UNIVERSIDADE DE LISBOA
FACULDADE DE BELAS-ARTES
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência
Iolanda de Almeida Ótão
Trabalho de Projecto
Mestrado em Design de Equipamento Área de Especialização em Design Urbano e de Interiores
Orientador: Prof. Doutor Raul Cunca
Co-Orientador: Prof. João Cruz
2009/2010
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
1
Resumo
O presente trabalho tem como objectivo analisar e aplicar a tecnologia das películas electroluminescentes, de modo a que
se compreenda as suas vantagens e desvantagens em relação às restantes fontes de iluminação artificial normalmente aplicadas em
espaços interiores.
Apresenta-se uma breve análise histórica das fontes de iluminação artificiais, para se compreender a sua evolução e
identificar as principais características das luminárias que se mantiveram ao longo dos tempos. Introduz-se informação histórica e
técnica sobre a electroluminescência e reúne-se as características tecnológicas das fontes de iluminação artificiais aplicadas em
espaços interiores, para se compreender quais as vantagens e desvantagens de cada uma delas em relação às películas
electroluminescentes.
Concluímos que as películas electroluminescentes devido, à baixa intensidade lumínica, não podem ser utilizadas para
iluminar uma actividade associada ao trabalho. Desenvolvemos uma luminária experimental que emite uma luz ambiente, ou luz de
presença de carácter decorativo.
Os resultados demonstram que a grande dimensão do transformador eléctrico e a baixa intensidade luminosa das películas
electroluminescentes são desvantagens que no futuro podem ser ultrapassadas. A redução da dimensão do transformador e o
aumento da intensidade da luz emitida pelas películas electroluminescentes permitirá que estas sejam usadas num maior número de
aplicações. Actualmente, as películas electroluminescentes distinguem-se das restantes fontes de luz artificiais devido à sua fina
espessura e maleabilidade, bem como o facto de consumirem menos energia eléctrica durante o seu funcionamento em comparação
com outras fontes de iluminação artificiais.
Palavras-chave
Iluminação, Electroluminescência, Design, Design de Interiores.
Abstract
This dissertation theoretical and practical wants to analyze and apply electroluminescent lamps, to understand its
advantages and disadvantages when compared to other sources of artificial lighting usually applied in interior spaces.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
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It presents a brief historical analysis of artificial lighting sources, to understand its evolution, and identify the main
characteristics of the lamps that were maintained over time. It presents information about the history and the technical
characteristics of the electroluminescence technology and about the other sources of artificial lighting normally applied in interiors
spaces, to confront and understand the advantages and disadvantages of each in relation to electroluminescent lamps.
We conclude that the electroluminescent lamps due to low light intensity cannot be used to illuminate a workspace. We
developed an experimental table lamp that emits an ambient light with a decorative nature.
The results show that the large size of the transformer and low intensity of the light are disadvantages that can be
overcome in the future. In the future, reducing the size of the transformer and increase the intensity of light emitted by
electroluminescent lamp will permit to be used in more applications. Currently electroluminescent lamps differ from other artificial
light sources due to its thinness and malleability, and because they consume less electricity than others artificial light sources.
Keywords
Lighting, electroluminescence, Design, Interior Design.
Agradecimentos
Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos meus orientadores, Professor Doutor Raul Cunca e Professor Assistente
João Cruz, que me ajudaram a desenvolver este trabalho de projecto. Durante o período de elaboração desta tese ambos
demonstraram disponibilidade e paciência para me guiarem no meu processo de introspecção relativamente a esta temática e à
elaboração deste projecto.
A todos os docentes que contribuíram para a minha formação académica, o meu agradecimento.
Aos meus colegas que permitiram a troca de ideias, o companheirismo e a amizade durante este período da minha vida, o
meu agradecimento.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
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Por último, a minha gratidão aos meus pais (Celeste Ótão e José Almeida) e ao meu namorado (Custódio Mendes) que
tornaram possível a minha formação e que sempre me apoiaram durante esta fase do meu percurso académico.
Índice
1. Introdução............................................................................................................................
2. Estudos sobre iluminação...................................................................................................
2.1. Um percurso pela história da iluminação.....................................................................
2.2. Tecnologia da electroluminescência............................................................................
2.2.1. Características das películas electroluminescentes CA.........................................
2.2.2. Evolução dos dispositivos electroluminescentes...................................................
2.2.3. Películas electroluminescentes da empresa Plastolight®.....................................
2.2.4. Aplicações da tecnologia da electroluminescência..............................................
2.3. Fontes de iluminação artificial......................................................................................
2.3.1. Lâmpadas incandescentes...................................................................................
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2.3.2. Lâmpadas de descarga........................................................................................
2.3.3. Fontes luminosas electroluminescentes...............................................................
2.3.4. Características técnicas das fontes luminosas artificiais......................................
2.3.5. Análise SWOT das fontes luminosas artificiais.....................................................
3. Desenvolvimento do projecto.............................................................................................
3.1 Estudo prévio....................................................................................................................
3.2 Projecto base....................................................................................................................
3.3 Projecto de execução...............................................................................................
4. Resultados..........................................................................................................................
5. Conclusões.........................................................................................................................
6. Glossário.............................................................................................................................
7. Bibliografia..........................................................................................................................
8. Índice onomástico..............................................................................................................
9. Fontes iconográficas..........................................................................................................
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1. Introdução
O assunto que se procura transmitir de forma clara neste trabalho de projecto enquadra-se na área do design de
iluminação interior, pretende-se analisar e comparar a tecnologia da electroluminescência com os outros tipos de fontes de
iluminação artificial existentes.
A opção pelo estudo sobre a tecnologia da electroluminescência na área do design urbano e interiores, deve-se ao facto de
uma fonte de luz artificial ser um elemento importante no design de espaço interior ou urbano, pois a luz é um dos factores
limitadores do nosso comportamento num determinado espaço. A escolha da tecnologia da electroluminescência deve-se, em parte, à
sua morfologia e ao facto da sua aplicação ainda não ter sido muito explorada em espaços interiores.
As fontes bibliográficas que utilizámos para a concretização deste trabalho de projecto consistem em livros científicos e
técnicos que tratam de assuntos como: a tecnologia da electroluminescência; as tecnologias mais usuais e mais utilizadas na
iluminação doméstica; a evolução da iluminação exemplificada por luminárias que se destacaram na área do design de iluminação.
Utilizaremos ainda publicações periódicas que contenham artigos sobre a área da iluminação que possam ser úteis para o
desenvolvimento do projecto, e sítios da internet que contenham informação sobre a tecnologia da electroluminescência e produtos.
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A tecnologia da electroluminescência tem sido aplicada actualmente na retro-iluminação de painéis publicitários,
mostradores e teclados de telemóveis, consolas de jogos, mostradores de relógios, painéis de instrumentos de automóveis e em
vitrinas de exposições.
O objectivo do presente trabalho é conceber um produto que utilize a tecnologia da electroluminescência, explore as
especificidades das películas electroluminescentes e que seja direccionado para uma aplicação no campo da iluminação de
interiores.
Este trabalho deve contribuir para o entendimento das virtudes e limitações das películas electroluminescentes para
aplicações em luminárias e apresentar o resultado da evolução histórica das fontes de iluminação e das suas diferentes aplicações
em luminárias.
As películas electroluminescentes são fontes de iluminação artificiais, que emitem luz de forma diferente das lâmpadas
incandescentes. Em vez de produzirem luz através do aquecimento de um filamento, as películas electroluminescentes dependem de
materiais fosforescentes que emitem radiação em forma de luz visível quando expostos a um elevado campo de corrente eléctrica.
As películas electroluminescentes, finas e flexíveis, têm sido produzidas em formatos laminares, não emitem calor, são de
baixo consumo eléctrico e emitem uma luz regular em toda a sua extensão.
O presente trabalho de projecto será composto por duas partes: uma parte teórica e outra prática. A primeira parte reúne
o estudo de assuntos relacionados com a iluminação e a tecnologia da electroluminescência. A segunda parte consiste na concepção
de um projecto de uma luminária utilizando as vantagens da tecnologia da electroluminescência face às fontes luminosas
convencionais.
A base teórica que irá guiar o desenvolvimento deste projecto apoia-se no estudo dos temas que referirei seguidamente.
Um percurso pela história da iluminação
Estudo da evolução das fontes de luz artificiais e do design das luminárias com o objectivo tentar compreender e explanar
as características que persistiram ao longo do tempo, em consequência e a despeito das evoluções tecnológicas e formais.
Tecnologia da Electroluminescência
Evolução, análise e caracterização técnica da tecnologia da electroluminescência e das películas electroluminescentes
desde seu aparecimento até à actualidade.
Identificação de produtos e aplicações onde a electroluminescência possa vir a ser adoptada como fonte luminosa
sustentável num futuro próximo.
Fontes de Iluminação Artificial
Caracterização das fontes de iluminação artificial “convencionais” utilizadas na iluminação interior e identificação das
vantagens e desvantagens em relação às películas electroluminescentes.
Realização de uma análise SWOT (Forças/Fraquezas; Oportunidades/Ameaças) das fontes de iluminação artificial utilizadas
na iluminação de espaços interiores e também das películas electroluminescentes.
A parte prática do trabalho deve enumerar as etapas do projecto de uma luminária que utilize uma película
electroluminescente como fonte luminosa. O projecto deve responder à análise realizada, ou seja, conceber um produto que traga
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vantagens à iluminação interior devido à aplicação e aproveitamento do potencial da electroluminescência. Para desenvolver a
luminária será necessário ter contacto com a tecnologia da electroluminescência, realizando experiências que permitam
compreender as vantagens e as limitações do material que a compõe. As conclusões obtidas das experiencias serão aplicadas no
projecto e depois testadas através da construção de um protótipo.
Depois da concepção do projecto de uma luminária que utilize películas electroluminescentes, será feita uma análise dos
resultados a nível funcional e energético, para se compreender quais as vantagens e desvantagens face a objectos que utilizem
fontes de luz concorrentes.
Este trabalho será finalizado com as conclusões obtidas deste projecto, salientando quais os aspectos a melhorar e quais
as potenciais aplicações para esta tecnologia no futuro.
Pretende-se, com este texto, compreender o potencial da tecnologia da electroluminescência em relação às restantes
fontes de luz artificiais no âmbito do design de luminárias para a iluminação de espaços interiores.
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2. Estudos sobre iluminação
2.1. Um Percurso pela História da Iluminação
A primeira forma de iluminação artificial surge com a descoberta e o domínio do fogo. Esta fonte de calor e luz permitiu
que o Homem modificasse o horário de certas actividades quotidianas. Algumas das actividades deixaram de ser dependentes da luz
solar à medida que se desenvolveram fontes de luz artificiais cada vez mais eficientes.
A evolução das fontes de luz artificiais é parcialmente responsável pelo desenvolvimento da civilização influenciando a
nossa segurança, saúde, capacidade de trabalho e felicidade. Por exemplo, circular à noite numa cidade ou povoação era mais
perigoso quando não existiam candeeiros na via pública; as actividades nocturnas de uma fábrica ou mesmo os estudos de um
cientista, durante o período da noite, apenas se tornaram possíveis com uma boa iluminação artificial. Os avanços das fontes de luz
artificiais, desde a lâmpada a óleo até à lâmpada incandescente, foram continuadamente alargando o horário de laboração de
fábricas, de hospitais e da construção de edifícios que, consequentemente, aceleraram o desenvolvimento da nossa sociedade.
