behaviors and chromaticity coordinates physically modifying the LED lamp: a 9W Black+Decker lamp was completely disassembled and reassembled inside an apparatus, using a food product bottle simulating the original lamp body. A fan was inserted at the botton of the bottle to propel atmospheric air into the bottle. Perforations were made on the bottle cap and the LED plate extracted from the lamp was adapted. The Perforations were also made in the body of the apparatus to facilitate the cooling method. First, the lamp was switched on with the fan turned off, where the luminance decayed until it stabilized. In another test, the fan was activated and the luminance stabilized in a shorter period, approximately two minutes, and also obtained a higher luminance level, thus proving that the 10 internal temperature of the LEDs and the drive directly influence the optical behavior of the lamp. (d) Depreciaation of the lamp with measurements of illuminance over time: lamp of different brands and powers were sent to the photometry department of the Institute of Energy and Environment of the University of São Paulo (IEE-USP), where they remained on 24 hours a day under room temperature. Illuminance measurements were performed once a week with each lamp installed sphere and using a lux meter which generated illuminance results. The results showed illuminace decay curves over time tested with more than 4000 hours, due to the degradation action, depreciation of: 19% were revealed for the 9W Ouro Lux brand, 20% for the 8W FLC, 26% for Black+Decker 9W, 28% for Kian 9W, 29% for Galaxy 7W, 33% for Brilia 7W. This experiment showed that the nominal power of the LED lamp has no relation to the depreciation rate and in the comparison of the lifetime, the Black+Decker lamp was the only one to reach 5521 hours, that is, a lifetime much shorter than demonstrated in the product packaging in 25000 hours.