O aparecimento das diferentes fontes de luz artificiais influenciou o desenvolvimento de luminárias que são responsáveis
por direccionar e difundir a luz. Ao longo dos tempos, criadores, artistas, desenhadores, arquitectos e engenheiros, fascinados pelas
fontes de luz artificiais, desenvolveram uma grande variedade de luminárias.
Considera-se que os primeiros arquétipos de lâmpadas surgiram por volta de 70 000 a.C. e deveriam ser feitos de
conchas ou pedras ocas cheias de matérias vegetais secas, como musgo, e embebidas em gordura animal.1
O aparecimento das primeiras lâmpadas a óleo surgiu por volta de 3000 a.C.2, e aproximadamente no século VII a.C., os
Gregos utilizavam lâmpadas a óleo compostas por terracota que foram substituindo paulatinamente os archotes. Curiosamente, o
termo lâmpada deriva da palavra grega lampas, que significa archote.
No período do Império Romano surgiram as primeiras fábricas que produziam em série as lâmpadas de óleo feitas de
argila. Estas eram decoradas com cenas alegóricas, eróticas ou de caça. 3
As fontes de luz artificiais portáteis como as candeias, velas e lâmpadas de óleo feitas de argila, pedra ou metalFig.1
foram
utilizadas nos ambientes domésticos até ao aparecimento da luz a gás (1792).4 Todos estes meios sempre produziam uma luz de
pouca intensidade lumínica comparativamente ao fogo aberto das lareiras, que apesar de ser usado principalmente para confecção
de alimentos, também servia para iluminar os espaços interiores dos edifícios.
As velas mantiveram-se como principal fonte de iluminação artificial durante um longo período de tempo, mas as
substâncias utilizadas na sua produção foram mudando. No século XVIII, a vela era composta por gordura animal ou por cera de
abelha.5 As velas de cera de abelha eram utilizadas por uma pequena parte da população devido ao seu elevado custo. As velas de
1 FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p. 9.
2 Ibidem
3 Ibidem 4 FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p. 9.
5 CUNCA, Raul – Territórios Híbridos, p. 69.
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gordura animal, quando acesas, geravam um cheiro desagradável e a sua luz era instável e pouco intensa. A iluminação artificial
produzida pelas velas não era suficientemente forte para a prática de intensas actividades de leitura.
Em 1783, o inventor suíço François-Pierre Ami Argand (1750-1803) inventou a lâmpada a óleo que permitiu gerar uma luz
intensa com maior duração que qualquer outro dispositivo desenvolvido até então.6
A luminária ou queimador de ArgandFig.2 era constituído por uma base paralelepipédica(1) com a função de elevar o
reservatório do óleo(2), por um tubo(3) que abastece e suporta a estrutura que contém o pavio(4). Este está protegido por um tubo
de vidro(5) que é encimado por um quebra-luz(6). A luminária de Argand gerava luz através da combustão de um pavio impregnado
em óleo, combustível que alimentava a chama sendo reabastecido através de umreservatório. O pavio, colocado num tubo de vidro,
permitia a circulaçãode ar no sentido ascendente auxiliando a uma combustão controlada e o topo do tubo de vidro continha um
quebra-luz com o objectivo de reflectir e difundir a luz. Este mecanismo produzia uma chama estável, de forte intensidade,
características que permitiram a realização de tarefas nocturnas nos espaços interiores com melhor qualidade de iluminação.
6
Volt: Lighting Design, 2009, Nº 6, p. 10 e 11.
Fig.1 - Lâmpadas a óleo portáteis e de suspensão metálicas, séculos XVII e XVIII
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A luminária a óleo foi difundida por todas as classes sociais, pois tinha a vantagem de produzir uma luz intensa e estável. A
partir de 1858, foi substituída pela luminária a queroseneFig.3
. O querosene consiste numa substância obtida a partir do petróleo que
serviu para substituir os óleos de origem vegetal e animal. A luminária a querosene foi difundida e utilizada durante setenta anos,
principalmente na Europa e nos Estados Unidos da América, devido ao baixo custo do combustível, não tendo sido influenciada pela
introdução da iluminação a gás, a partir de 1799, nas habitações em Londres7. Apesar utilizar o mesmo princípio de funcionamento da
luminária a óleo, a luminária a querosene apresenta uma forma mais simples e com menos componentes que a luminária a óleo
inventada por Argand. A típica luminária a queroseneFig.3
é composta por uma base(1) que sustenta o deposito de querosene(2), a
zona que permite regular o pavio(3) e ainda o globo de vidro(4) que difunde a luz e evita o olhar directo sobre a chama. Este tipo de
luminária era fabricado em cerâmica, vidro e metal. A combustão do querosene e do óleo libertava partículas negras (fuligem) que se
alojavam nas superfícies da casa.8
Em 1792, o engenheiro inglês William Murdock (1754-1839) inventou a iluminação a gás9Fig.4 e 5 para a sua casa, na
Cornualha, mas o combustível demorou algum tempo a ser difundido devido ao seu custo e à necessidade de instalação de infra-
estruturas para a distribuição do mesmo. Inicialmente foi aplicado na iluminação pública e em fábricas, posteriormente, foi difundido
pelas habitações da cidade de Londres, tendo sido principalmente utilizado pela classe média e alta.
7
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p. 10. 8
A fuligem, que consiste em partículas de carbono libertadas pela combustão do gás e outras substâncias utilizadas para a iluminação artificial das habitações, alojava-se no tecto,
nas paredes e na mobília criando uma mancha negra de difícil remoção. CUNCA, Raul – Territórios Híbridos , p. 70-72. 9 FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p. 9.
Fig.2 - Luminária a óleo desenvoldida por Fançois-PierreAmiArgand, modelo de
1784. (Numeração introduzida pela autora)
Fig.3 - Luminária a querosene, data não consta no livro.
(Numeração introduzida pela autora)
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A empresa inglesa Boulton & Watt, onde Murdock trabalhava, começou a fabricar luminárias a gás a partir de 1799. A
iluminação a gás chegou às ruas da cidade de Londres em 1807, seguindo-se a cidade americana de Baltimore em 1816, a cidade
francesa de Paris em 182010 e chegando a Lisboa em 1848.
Apenas a partir de 1880 é que a iluminação a gás proporcionou uma luz brilhante e branca a partir do bico e da camisa
inventada pelo químico austríaco Carl Auer Freiherr Von Welsbach (1858-1929). Esta invenção diminuiu a fuligem libertada pela
combustão do gás.11
A iluminação a gás introduziu alterações nas características das luminárias que, devido à alimentação do combustível ser
efectuada por tubos fixos no tecto ou nas paredes das casas, se tornaram fixas, tendo sido desenvolvidos em diferentes tipologias,
surgindo candeeiros de parede, de pé e de suspensão.12
Os candeeiros a gás Fig.4 e 5
apresentam diversas estruturas com formas ornamentadas, quase todas utilizando em volta
da chama um quebra-luz de vidro em forma de globo que evitava a libertação intensa de fuligem, calor e cheiros.
A invenção da corrente eléctrica foi atribuída ao físico alemão Otto Von Guericke (1602-1686) que, em 1663, produziu
faíscas de electricidade estática utilizando um globo de vidro cheio de enxofre que rodava ao esfregar com um pano. No século XIX,
seguiram-se inúmeras experiências na tentativa de produzir luz a partir de energia eléctrica. 13 Em 1709, o cientista inglês Francis
Hauksbee (1666-1713) criou a primeira iluminação a néon ao melhorar a invenção desenvolvida por Otto Von Guericke. Esvaziou quase
totalmente o ar do globo de vidro e adicionou uma pequena quantidade de mercúrio. Quando carregado de electricidade estática o
globo produzia luz ao ser tocado com as mãos.
A primeira lâmpada de arco eléctrico a ser utilizada em grande escala foi a “vela” do engenheiro electrotécnico russo Paul
Jablochkoff (1847-1894), que utilizava dois eléctrodos de carbono. O engenho permitiu reutilizar a estrutura exterior (suporte e
elemento de protecção) das luminárias a gás, substituindo apenas os elementos interiores, responsáveis pela produção de luz, da
lâmpada a gás pela lâmpada de arco eléctrico Fig.6
.
A lâmpada de arco eléctrico apresentava menor custo económico, maior facilidade de utilização, maior segurança e maior
intensidade de luz emitida que a da lâmpada a gás. O único problema que se manteve foi o facto de os dois eléctrodos de carbono
terem de ser substituídos ao fim de algumas horas e o facto de a luz ser demasiado intensa para ser usada num ambiente doméstico.
10
Idem, p.10. 11
CUNCA, Raul – op.cit., p. 76. 12
Idem, p. 73-76. 13
Em 1802, Sir Humphry Davy(1778-1829, Inglaterra) efectuou uma experiência para tentar criar electricidade através de descargas eléctricas no laboratório da Royal Institution em
Londres. As suas experiências influenciaram o interesse pela ideia de produzir electricidade através do principio da incandescência, que consiste na emissão de luz a partir de sólidos ou gases quando aquecidos a mais de 525ºC. Em 1809, Davy melhorou o primeiro arco com eléctrodos de carbono. Em 1834, William Edwards Staite (1809-1854, Inglaterra) desenvolveu experiências com o arco eléctrico que deram origem a várias patentes de mecanismos de lâmpadas e de eléctrodos de carbono. O físico Jean Bernard Léon Foucault(1819-1868, França) registou uma patente de um sistema regulado automaticamente muito parecido com um desenvolvido na década de quarenta do século XIX. Foucault descobriu que os eléctrodos de carbono se consumiam mais lentamente se colocados dentro de um globo de vidro parcialmente sem ar. Em 1857, o inventor Victor Serrin (1829-s.d., França) desenvolveu a primeira lâmpada de arco com resultados satisfatórios utilizando um mecanismo electromagnético que regulava o espaço entre os eléctrodos de carbono. FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.10-14.
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11
Fig.4- Catálogo com ilustração da luminária a gás, século XIX. Fig.5- Publicidade com ilustração de várias luminárias a gás, século XIX.
Em 1878, o inventor americano Charles Brush (1849-1929) desenvolveu uma lâmpada de arco Fig.7
munida de um sistema
automático de regulação do afastamento entre os eléctrodos, composto por um electroíman e um anel de aperto, solucionando as
alterações de intensidade características das lâmpadas de arco mais antigas. Este sistema difundiu-se inicialmente nos Estados
Unidos da América e posteriormente estendeu-se a outros países.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
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Em 1895, o americano William Jandus (s.d.) criou uma nova lâmpada de arco mais aperfeiçoada, que podia funcionar
utilizando uma corrente de 80 volts. Contudo, mantinha um problema não ultrapassável, produzia uma luminosidade excessiva não
podendo ser aplicada em ambientes domésticos, tendo sido aplicada na iluminação das ruas. Esta luminária Fig.8
era constituída por
uma estrutura metálica que permitia a sua suspensão e, ao mesmo tempo, sustentava a zona da lâmpada de arco protegida por uma
cobertura de vidro.14
O físico inglês Joseph Swan (1828-1914) foi o primeiro a desenvolver uma lâmpada de iluminação eléctrica de
incandescência Fig.9
, apesar de só ter registado a sua descoberta depois do inventor americano Thomas Alva Edison (1847-1931). Swan
apresentou a sua descoberta no dia 18 de Dezembro de 1878, na Chemical Society de Newcastle-Upon-Tyne. A lâmpada continha um
filamento delgado de carbono que, por estar em vácuo, evitava que se consumisse ao ser atravessado por uma corrente eléctrica.15
Thomas Edison, a 22 Outubro de 1879, desenvolveu a sua primeira lâmpada de incandescência Fig.10
utilizando um filamento
de carbono inserido num bolbo de vidro sob vácuo, que atrasava a combustão do filamento. A electricidade passava através do
filamento produzindo uma luz incandescente ligeiramente alaranjada.16 Edison inspirou-se no encaixe do bocal do gás para criar a
forma de ligar a lâmpada incandescente ao casquilho. A primeira demonstração pública das lâmpadas Edison foi realizada a 31 de
Dezembro de 1879 em, Menlo Park, e a produção da lâmpada incandescente com fins comerciais iniciou-se em Novembro de 187917.
A lâmpada de incandescênciasó começou a produzir uma luz branca e duradoura quando os filamentos de carbono foram
substituídos por filamentos metálicos e com a utilização de gases inertes no interior da ampola de vidro. Apesar das vantagens desta
lâmpada, foi necessário criar infra-estruturas de distribuição da energia eléctrica e criar instalações eléctricas nos próprios
14
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p.15,16,17. 15
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p.20,21,22. 16
AA.VV. – DESIGN:1000 Objectos de Culto, vol. I, nº 38 17
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p.25.
Fig.6 – Luminária a gás transformada para a tecnologia
de arco eléctrico
Fig.7 - Luminária de arco com a tecnologia criada por
Charles Brush
Fig.8 – Luminária de arco com a tecnologia criada por
William Jandus
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
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edifícios. Devido aos custos das obras necessárias, o fornecimento da iluminação eléctrica demorou a difundir-se. Em 1882, foi
aplicada a iluminação eléctrica nas habitações, ruas, lojas e escritórios de Londres e Nova Iorque. A primeira instalação experimental
em Portugal fez-se em 1878, na cidade de Lisboa, tendo a luz eléctrica surgido nas casas nobres, no final do século XIX, e nas casas
populares a partir da segunda metade do século XX. 18
Fig.9 - Primeira lâmpada de incandescência Joseph Swan, apresentada a
Dezembro de 1878
Fig.10 - Lâmpada de incandescência Thomas Edison, replica da que foi
apresentada em 1879.
A lâmpada eléctrica incandescente influenciou a criação de diversos tipos de luminárias desenvolvidos por projectistas.
As primeiras luminárias a utilizar a lâmpada de incandescência foram concebidas por projectistas que trabalhavam para
as empresas de iluminação responsáveis pela instalação de energia eléctrica. As luminárias são compostas por uma base, por um
tubo que eleva a zona onde se encontra a lâmpada, e por um quebra-luz evita que se olhe directamente para a luz e que permite
direccionar e difundir a luz e, algumas vezes, desempenha um papel decorativoFig.11 e 12
. As luminárias podem conter uma estrutura
fixa ou flexível, simples ou ornamentada, e um quebra-luz com uma forma cónica, de globo, cilíndrico ou em calote.
18
CUNCA, Raul – op.cit., p. 79-81, 84.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
14
As características formais destas luminárias foram influenciadas pelos castiçais, globos de gás, candeeiros a querosene e
a óleo anteriormente desenhados. A aplicação do quebra-luz de vidro em forma de globo nas luminárias com lâmpada incandescente,
foi inspirada nos anteriores candeeiros a gás. O quebra-luz, que inicialmenteservia para proteger a chama provocada da combustão
do gás, quando passa a ser aplicado nas luminárias eléctricas passa a difundir a luz e evita o olhar directo sobre a luz do filamento
em incandescência, ou seja, podemos observar a recorrente adaptação de elementos característicos de antigas luminárias a serem
aplicados nas seguintes gerações de luminárias, mesmo que a sua utilização não traga nenhuma melhoria na qualidade da luz.
O facto da lâmpada incandescente ter uma vida útil reduzida influenciou a realização de estudos e experiências com o
objectivo de prolongar a sua vida útil, e que acabaram por dar origem à lâmpada de halogéneo. Em 1950 a General Electric19
descobriu que, em vez de usar apenas os gases inertes dentro da ampola de vidro, como numa lâmpada incandescente normal, se
podia adicionar um gás halogéneo, naquela atmosfera, o que permitia reduzir a perda dos átomos do filamento de tungsténio.
Consequentemente, a lâmpada de halogéneo funcionava mais tempo, a uma temperatura mais elevada do que a lâmpada
incandescente normal.
19
BROWNING, Eve; COLE, David; SCHROEDER, Fred. – Encyclopedia of Modern: Everyday Inventions, p. 111.
Fig.11 - Catálogo de luminárias da Manhattan ElectricSupplyCampany,
1890-1900.
Fig.12 - Catálogo de luminárias da Manhattan ElectricSupplyCampany, 1890-
1900.
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O designer italiano Joe Colombo20 (1930-1971) desenvolveu a série de luminárias domésticas AlogenaFig.13
em 1970, que foi
uma das primeiras luminárias a introduzir e explorar o potencial das lâmpadas de halogéneo de baixa tensão. As luminárias Alogena
têm vindo a ser produzidas pela empresa italiana Oluce, com o nome de Colombo, desde 197221
O desenvolvimento da lâmpada de descarga de gás néon tem origem por volta de 191022, quando o cientista francês George
Claude (1870-1960) descobriu que um tubo de vidro cheio de néon emitia uma luz vermelha/laranja quando em contacto com uma
corrente eléctrica. Em 191223, surge a primeira aplicação da lâmpada de néon num reclamo luminoso de uma barbearia no bairro
Montmartre da cidade de Paris. Os reclamos luminosos difundiram-se nas ruas das cidades por volta de 1920, mas somente a partir
de 1960 é que os tubos de néon passaram a ser adequados para o uso em espaços interiores domésticos e públicos. Os primeiros
tubos de néon não eram indicados para espaços interiores, pois funcionavam com uma grande intensidade de corrente eléctrica e
emitiam uma luz muito intensa24. Em 1968, Ettore Sottsass25 concebeu o candeeiro AsteróideFig.14
usando tubos de néon curvados
como fonte luminosa.
20
Joe Colombo iniciou-se como pintor antes de iniciar uma carreira como designer a partir de 1958. Realizou experiências com novos materiais, como os plásticos, pondo em prática
novas técnicas de fabrico de objectos. Em 1962, Colombo abriu o seu atelier de design em Milão com a finalidade de efectuar projectos na área da arquitectura e do design de interiores. O designer destacou-se por projectar inovadores objectos que incluem luminárias, maçanetas de porta, cachimbos, despertadores, cadeiras, relógios e peças em vidro. Desenhou produtos para empresas como a Kartel, O-Luce, Alessi, Boffi e Flexform. FIELL, Charlotte & Peter – Design Industrial de A-Z., p. 158,159. 21
FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights., p. 31, 478. 22
PENTLAND, Peter; STOVLES, Pennie – The A to Z of Inventions and Inventors, Vol. 4 ,p. 14. 23
Idem. 24
CULLEN, John – The lighting handbook, p.30. 25
Ettore Sottsass estudou arquitectura no Politécnico de Turim e começou a trabalhar como designer para a Olivetti em 1958. Colaborou com o Studio Alchimia e ajudou a criar o
grupo Memphis. Os objectos que desenhou destacavam-se por conter cores complementares e um aspecto formal inovador. FIELL, Charlotte & Peter – Design Industrial de A-Z., p. 486.
Fig.13 - Alogena, c.1970, desenhado por Joe Colombo Fig.14- Asteroide, c.1968, desenhado por EttoreSottsass
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
16
A primeira referência à lâmpada de descarga fluorescente surge num artigo publicado por um físico francês Becquerel
Alexandre (1820-1891), em 1859, que descreve o processo de produção de luz26. Em 1938, a lâmpada de descarga fluorescente é
apresentada pela General Electric27. Esta lâmpada é constituída por um tubo de vidro que no seu interior contém um gás (árgon) e
vapor de mercúrio sob baixa pressão. Quando se regista a passagem de corrente eléctrica nesta atmosfera, o vapor emite luz
ultravioleta. A luz ultravioleta é transformada em luz visível “branca” pelo material fosforescente que reveste internamente o tubo de
vidro. A lâmpada fluorescente demorou bastante tempo até ser comercializada, principalmente devido ao elevado custo de produção
dos seus componentes. Tipicamente, as lâmpadas fluorescentes apresentam um custo de aquisição superior ao das lâmpadas
incandescentes. Porém, apresentam uma relação de eficiência luz produzida/energia consumida, superior à das lâmpadas
incandescentes. A vida média das lâmpadas fluorescentes é também mais longa que a das suas congéneres incandescentes. As
lâmpadas fluorescentes compactas tornaram-se comercializáveis quando a Philips lançou os seus modelosFig.15
em 199428. Devido à
sua dimensão compacta, a lâmpada contém maior durabilidade e menos mercúrio na sua composição.
26
BROWNING, Eve; COLE, David; SCHROEDER, Fred. – op.cit., p. 112. 27
BIJKER, Wiebe – Of bicycles, bakelites, and bulbs: toward a theory of sociotechnical change, p. 200 28
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p. 33
Fig.15 - Lâmpadas compactas fluorescentes Philips, 2000 Fig.16 - Biodomestic, c.2003, desenhado por WillemSluis& Hugo Timmermans
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
17
As lâmpadas incandescentes têm vindo a ser substituídas, nas luminárias interiores, pelas lâmpadas fluorescentes
compactasFig.16
, pois libertam menos energia térmica e produzem menos desperdício energético emitindo a mesma intensidade de
luz.
A iluminação eléctrica atingiu um ponto de viragem importante. Durante um século, a produção de luz efectuada através da
energia eléctrica utilizando um único dispositivo, a lâmpada de incandescência, tem vindo a ser progressivamente e parcialmente
substituído por outros tipos de dispositivos eléctricos energeticamente mais económicos.
O primeiro diodo emissor de luz (LED – light emitting diode), de espectro visível, concebido pelo engenheiro electrotécnico
americano Nick Holonyak Jr. (1928) surge em 1962. Apenas a partir de 2002 é que a intensidade de luz emitida e o custo de aquisição
dos diodos emissores de luzFig.17
tornou acessível e viável a sua aplicação em luminárias.29 O candeeiro de mesa El.E.DeeFig.18
,
destaca-se por conter componentes eléctricos à vista, ou seja, podemos observar a placa verde de plástico que alberga as pequenas
lâmpadas LED e os circuitos eléctricos que permitem o seu funcionamento.
Apesar da evolução dos materiais e tecnologias, conseguimos identificar elementos formais em algumas luminárias
desenhadas no século XIX Fig.11
, XX e XXI que já existiam nos candeeiros de mesa do século XVIIIFig.2 e 3
. Porque razão se mantiveram
estes elementos nas seguintes gerações de luminárias? Muitos candeeiros a óleo e querosene usados nos interiores dos edifícios no
século XVIIIFig.2 e 3
, contêm umquebra-luz cónico para proteger os olhos das pessoas da fonte intensa de luz e para reflectir alguma
29
FIELL, Charlotte & Peter – op.cit., p. 31.
Fig.17 – LED fabricada pela Philips, 2002 Fig.18 - El.E.Dee, c.2001, desenhado por IngoMaurer
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
18
desta luz para o plano horizontal – que normalmente seria uma mesa ou o móvel sobre o qual se encontrava pousado o candeeiro.
Esta mesma solução foi sucessivamente aplicada ao longo dos anos. O quebra-luz transformou-se num componente decorativo,
utilizado para esconder a indesejável forma da lâmpada, e tornou-se num elemento recorrente. Actualmente, ainda podemos
encontrar muitas luminárias, com o típico quebra-luz, instaladas nos interiores dos edifícios e também disponíveis para aquisição.
Conclui-se que ainda se mantém aquela ideia pré-concebida do que consideramos que seja a estruturade uma luminária
(base, lâmpada e quebra-luz). Podemos verificar que, ao longo do tempo, muitas das características formais foram passando de
luminária para luminária, mesmo quando essas características deixam de ser necessárias em termos funcionais. A importância de
desconstruir e reformular o formato de uma luminária foi muitas vezes ignorada, pois para tal seria necessário analisar os conceitos
da metodologia projectual (simplicidade, funcionalidade, objectivo, preocupações ambientais e económicas, justificações) durante o
processo de concepção de uma luminária.
2.2. Tecnologia da Electroluminescência
Este subcapítulo pretende identificar, enquadrar e caracterizar, em termos físicos e históricos, a película
electroluminescente (acthin-film EL) que será utilizada na concepção de uma luminária que será apresentada no terceiro capítulo
desta dissertação.
A electroluminescência (EL)30 consiste num fenómeno em estado sólido em que cristais semicondutores, como o fósforo,
quando excitados por uma corrente eléctrica, emitem energia luminosa.
Existem dois tipos de dispositivos electroluminescentes (EL): os diodos emissores de luz (light emitting diodes) e a
electroluminescência de elevado campo eléctrico (high-field EL).
Os diodos emissores de luz subdividem-se em não orgânicos (LED - light emitting diodes) e orgânicos (OLED – Organic Light
Emitting Diode).
A electroluminescência de elevado campo eléctrico emite luz, devido ao impacto criado pelo elevado campo eléctrico, que
excita os electrões da camada central (centro luminescente) que reagem produzindo energia luminosa. A energia dos electrões é
desencadeada por um elevado campo eléctrico que funciona a 108V/m31, por isso, este tipo de dispositivo é chamado de
electroluminescência de elevado campo eléctrico (high-field). A electroluminescência de elevado campo tem sido aplicada em quatro
categorias de dispositivos: película electroluminescente CA32 (ac thin-film EL); pó electroluminescente CA (ac powder EL); película
electroluminescente CC33(dc thin-film EL); e pó electroluminescente CC (dc powder EL).34
30
A sigla EL significa electroluminescente ou electroluminescência. 31
Fluxo de campo eléctrico 32
CA - Corrente alterna. 33
CC - Corrente contínua. 34
ONO, Yoshimasa A. – Electroluminescent Displays, p.1.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
19
Fig.19- Tipologias da Electroluminescência
(esquema desenhado pela autora)
2.2.1. Características das películas electroluminescentes CA
As películas electroluminescentes apresentam uma longa vida e não libertam calor. Presentemente, a
electroluminescência é o método mais eficiente para converter energia eléctrica em energia luminosa, minimizando o consumo e as
perdas de energia, devido ao calor ou às emissões de radiação ultravioleta, em comparação com outras fontes luminosas.
Consequentemente, os aparelhos electroluminescentes consomem relativamente pouca energia e mantêm uma temperatura
semelhante à temperatura ambiente, numa utilização normal.
Apelícula electroluminescente é um capacitor, ou seja um condensador que armazena energia num campo eléctrico. As
substâncias químicas, como o fósforo, embutidas no meio de duas camadas condutoras do condensador, emitem fotões quando
passam por uma corrente eléctrica alternada. A película electroluminescente é um condensador muito especial, pois uma das placas
condutoras é transparente ou translúcida, permitindo a libertação dos fotões, ou seja a passagem de luz visível para o exterior da
sandwiche.
As películas electroluminescentes são fabricadas através de um processo de impressão de tela, permitindo a produção
simultânea de várias películas. Podem ser produzidas em formato de folha ou em fita contínua. A folha permite ser produzida com
formatos personalizados, e o formato de fita permite obter rolos com comprimentos contínuos até 150m. As fitas
electroluminescentes são hoje maioritariamente utilizadas para efeitos decorativos, marcação de saídas de segurançae iluminação
de presença de degraus de escadas em interiores de edifícios.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
20
Fig.20 - Princípio de funcionamentos das películas EL CA
A película electroluminescente funciona dentro do intervalo de voltagem de 25-200V CA e dentro da frequência de 50-
3.000 Hz. Teoricamente, quanto maior a voltagem e a frequência, maior é a intensidade da luz. Infelizmente, quanto maior é a
frequência mais curta é a vida útil da película. A película, no final da sua vida útil, não deixa de emitir luz, registando-se, sim, uma
severa redução da luminância. Para além das condições eléctricas, a vida útil é determinada pela deterioração do fósforo que é
degradado por impurezas (principalmente vapor de água).
A gama de cores da luz produzida pelas películas electroluminescentes é limitada. Os fósforos têm como base o sulfureto
de zinco, combinado com diferentes elementos de activação. As películas com uma maior eficiência são as que emitem uma luz azul-
verde, as restantes (verde, branca e branca-rosa) emitem uma luz com uma intensidade inferior. Aluminância da película que emite
luz azul-verde atinge 96Cd/m2 quando funciona a 140V por 800Hz, enquanto que a de luz branca regista 40Cd/m2 quando funciona a
130V por 760HZ.
As películas electroluminescentes não são dispositivos de alta luminosidade. As suas vantagens encontram-se na sua fina
espessura e adequação para aplicações que não podem ser efectuadas por fontes convencionais. As folhas electroluminescentes
podem ter aproximadamenteum milímetro de espessura.
Estas películas são caracterizadas por não emitirem calor. Quando estão em funcionamento, a dissipação térmica típica é
de 6mWt/cm2, ou seja, a temperatura da película nunca ascende além de poucos graus acima da temperatura ambiente. O intervalo
de temperatura ambiente de funcionamento abrangedesde -40ºC a mais de 100ºC.35
Alguns fabricantes disponibilizam equipamentos que variam a frequência de operação da corrente eléctrica (HZ) com o
objectivo de conseguir a produção de uma luz mais uniforme durante a vida útil da lâmpada. Isto é feito através da detecção de
alterações da potência da lâmpada e, à medida que vai envelhecendo, vai aumentando a frequência para compensar a degradação do
rendimento luminoso. A vida útil das películas electroluminescentes CA varia muito de acordo com o formato e as aplicações,
podendo funcionar entre 20 000 a 50 000 horas.
35
SIMPSON, Robert S. – Lighting control-technology and applications, p.151, 152.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
21
2.2.2. Evolução dos dispositivos electroluminescentes
Os primeiros indícios da electroluminescência foram observados pelo Capitão Henry Joseph Round (1881-1966) em 1907.
Round observou uma luz amarela que foi produzida quando a corrente passou por um químico, o carboneto de silício (SiC).36
Em 1923, Oleg Losev (1903-1942) do Laboratório de Rádio Níjni Novgorod da União Soviética observou a
electroluminescência em cristais de carboneto de silício.37
Na mesma década, B. Gudden (s.d.) e Robert Pohl (1884-1976) realizaram experiências com fósforos compostos por
sulfureto de zinco e cobre (ZnS: Cu). Os dois físicos do Instituto Physikalisches da Universidade do Göttingen na Alemanha,
descreveram que a aplicação de um campo eléctrico sobre fósforos aumentou o brilho libertado.38
A electroluminescência de elevado campo eléctrico, como fenómeno de criação de luz não térmica (por oposição à
incandescência, fluorescência e queima de combustíveis), que resulta da aplicação de um potente campo eléctrico sobre uma
substância, foi observada, em 1936, por Georges Destriau39 (s.d.), um físico francês. Destriau descobriu que a emissão de luz surge
quando é aplicado um elevado campo eléctrico sobre o composto de sulfureto de zinco40 (ZnS). O físico observou a emissão de luz, a
partir de uma camada de pó de fósforo ZnS envolvida por um isolador e entre dois eléctrodos, quando aplicada uma corrente
alternada de alta tensão.
Durante o período que compreende o final dos anos de 1950 e o início dos anos de 1960, foram desenvolvidos estudos
básicos sobre pó electroluminescente submetido a uma corrente alternada, com objectivo de criar fontes de luz com espessura fina
para aplicação em luminárias de parede. Desenvolveram-se para serem aplicados na retro-iluminação de dispositivos que podiam
ser pequenos ou até atingir a dimensão de paredes. Concluiu-se que este tipo de dispositivo electroluminescente apresentava
limitações relevantes enquanto fonte de luz, ou seja, gerava pouca intensidade lumínica e degradava-se significativamente num
pequeno espaço de tempo (~500 horas).
No final da década de 1950, foram fabricadas as primeiras películas electroluminescentes alimentadas por corrente
alternada. Em 1960, os cientistas N.A. Vlasenko (s.d.) de e Yuri A. Popkov (s.d.) observaram que as películas electroluminescentes CA
de sulfureto de zinco, combinadas com manganês41 (ZnS:Mn), quando sujeitas a um campo eléctrico, emitem uma luz com maior
luminosidadedo que os dispositivos de pó electroluminescente CA. Nesta época, apesar da sua qualidade lumínica, as películas
electroluminescentes CA eram ainda inadequadas para iluminar ecrãs/mostradores.
Em 1960, os esforços de desenvolvimento voltaram-se essencialmente para as películas electroluminescentes CA, devido
ao aparecimento do moderno processo tecnológicode produção de películas finas. Um passo importante foi também dado, em 1967,
por M.J. Russ (s.d.) e D.I.Kennedy (s.d.), quando introduziram duplas camadas isolantes nas películas electroluminescentes CA, que
36
KRICKA, Larry J. – Optical Methods : A Guide to the “escences”, p.51 37
TURNBULL, David; SEITZ Frederick – Solid State Physics, p.96 38
Idem, p.155 39
Idem, p.96 40 Sulfureto de zinco é uma combinação de enxofre com um elemento químico, neste caso, o zinco que é um composto químico que se apresenta em forma de pó ou cristal de cor
branca a amarelada. Encontra-se na forma mais estável cúbica, sendo também conhecido como o mineral esfalerita ou blenda. 41 Manganês é um metal com uma coloração branco acinzentado semelhante ao ferro.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
22
ainda se mantém como a configuração-tipo das películas actuais. A importância desta descoberta não foi, no entanto, imediatamente
reconhecida.
Em 1968,D. Kahng (s.d.) reportou que obteve luz numa película electroluminescente através da excitação das moléculas de
fluoreto de terras raras42, utilizadas como substâncias luminescentes centrais. Kahng baptizou este princípio como Lumocen
(centros de luminescência molecular), que alegadamente permitia produzir películas electroluminescentes com boa luminância e
durabilidade. No entanto, o desempenho destes dispositivos manifestou-se insatisfatório.
Em 1974, Toshio Inoguchi e seus colegas da Sharp Corporation (Japão) desenvolveram uma película em que a luminosidade
era aproximada de 3.400 cd/m2, utilizava uma frequência de 5 kHz e funcionava durante mais de 10000 horas. Esta película
electroluminescente CA emitia uma luz laranja/amarela utilizando uma estrutura de sulfureto de zinco combinado com manganês
(ZnS:Mn) com uma dupla camada de isolante. Contudo, registaram-se problemas de estabilidade que impediram a sua aplicação fora
do meio laboratorial.43
Em 1983, a Sharp desenvolve a primeira produção em série de películas electroluminescentes para aplicar na iluminação e
sinalização de equipamentos de escritório.44
As películas de electroluminescência CA, compostas por sulfureto de zinco combinado com manganês (ZnS:Mn), foram
aperfeiçoadas e começaram a ser produzidas num formato rectangular de 6 polegadas na diagonal (152,4mm), sendo aplicadas para
iluminar ecrãs monocromáticos.
Na década de 1980, os produtos introduzidos no mercado que utilizavam películas electroluminescentes CA (compostas por
sulfureto de zinco combinado com manganês - ZnS:Mn) para iluminação de ecrãs rectangulares com 9 polegadas na diagonal
(228,6mm), demonstraram que a tecnologia da electroluminescência estava pronta para novas aplicações, por isso registaram-se
novos interesses por parte de diferentes áreas do mercado. Estas películas consumiam cerca de 10-15W com uma luminância
aproximada de 100cd/m2. Desde então, a maioria das películas de electroluminescência AC têm sido aplicadas em produtos
industriais, e progressivamente surgiu o interesse dos fabricantes de computadores em aplicar esta tecnologia para iluminação dos
ecrãs de monitores.
Na década de1990, as películas electroluminescentes CA disponíveis já eram fabricadas em diferentes tamanhos até 9
polegadas na diagonal (228,6mm). O objectivo principal era, então, produzir películas de electroluminescentes CA com cor, o que
conduziu ao combinar de elementos químicos que emitissem luz de três cores primárias, ou seja, vermelho, verde e azul. Os estudos
de tecnologias e materiais foram iniciados por Kahng e seus colegas.
O desenvolvimento de películas electroluminescentes que emitissem luz com outras cores dependia do material base, o
sulfureto de zinco (ZnS), combinado com diferentes centros luminescentes. Foi possível desenvolver películas electroluminescentes
que emitissem luz verde, azul e vermelha (cada película produz uma cor e cada cor utiliza o sulfureto de zinco combinado com um
centro luminescente diferente).
As películas EL azul e vermelha obtiveram uma eficiência e luminescência semelhante às da película EL (sulfureto de zinco
combinado com manganês - ZnS:Mn) que transmite uma luz amarelada. As películas de EL de emissão verde compostas de sulfureto
42 Sulfureto de terras raras consiste na combinação do enxofre com um elemento químico, que pertence ao grupo de metais de terras raras e que faz parte da tabela periódica. Os
metais de terras são: Érbio, Túlio, Itérbio, Lutécio, Escândio, Ítrio, Lantânio, Cério, Praseodímio, Neodímio, Promécio, Samário, Európio, Gadolínio, Térbio, Disprósio, Hólmio 43
ONO, Yoshimasa A. – op.cit., p.1, 3,4 44
http://www.sharp-world.com/corporate/info/his/h_company/1980_1984/ (consultado:10-2-2010)
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
23
de zinco com fluoreto de túlio45 (ZnS:TmF) demonstraram emitir uma luz com maior intensidade lumínica. Desenvolveram-se películas
que emitem uma luz mais branca utilizando sulfureto de estrôncio (SrS) e o sulfureto de cálcio (CaS).46
2.2.3. Películas electroluminescentes da Empresa Plastolight ®
As películas electroluminescentes da Empresa Plastolight®47Fig.21são dispositivos com uma longa vida útil, sendo que a
electroluminescência é o método mais eficiente que converte energia eléctrica em energia luminosa. As películas
electroluminescentes CA emitem luz quando são submetidas a um campo eléctrico gerado pela passagem de uma corrente eléctrica
de voltagem e frequências adaptadas à composição das películas. Estas películas electroluminescentes necessitam de um
transformador que ajusta a corrente (fornecida pela empresa de distribuição eléctrica) de forma a adaptar a voltagem e frequência
necessárias para o seu funcionamento.
A empresa Plastolight® disponibiliza dois tipos de transformadores.
As películas electroluminescentes da Plastolight® funcionam com um transformador (Plastolight® Converter ModuleFig.22
)
que permite ligar e desligar a emissão de luz, modificar a voltagem (0-150V) e a frequência (200-800HZ), adicionar efeitos de
intermitência na luz emitida e regular a velocidade dessa intermitência. As dimensões deste transformador são de 180 mm de
comprimento, 80 mm de largura e 40 mm de altura. Várias películas electroluminescentes podem ser ligadas ao mesmo
transformador desde que a energia total necessária para as alimentar esteja dentro das capacidades do aparelho (máximo de 45W).
45 Fluoreto de túlio é um composto de flúor formado com o elemento químico túlio, que é um metal de terras raras. 46
ONO, Yoshimasa A. – op.cit., p.4, 5, 6 47
A utilização dos componentes fabricados pela empresa Plastolight® deve-se ao facto de ter disponibilizado informação técnica sobre os seus produtos para este estudo. Contribuiu
ao disponibilizar com uma amostra de uma fita electroluminescente e poderá apoiar no fabrico das películas electroluminescentes necessárias para o funcionamento da luminária que será projectada na parte prática deste trabalho.
Fig.21 - EL-Lamp Plastolight®
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
24
As películas electroluminescentes com uma superfície de iluminação reduzida podem funcionar utilizando um pequeno
transformadorFig.23
(35mm x 30mmx 20mm) alimentado por uma pilha alcalina de 9V. Estetransformador pode alimentar uma
película electroluminescente com uma área máxima de 20000mm2. Funciona a 600HZ e transforma 9V CC para 130V CA, permitindo
emitir luz intermitente.
A intensidade lumínica da luz emitida depende da dimensão e da cor das películas electroluminescentes (varia
aproximadamente entre 10 a 100cd/m2). O transformador que transmite corrente eléctrica alternada às películas
electroluminescentes é configurado de acordo com a dimensão da película e a sua aplicação.
Quanto maior for a área das películas, menor é a intensidade da luz emitida. Contudo, o transformador permite aumentar a
voltagem e a frequência aumentandoa intensidade da luz, mas este aumento diminui tempo de vida útil da película
electroluminescente.
O consumo de energia das películas electroluminescentes da Plastolight® depende da dimensão da área iluminada, pois
quanto maior for a área, maior o consumo de energia eléctrica. Em média, um 100mm2 de área iluminada consome 5 a 10mW de
energia.
As películas electroluminescentes da Plastolight® são produzidas através de um processo de impressão serigráficaFig.24
,
permitindo produzir simultaneamente múltiplas películas.
Fig.22 - Transformador Plastolight® Fig.23 - Pequeno transformador e amostra de uma fita electroluminescente da
Plastolight®
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
25
Fig.24 - Imagens de algumas etapas do processo produtivo das películas electroluminescente da Plastolight®
Características Técnicas
Películas EL de alta voltagem da Plastolight®
Voltagem (Tensão) /Frequência 220V / 50Hz
Potência de uso 1 – 5mW/cm2
Resistência dieléctrica 500V
Espessura mínima 0.25mm
Raio de curvatura mínimo da película 4.0mm
Tolerância dimensional ±0.25mm
Temperatura de Armazenamento -40ºC até 90ºC
Temperatura de Funcionamento -25ºC até 90ºC
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
26
Tempo de vida útil Superior a 50000 horas
Luminância (80V 600-800Hz) 5-10 cd/m2 ±5%
Películas EL de média voltagem da Plastolight®
Voltagem (Tensão) /Frequência 70-115V AC / 400-800Hz
Potência de uso 1 – 50mW/cm2
Resistência dieléctrica 180V
Espessura mínima 0.25mm
Raio de curvatura mínimo da película 4.0mm
Tolerância dimensional ±0.25mm
Temperatura de Armazenamento -40ºC to 90ºC
Temperatura de Funcionamento -20ºC to 50ºC
Tempo de vida útil Superior a 20000 horas
Luminância (80V 600-800Hz) 40 cd/m2 ±5%
Películas EL de baixa voltagem da Plastolight®
Voltagem (Tensão) /Frequência 25-35V / 600-800Hz
Potência de uso 1 – 50mW/cm2
Resistência dieléctrica 60V
Espessura mínima 0.25mm
Raio de curvatura mínimo da película 4.0mm
Tolerância dimensional ±0.25mm
Temperatura de Armazenamento -40ºC to 90ºC
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
27
Temperatura de Funcionamento -25ºC to 90ºC
Tempo de vida útil Superior a 30000 horas
Luminância 15 cd/m2 ±5%
Características técnicas em função da área e da cor da película
Área da película 25cm2 50cm2 100cm2 150cm2 200cm2
Verd
e
Luminosidade
Potência
Tensão
Frequência
75 cd/m2
360mW
140V
640Hz
52 cd/m2
480mW
120V
540Hz
33 cd/m2
620mW
100V
450Hz
23 cd/m2
750mW
90V
400Hz
19 cd/m2
840mW
80V
350Hz
Azul
-Ver
de
Luminosidade
Potência
Tensão
Frequência
96 cd/m2
410mW
140V
800Hz
71 cd/m2
520mW
120V
590Hz
45 cd/m2
720mW
100V
450Hz
34 cd/m2
850mW
90V
410Hz
26 cd/m2
980mW
80V
360Hz
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
28
Bran
co-R
osa
Luminosidade
Potência
Tensão
Frequência
87 cd/m2
350mW
140V
640Hz
66 cd/m2
450mW
120V
540Hz
45 cd/m2
600mW
105V
440Hz
34 cd/m2
720mW
95V
390Hz
26 cd/m2
820mW
90V
360Hz
Bran
co
Luminosidade
Potência
Tensão
Frequência
40 cd/m2
380mW
130V
760Hz
27 cd/m2
470mW
115V
570Hz
17 cd/m2
620mW
100V
440Hz
13 cd/m2
740mW
90V
380Hz
10 cd/m2
840mW
80V
340Hz
Ao analisar esta tabela pode-se concluir que a película electroluminescente que emite luz branca é aquela que tem uma
luminosidade mais baixa, e que em todas as películas, quanto maior for a sua dimensão, menor é a intensidade luminosa da luz
emitida.
2.2.4. Aplicações da Tecnologia da Electroluminescência
Depois de se identificar as características técnicas e a evolução das películas electroluminescentes, pretende-se
identificar produtos e aplicações onde têm sido aplicadas como fontes luminosas.
A tecnologia da electroluminescência tem sido adoptada na retro-iluminação de painéis informativosFig.25
e
publicitáriosFig.26
, ecrãs/mostradores de telemóveis, teclas de comandos Fig.27
, mostradores de relógios, displays de
automóveisFig.28
.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
29
Fig.25 – Painel informativo de um aquário Fig.26 – Painel publicitário
Fig.27 – Comando com teclas retro-iluminadas
Fig.28 – Display de automóvel
Esta tecnologia tem sido também usada na iluminação interior utilizando a própria intensidade e luminosidade da luz como
aspecto decorativo, de forma a criar um ambiente personalizado. Este tipo de funcionalidade da electroluminescência pode-se
observar na iluminação de prateleiras de vidro, aplicações nas paredes e mobiliárioFig.29-31
.
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
30
Fig.29 – Prateleiras Fig.30 – Mesa
Fig.31 – Sala de estar
A tecnologia da electroluminescência tem sido também aplicada como luz de presença e de segurança em locais públicos
escuros como cinemas e teatrosFig.32
. Surge como iluminação em espaços como os corredores de hotéis e exposições Fig.33 e 34
.
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31
Fig.32 – Iluminação de escadas Fig.33 – Corredor de Hotel
Fig.34 – Instalação expositiva
As películas de electroluminescência podem ser aplicadas em particular sobre uma superfície de um objecto para
melhorar a acuidade visual durante a sua utilização, isto é, quando a luz emitida por uma luminária de tecto, responsável pela
iluminação do espaço, não é suficientemente eficaz para a realização de tarefas específicas. Um exemplo disto é a necessidade de
uma iluminação particular na zona de confecção de alimentosFig.35
que, devido aos armários superiores recebe menos luz, isto
quando as fontes luminosas da cozinha são apenas aplicadas no tecto.
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32
Fig.35 – Cozinha
A electroluminescência surge aplicada em sistemas de iluminação como o NestFig.36
desenhado por Yves Béhar para
Swarovki, projecto que se inspirou no tradicional castiçal, que combina o antigo cristal com a recente tecnologia da
electroluminescência48, e aparece ainda aplicada no EL SphereFig.37
, que é composto por um fio electroluminescente e tubos de
acrílico transparente que juntos criaram uma esfera tridimensional luminosa, que foi desenhada por Tuukka Halonen (s.d.) e é
produzido à mão na Finlândia.49
As películas electroluminescentes, que são películas flexíveis que emitem luz, podem trazer maior mobilidade, alterando
radicalmente a aparência visual do desenho das luminárias.
48
Para uma informação mais detalhada sobre o sistema Nest consultar o site: http://www.fuseproject.com/category-5-product-15 (consultado: 30-6-2010) 49
RUDGE, Geraldine & Ian – 1000 interior details for the home and where to find them, p.281
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33
Segundo os exemplos de aplicações de películas, fitas e fios electroluminescentes, referidos ao longo deste capítulo,
podemos concluir que a tecnologia da electroluminescência pode ser utilizada em circunstâncias em que as outras fontes luminosas
dificilmente podem ser aplicadas, ou se fossem aplicadas iriam alterar completamente as dimensões dos objectos. Podemos
compreender que a espessura das películas electroluminescentes é realmente uma vantagem quando se destina a retroiluminar
ecrãs, teclas de comandos ou painéis, pois permite que esses produtos obtenham uma dimensão e espessura muito reduzidas. O
facto das películas electroluminescentes manterem uma temperatura semelhante à temperatura ambiente, durante o seu
funcionamento, permite que contenham materiais de revestimento em contacto com a sua superfície, e não seja necessário criar um
espaço para a refrigeração da fonte de luz. Estas películas adequam-se à iluminação de segurança dos espaços interiores, pois
apresentam intensidade lumínica baixa, ao mesmo tempo que consomem pouca energia eléctrica. Devido à espessura e à limitada
intensidade luminosa das películas electroluminescentes, estas têm sido utilizadas para decoração, como iluminação de segurança e
para complementar a iluminação de ambientes interiores. Compreende-se que as películas electroluminescentes não são adequadas
para a iluminaçãode espaços de trabalho, pois necessitam sempre de um outro tipo de fonte luminosa (lâmpada fluorescente, por
exemplo), que emita uma luz intensa.
Fig.36 – Nest, 2004
Fig.37 – EL Sphere, s.d.
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34
2.3. Fontes de Iluminação Artificial
O presente subcapítulo pretende enumerar e analisar sucintamente as características das fontes de iluminação artificiais
existentes no mercado e que sejam indicadas para aplicações em espaços interiores. A recolha desta informação servirá para que se
compreendam as vantagens e desvantagens das películas electroluminescentes CA em comparação com as restantes fontes
luminosas.
As fontes de iluminação artificial podem ser classificadas com base no seu método de funcionamento:
- Lâmpadas de incandescência em que a emissão de luz é gerada através de um filamento de tungsténio que atinge a incandescência
quando se regista a passagem da corrente eléctrica;
- Lâmpadas de descarga em que a corrente eléctrica passa entre dois eléctrodos o que provoca a excitação entre os electrões e os
átomos de gás, e que, consequentemente, libertam energia em forma de radiação;
- Fontes luminosas electroluminescentes sendo que a electroluminescência consiste num fenómeno em estado sólido em que cristais
semicondutores, como o fósforo, emitem energia luminosa quando entram em contacto com um campo eléctrico.
2.3.1. Lâmpadas Incandescentes
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35
Lâmpadas incandescentes com filamento de tungsténio
As lâmpadas de incandescência são dispositivos que transformam energia eléctrica em energia luminosa e térmica. Esta
transformação processa-se quando uma corrente eléctrica passa através de um filamento metálico de tungsténio que reage
produzindo uma luz incandescente, branca, ligeiramente amarelada. Para evitar que o filamento oxide, este é colocado numa ampola
de vidro sob vácuo ou contendo um gás inerte (frequentemente um mistura de nitrogénio e árgon). O filamento aquece rapidamente e
a partir dos 900ºC atinge a incandescência, e mantém uma temperatura de funcionamento que ronda os 2500-2700ºC, produzindo
um fluxo luminoso e brilhante com a sua típica cor branca. A temperatura de cor do filamento de tungsténio é de aproximadamente
3000K, pelo que as lâmpadas incandescentes têm a temperatura de cor que varia entre 2900-3000K, aproximadamente.
As lâmpadas incandescentes têm uma vida útil curta, pois durante a utilização regista-se a evaporação dos átomos de
tungsténio do filamento oque provoca a redução da sua espessura até se partir e, consequentemente, a lâmpada deixa de funcionar.
Actualmente, a lâmpada de incandescência atingiu uma eficiência de aproximadamente 14lm/W.50Contudo, a eficácia luminosa da
lâmpada incandescenteé menor em comparação com a da lâmpada fluorescente, que consegue produzir entre 60 a 105lm/W. A
lâmpada incandescente, que consome 60W etransmite um fluxo luminoso de aproximadamente 710Lm,pode ser substituída por uma
lâmpada fluorescente que consome apenas 14W e que emite um fluxo luminoso de 760Lm, ou seja, podemos substituir uma lâmpada
incandescente por uma lâmpada fluorescente que consome muito menos e que produz sensivelmente a mesma intensidade lumínica.
Actualmente, as lâmpadas incandescente são fabricadas em diferentes formatos, potências e características adaptadas a
diversas aplicações. Os principais tipos são: a lâmpada de ampola transparente que durante bastantes anos foi a mais utilizada
devido ao seu baixo custo; as lâmpadas de ampola fosca; as lâmpadas com reflector que são menos resistentes às mudanças de
temperatura e as lâmpadas de formato especial.
50
Quanto a informações técnicas sobre lâmpadas incandescente veja-se : GARDNER, Carl; HANNAFORD, Barry – Lighting Design: an introductory guide for professionals, p. 15; cf
DEURSEN, Theo van – As bases da luz e da iluminação, p.20.
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36
Fig.38 - Lâmpadas incandescentes
Lâmpada incandescente de halogéneo
As lâmpadas incandescentes de halogéneo resultam das várias experiências efectuadas para evitar a evaporação do
filamento de tungsténio existente nas lâmpadas de incandescência convencionais.
As lâmpadas de halogéneo contêm, no interior da ampola de vidro, halogéneo e átomos de tungsténio que, devido ao uso, se
evaporam do filamento. A cápsula de vidro contem uma temperatura interior que ronda os 250ºC o que obriga a circulação e
separação do composto de tungsténio-halogéneo. O calor provoca a evaporação dos átomos do halogéneo que se misturam com os
átomos de tungsténio que se libertam do filamento. O composto de halogéneo e tungsténio influência o restabelecimento dos átomos
tungsténio no filamento (com uma temperatura de 2800-3000ºC) e quando os átomos de tungsténio regressam ao filamento,
regista-se a separação dos átomos de halogéneo que recomeçam o ciclo regenerativo. O ciclo criado pelo halogéneo não pode
assegurar sempre a recolocação de cada molécula do filamento no seu lugar original, por isso este procedimento não é
completamente eficaz e a lâmpada incandescente de halogéneo eventualmente deixará de funcionar. Quanto mais alta é a
temperatura, mais branca é a luz e a sua temperatura de cor varia aproximadamente entre os 2700-3200K. Estas lâmpadas
incandescentes de halogéneo têm uma vida consideravelmente mais longa que as lâmpadas incandescentes normais, geralmente com
duração de até duas ou três vezes mais tempo (2000-3000 horas).
Existem vários tipos de lâmpadas de halogéneo: as de baixa tensão e as de alta tensão que se podem apresentar em forma
de cápsula Fig.39
ou de lâmpadas reflectoras Fig.40
.
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37
Fig.39- Lâmpadas de halogéneo transparentes de baixa tensão Fig.40 - Lâmpadas de halogéneo com reflector de baixa pressão
As lâmpadas de halogéneo de baixa tensão, transparentes, (6, 12, 24V) são feitas de quartzo, caracterizam-se pelo seu
tamanho reduzido em forma de ampola. A sua vantagem encontra-se no facto de ser compacta, ter maior durabilidade que as
lâmpadas incandescentes (3000 horas ao invés de 1000), ter mais 50% de eficiência luminosa que as lâmpadas incandescentes da
mesma potência.
As lâmpadas de halogéneo de baixa tensão com reflector (6, 12, 24V), que são comercializadas com potências de 10W a
100W, são construídas com reflector prateado ou dicróico. O reflector dicróico permite restringir sensivelmente a radiação
infravermelha dirigida para os objectos iluminados. O reflector destas lâmpadas é composto por substâncias (óxido de titânio e
dióxido de silício) que reflectem apenas a radiação visível e são transparentes à radiação infravermelha.51 À semelhança das
lâmpadas incandescentes regulares e das de descarga, as de halogéneo libertam calor durante o seu funcionamento.
Desvantagens das lâmpadas incandescentes em relação às películas electroluminescentes:
- Vida útil mais curta - as lâmpadas incandescentes funcionam cerca de 3 000 horas enquanto que as electroluminescentes podem
funcionar 50 000 horas;
- Maior consumo de energia eléctrica - as lâmpadas incandescentes consomem entre 5-2000 W enquanto que as películas
electroluminescentes apenas consomem entre 1-50mW/cm2 durante o seu funcionamento.
- Produzem energia térmica durante o seu funcionamento.
Vantagens das lâmpadas incandescentes em relação às películas electroluminescentes:
- Maior eficiência energética - as lâmpadas incandescentes (5-27 lm/W) produzem uma luz mais intensa que as películas
electroluminescentes (0,1 lm/W por cm2);
- Baixo custo de produção;
51
Quanto a informações técnicas sobre lâmpadas de halogéneo veja-se: BENTHAM, Frederick – The art of stage lighting, p.82; cf. DEURSEN, Theo van – op.cit., p.21; c.f BONOMO, Mario –
Teoria e tecnica dell’illuminazione d’interni, p.80-82.
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38
2.3.2. Lâmpadas de Descarga
A lâmpada de descarga de gás funciona através da passagem da corrente eléctrica entre dois eléctrodos colocados nos
extremos opostos de um tubo de vidro. Registam-se colisões entre os electrões e os átomos de gás que, quando excitados, atingem
grandes níveis de energia. Quando os átomos regressam ao seu estado natural libertam energia em forma de radiação.52 Este
processo não é instantâneo e para atingir o nível ideal de ionização pode demorar entre um segundo a vários minutos, dependendo do
tipo de lâmpada.
Todas as lâmpadas de descarga são compostas por três elementos principais: o gás que, quando excitado, emite luz num
determinado comprimento de onda, o sistema que despoleta a descarga e um mecanismo de controle que limita o fluxo de energia. A
maioria das lâmpadas de descarga têm um segundo tubo de vidro envolvendo o tubo de gás, para protegê-lo da mudança de
temperatura, humidade e danos mecânicos. As lâmpadas de descarga são mais volumosas, mais complexas e mais dispendiosas que
as incandescentes, mas pelo facto de não conterem filamentos frágeis, tendem a ser mais robustas.
A maior vantagem das lâmpadas de descarga em comparação com as incandescentes é a sua eficiência. As de descarga
produzem mais lúmens por watt, têm uma longa vida útil, e produzem menos energia térmica que as incandescentes. A desvantagem
das lâmpadas de descarga reside no facto de que a partir de um certo período da sua vida útil se regista uma quebra na intensidade
da luz emitida. As lâmpadas de descarga têm outra limitação que consiste na posição de funcionamento, pois muitas só funcionam
eficientemente numa posição específica. Estão disponíveis em vastos níveis de potências (4W-2500W), eficiências e cores,
dependendo do tipo, e a restituição cromática varia entre pouca a boa qualidade, mas mantêm-se abaixo da qualidade registada pelas
lâmpadas incandescentes.53
Existem no mercado várias tipologias de lâmpadas de descarga com diversas características dependendo da sua forma, do
gás utilizado e da dimensão do arco de descarga. Os dois grupos principais são:
- lâmpadas de descarga de baixa pressão, como as lâmpadas de baixa pressão de sódio, lâmpadas fluorescentes e de cátodo
frio(néon);
- lâmpadas de descarga de alta pressão, como as lâmpadas de descarga de sódio e mercúrio.
52
Quanto a informações técnicas sobre lâmpadas de descarga veja-se: DEURSEN, Theo van – op.cit., p.21 53
Quanto a informações técnicas sobre lâmpadas de descarga veja-se: GARDNER, Carl; HANNAFORD, Barry – op.cit., p. 23, 24.
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39
Lâmpada fluorescente
As lâmpadas fluorescentes são lâmpadas de descarga de vapor de mercúrio de baixa pressão, constituídas por um tubo de
descarga em que o seu revestimento interior é composto por fósforos que transformam a radiação ultravioleta emitida pela
descarga do mercúrio em radiação visível. Estas lâmpadas estão disponíveis em várias gamas de cores devido à existência de
diversos tipos de fósforos. A mistura dos fósforos que revestem o tubo determina a qualidade da cor da luz emitida, que varia de fria
a quente e de fraca a óptima reprodução de cores. No entanto, como em todas as lâmpadas de descarga, a radiação (cor) tende a ser
emitida em picos do espectro, por isso, a qualidade da luz nunca é tão eficaz como a das lâmpadas incandescentes.
Actualmente, existem lâmpadas fluorescentes com várias morfologias, desde tubos de 150 mm até 2400 mm de
comprimento, tubos circulares, até versões compactas com duas ou mais dobras. As potências de funcionamento disponíveis variam
desde 5 watts até 165 watts.
Uma das vantagens das lâmpadas fluorescentes é a sua duração, pois tem uma longa vida útil (8000 horas) e a luz
produzida vai desde os 60 até os 105 lúmenes por watt.
Porem a longa vida das lâmpadas fluorescentes apresenta uma desvantagem: a lâmpada, na etapa final da sua vida, produz
uma luz menos intensa, desviando-se dos níveis de eficiência lumínica inicialmente registados. As lâmpadas devem ser substituídas
antes de chegarem ao fim da sua vida útil.
Algumas lâmpadas compactas só atingem a sua máxima eficiência quando trabalham numa determinada posição, sendo também
susceptíveis ao calor e ao frio, devendo trabalhar a uma temperatura ambiente de 20ºC.54
Fig.41 - Lâmpadas fluorescentes
Desvantagens das lâmpadas fluorescentes em relação às películas electroluminescentes:
- Vida útil mais curta - as lâmpadas fluorescentes funcionam cerca de 24 000 horas, enquanto que as electroluminescentes podem
funcionar 50 000 horas;
54
Quanto a informações técnicas sobre lâmpadas fluorescente veja-se: GARDNER, Carl; HANNAFORD, Barry – op.cit., p. 21, 22, 23; cf. DEURSEN, Theo van – op.cit., p.22,23
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40
- Maior consumo de energia eléctrica - as lâmpadas fluorescentes consomem entre 5-80W, enquanto que as películas
electroluminescentes apenas consomem entre 1-50mW/cm2 durante o seu funcionamento.
- Produzem energia térmica durante o seu funcionamento.
Vantagens das lâmpadas fluorescentes em relação às películas electroluminescentes:
- Maior eficiência energética: as lâmpadas fluorescentes (50-105lm/W) produzem uma luz mais intensa que as películas
electroluminescentes (0,1 lm/W por cm2);
- As lâmpadas fluorescentes apresentam um custo muito mais baixo que as películas electroluminescentes, apesar das
incandescentes conterem um custo ainda mais baixo.
Cold Cathode (Néon)
A lâmpada de cátodo frio (cold cathode) é uma das formas de lâmpada de descarga de baixa pressão que funciona a partir da
descarga de tensão (normalmente 4000-5000V) entre dois eléctrodos. A lâmpada é formada por um tubo composto por um gás e é
no seu interior que actua o campo eléctrico que provoca uma descarga que influência a produção de energia luminosa. Estas
lâmpadas podem utilizar dois tipos de gases: o árgon, que produz uma luz que abrange a área azul e verde do espectro, e o néon que
produz uma luz que abrange a área vermelha e alaranjada do espectro.
Estas lâmpadas tubulares encontram-se disponíveis numa ampla gama de cores e diâmetros (9mm-25mm) e podem ser
moldadas de forma a criar elementos personalizados. As lâmpadas de cátodo frio são frequentemente utilizadas como letreiros
luminosos, sendo também usadas na iluminação de fachadas arquitectónicas e espaços urbanos. Embora seja relativamente barata
de produzir e não envolver grandes quantidades de substâncias perigosas e materiais tóxicos, o facto da maioria das instalações ser
única e personalizada faz incrementar o seu custo.
As lâmpadas de cátodo frio são duradouras (45 000hr), mas exigem pesados e volumosos equipamentos de controlo, e que um
transformador ou dimmer55 seja instalado perto da luminária.
As lâmpadas de cátodo frio de alta voltagem apresentam desvantagens como o facto da intensidade da luz produzida ser baixa e
a existência de cintilação do cátodo. Portanto, não devem ser usadas como fontes de iluminação interior devido ao facto de utilizar
alta tensão a sua instalação necessitar de segurança e atenção especial.56
Existem lâmpadas de néon de baixa voltagem, concebidas para iluminar ambientes domésticos, que funcionam a baixa
intensidade de corrente eléctrica, têm menos brilho que os dispositivos de néon utilizados no exterior e têm transformadores com
dimensões reduzidas. Utilizando o gás néon e árgon combinando com fósforos é possível obter 25 ou mais cores diferentes incluindo
vermelhos, cor-de-rosas, laranjas, azuis brilhante, beges, verdes, amarelos e brancos. Estes equipamentos funcionam a voltagem
muito elevada e, por isso, requerem transformadores, cabos especiais e acessórios. Este tipo de iluminação é muito económico em
termos eléctricos e tem uma grande durabilidade (45 000hr). 57
Desvantagens das lâmpadas de néon em relação às películas electroluminescentes:
55
Dimmer é um dispositivo utilizado para variar a intensidade da luz. Permite a diminuição ou o aumento da tensão e, portanto, um aumento da potência média de uma lâmpada,
controlando a intensidade da luz produzida pela mesma. Um dimmer tem como objectivo aumentar ou diminuir a intensidade luminosa através de um potenciómetro. 56
As informações técnicas sobre as lâmpadas de néon resultam da consulta do livro: GARDNER, Carl; HANNAFORD, Barry – op.cit., p. 28 e 29. 57
Relativamente a informações técnicas sobre as lâmpadas de néon veja-se: CULLEN, John – op.cit., p.30, 31, 32
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
41
- Maior consumo de energia eléctrica - as lâmpadas de néon consomem entre 25-50 W enquanto que as películas
electroluminescentes apenas consomem entre 1-50mW/cm2 durante o seu funcionamento;
- O seu funcionamento depende de equipamentos auxiliares volumosos e pesados.
Vantagens das lâmpadas de néon em relação às películas electroluminescentes:
- Maior eficiência energética - as lâmpadas de néon (73-78lm/W) produzem uma luz mais intensa que as películas
electroluminescentes (0,1 lm/W por cm2);
- As lâmpadas de néon apresentam um custo mais baixo que as películas electroluminescentes, mas mais elevado em comparação
com as lâmpadas fluorescentes.
Fig.42 - Lâmpadas de Néon Fig.43 - Letreiro de Néon
2.3.3. Fontes luminosas electroluminescentes
Diodos emissores de luz
A tecnologia dos diodos emissores de luz (“light emitting diode” - LED) é composta por um semicondutor que emite luz quando
em contacto com a corrente eléctrica. A emissão de luz ocorre durante a transição de estado dos electrões, ou seja, os electrões em
estado de mudança provocam uma descarganos átomos que voltam ao seu estado natural libertando a energia em excesso sobre a
forma de radiação. Os pequenos LEDs são revestidos por uma resina transparente, em que a superfície emissora de luz fica com a
forma e o acabamento apropriado para direccionar o fluxo luminoso da forma desejada. Os LEDs são de tamanho reduzido,
resistentes e têm grande durabilidade (50000 horas). 58
Actualmente, existem diversos produtos que utilizam os LED como fonte luminosa, desde lâmpadas adaptadas aos interiores
domésticos e sistemas que emitem luz com diferentes cores para decoração interiores e exterior a spots de luz para aplicações
técnicas.
Compreende-se que a tecnologia de diodos emissores de luz se encontra em evolução constante e exemplo disso é a Master LED
de 60W (Fig.45 – p. 46), que será lançada no final de 2010, e que consiste numa lâmpada que utiliza a tecnologia LED e cuja
58
As informações técnicas sobre os LED foram obtidos através da consulta do livro: DEURSEN, Theo van – op.cit., p.26
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
42
intensidade da luz será equivalente à da lâmpada incandescente de 60W59. Esta lâmpada fará parte da Linha Master LED da Philips que
actualmente contém uma lâmpada LED que emite um fluxo luminoso equivalente à lâmpada incandescente de 40W.
Fig.44 - Linha Master LED da Philips
Desvantagens das LED em relação às películas electroluminescentes:
- Maior consumo de energia eléctrica – os diodos emissores de luz consomem entre 0,1-3W enquanto que as películas
electroluminescentes apenas consomem entre 1-50mW/cm2 durante o seu funcionamento;
Vantagens das LED em relação às películas electroluminescentes:
- Os diodos emissores de luz apresentam um custo mais baixo que as películas electroluminescentes, mas mais elevado em
comparação com as lâmpadas fluorescentes.
59
http://www.newscenter.philips.com/main/standard/news/press/2010/20100412_light_building.wpd
(Consultado pela última vez: 24-5-2010)
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43
Fig.45 - Master LED 60W da Philips
2.3.4. Características técnicas das fontes luminosas artificiais
Fonte de luz Vida Útil
(hr)
Luminância
(cd)
Eficiência
energética
(lm/W)
Potência (W) Temperatura de
cor (K)
Restituição
Cromática (Ra)
Incandescente e
Halogéneo 1000-3000 5-27 5-2000 2700-3200 100
Fluorescente
15000-
24000 60-105 5-80
2700,3000,4000
, 6500 60-95
Fluorescente
compacta
8000-
10000 50-85 5-165
2700,3000,4000
, 6500 80
Cold Cathode de 45000 73-78 25, 50 2800-6500 - 80
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44
baixa voltagem
LED
20000-
45000 25 0,1-3 3000-8000 +90
EL-lamps
20000-
50000 40 cd/m2 0,1 por cm2 1-50mW/cm2 5000
2.3.5. Análise SWOT das fontes luminosas artificiais
A análise SWOT pretende, de uma forma sucinta, enumerar os pontos fortes, pontos fracos, oportunidades para o futuro e
ameaças para o futuro de cada fonte luminosa artificial, incluindo a electroluminescência, para que seja mais fácil identificar as
vantagens e as desvantagens da electroluminescência face às outras fontes luminosas.
Lâmpada incandescente e de halogéneo
Vantagens Desvantagens
Fact
ores
Inte
rnos
Forças Fraquezas
- Vasta gama de formas, dimensões e voltagens; - Boa reprodução de cores, principalmente as lâmpadas de
halogéneo;
- Produz luz de forma instantânea; - Não necessita de reactor;
- Ineficiente em termos energéticos - Quanto mais voltagem, mais reduzida é a vida da lâmpada.
Fact
ores
Ext
erno
s
Oportunidades Ameaças
- Produção de baixo custo; - Facilmente controlada em termos de distribuição e
quantidade de luz; - Permite o uso de um dimmer, o que pode prolongar a vida útil
da lâmpada.
- A curta vida útil pode aumentar os custos de manutenção e substituição de uma instalação;
- A alta libertação de calor pode aumentar o consumo de ar condicionado e pode ser perigoso se não for vigiado;
- A utilização de um dimmer reduz a sua eficiência.
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45
Lâmpada fluorescente
Vantagens Desvantagens
Fact
ores
Inte
rnos
Forças Fraquezas
- Tem longa vida útil;
- Vasta gama de formas, tamanhos, cores e potências; - Emissão reduzida de calor, principalmente ao nível das
grandes versões;
- O controlo óptico é limitado em tubos de grandes
dimensões; - Demora tempo a atingir a sua máxima intensidade em
ambientes frios; - Algumas versões compactas só atingem a sua máxima
eficiência numa posição específica; - A reprodução de uma qualidade de cor média é apenas
possível em versões de baixo custo;
- Quando utilizada sozinha altera o tom dos objectos, criando um ambiente homogéneo.
Fact
ores
Ext
erno
s
Oportunidades Ameaças
- Eficiente a nível energético;
- Produção e custo relativamente reduzido;
- Fácil manutenção; - Permite uso de dimmer.
- Contém materiais tóxicos o que implica dificuldade ao nível
da sua eliminação.
- Na etapa final da sua vida produz uma luz que se desvia dos níveis económicos inicialmente registados.
Lâmpada cold cathode (néon)
Vantagens Desvantagens
Fact
ores
Inte
rnos
Forças Fraquezas
- Grande variedade de cores e diâmetros;
- Tem longa vida útil; - Baixa temperatura de utilização.
- Necessita de um planeamento cuidadoso da instalação
eléctrica; - Produz luz com baixa luminosidade;
- Apresentam ligeira cintilação da luz.
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46
Fa
ctor
es E
xter
nos
Oportunidades Ameaças
- Pode ser desenvolvida em qualquer formato personalizado.
- Os sistemas personalizados necessitam de grande
investimento capital; - Os sistemas de alta voltagem necessitam de uma instalação
especial e de medidas de segurança; - Necessita de equipamentos auxiliares volumosos e pesados.
LED
Vantagens Desvantagens
Fact
ores
Inte
rnos
Forças Fraquezas
- Têm longa vida útil; - Necessitam de pouca manutenção;
- São resistentes; - Têm tamanho reduzido;
-Existem em varias cores.
- Emitem uma luz com pouca intensidade
Fact
ores
Ext
erno
s
Oportunidades Ameaças
- Consomem pouca energia eléctrica; - Não produzem calor.
Películas electroluminescentes
Vantagens Desvantagens
Fact
ores
Inte
rnos
Forças Fraquezas
- Têm longa vida útil;
- Necessitam de pouca manutenção; - São resistentes;
- Têm espessura inferior a 1mm; - Existem em formatos vários (folha e fita);
- Desligam-se e ligam-se rapidamente;
- Emitem uma luz com intensidade média 5-40cd/m2;
- Apresentam uma gama de cores limitada;
Fact
ores
Exte
rnos
Oportunidades Ameaças
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
47
- Consomem pouca energia;
- Não produzem calor; -Permitem reproduzir e controlar intermitências;
- Necessitam de aparelhos auxiliares de controlo da corrente
eléctrica. - É elevado o custo das películas e do conversor.
As características que valorizam as películas electroluminescentes são: o baixo consumo de energia eléctrica em
comparação com as restantes fontes luminosas artificiais, excepto os diodos emissores de luz (LED); a sua espessura e morfologia
que permite aplicações que não podiam ser feitas com outras fontes luminosas (excepto os LED), como a retroiluminação de painéis
de fina espessura; o facto de terem uma longa vida útil em comparação com as lâmpadas incandescentes e as lâmpadas
fluorescentes compactas; e, tal como os LED, o facto de não produzirem calor durante os seu funcionamento; e, por último, o
conversor que permite reproduzir e regular intermitências e também regular a intensidade da luz.
As películas electroluminescentes apresentam desvantagens em comparação com as lâmpadas incandescentes e
fluorescentes, uma delas consiste no facto de funcionarem numa corrente alternada, portanto necessitam de um conversor que tem
uma morfologia diferente e uma dimensão superior à das películas. Outra desvantagem encontra-se na intensidade da luz emitida
pelas películas electroluminescentes, que tal como os LED, é inferior à intensidade da luz emitida pelas restantes fontes luminosas
artificiais. As películas electroluminescentes têm uma gama de cores limitada, pois apenas se encontram disponíveis em branco,
amarelo, vermelho-rosa, verde, azul, mas esta limitação pode ser facilmente solucionada com uma máscara da cor que se pretende.
Por fim, a última desvantagem encontra-se no alto custo de produção das películas e do conversor.
A natureza “laminar” e a flexibilidade das películas electroluminescentes são características únicas entre as fontes
luminosas eléctricas hoje existentes. Estes são os seus maiores atributos, pois todas os outros podem ser superados pelas fontes
luminosas concorrentes.
Podemos, assim concluir que as películas electroluminescentes apresentam um resultado positivo comparando as
vantagens e desvantagens, sendo que o principal factor que tem influenciado a pouca exploração e aplicação desta tecnologia em
novos produtos encontra-se precisamente no elevado custo das películas electroluminescentes e o facto de produzirem uma luz com
baixa intensidade lumínica.
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3. Desenvolvimento do Projecto
Este capítulo descreve as etapas efectuadas no processo de concepção de uma luminária que utiliza a tecnologia de
electroluminescência como fonte luminosa. O objectivo inicial e principal consiste em desenvolver uma luminária que demonstre as
potencialidades da tecnologia da electroluminescência na área da iluminação de espaços interiores.
3.1 Estudo Prévio
Conceito e tipologia
Devido à baixa intensidade da luz emitida pelas películas electroluminescentes, a luminária em questão tem como objectivo
propor uma iluminação ambiente e de presença para espaços interiores. A luminária poderá ser aplicada em espaços acolhedores e
confortáveis, como por exemplo, as salas de estar, quartos, bares, restaurantes e discotecas, onde a iluminação ambiente tem um
papel importante para a tranquilidade dos seus utilizadores.
Pretende-se introduzir a tecnologia da electroluminescência neste tipo de ambientes, criando luminárias que
proporcionem uma luz ambiente, não muito intensa, e que contribua para o conforto visual normalmente apenas atingidos com a luz
transmitida por lâmpadas incandescentes de baixa intensidade.
O desenvolvimento desta luminária pretende tirar partido das vantagens da tecnologia da electroluminescência tais como:
a intensidade da luz, o facto de não emitir calor, o baixo consumo de energia eléctrica, a longa vida útil, o facto de permitir a
regulação da temperatura de cor e a espessura fina das películas electroluminescentes.
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Pesquisa dos elementos e materiais
O funcionamento seguro de uma luminária que utilize como fonte luminosa as películas electroluminescentes, necessita de
um transformador que ajusta a corrente eléctrica (fornecida pela empresa distribuidora) de acordo com as características
necessárias para o seu funcionamento, e tal como foi referido anteriormente, as películas que iluminem mais de 20000mm2
electroluminescentes necessitam de um transformador de grandes dimensões (Fig.24 – p.25) com 180 mm de comprimento, 80 mm
de largura e 40 mm de altura (dimensões do transformador fabricado pela empresa Plastolight; sendo que o tamanho do
transformador pode variar consoante o fabricante).
A iluminação ambiente de um espaço com películas electroluminescentes deve ter uma película maior que 20000mm2, pois
a luz emitida por uma película com uma área de 2000mm2 regista aproximadamente 20 lúmens, o que é insuficiente para criar uma
luz ambiente confortável. Quanto maior for a área de luz, maior será o impacto da luz ambiente no espaço.
A dimensão do transformador vai influenciar a dimensão e o formato da luminária.
O transformador pode alimentar duas ou mais folhas.
As películas electroluminescentes, em formato de folha, são as que melhor se adequam à iluminação de um espaço
interior, pois têm uma maior área de luz do que as películas em forma de fita. O seu formato pode ser personalizado, sendo que as
únicas restrições se encontram no facto de que tem de existir um lado recto, devido à zona de passagem dos fios condutores, e que
uma película pode ter o formato máximo de uma superfície com uma área de 250000mm2 (aproximadamente um A2 –
420mx594mm).
As películas electroluminescentes são bastante flexíveis, mas têm fios condutores de electricidade que passam numa das
margens. Os fios condutoresFig.46 são frágeis, não podendo ser vincados constantemente, pois acabam por partir e a película deixa de
funcionar.
Fig.46 – Pormenor dos fios condutores da película EL
A flexibilidade e a fina espessura das películas electroluminescentes são duas vantagens desta tecnologia, mas para a sua
aplicação numa luminária surge a necessidade de criar uma estrutura que as fixe e mantenha sem oscilações.
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Portanto, é necessário conceber uma estrutura que fixe e suporte as películas electroluminescentes, sem danificar as
mesmas (sem furar ou vincar a área de luz e os seus condutores eléctricos).
O formato paralelepipédicode grande dimensão do transformador não é compatível com a flexibilidade e a espessura das
películas electroluminescentes. Por isso, é necessário criar uma estrutura que suporte as películas e, ao mesmo tempo, que fixe e
esconda o transformador (o transformador poderia ficar exposto tal como os transformadores dos computadores portáteis, mas
este transformador contem botões e apesar de ser resistente, não deve ser exposto a intensos choques externos, pois os
componentes internos podem sofrer avarias).
A estrutura da luminária pode ser composta por chapas metálicas, pois é um material resistente a quedas e com um peso
médio que permite a portabilidade do objecto.
3.2 Projecto Base
Material
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As películas electroluminescentessão, nesta propostaFig.47, estruturadas por perfis de alumínio. Os restantes elementos que
compõem a estrutura que suporta o transformador são compostos por chapas quinadas de alumínio. A escolha deste material de
suporte deve-se ao facto de ser um metal leve, pois o transformador já apresenta peso suficiente para manter a estabilidade das
películas electroluminescentes.
Modelo virtual
A solução proposta Fig.47resulta de várias experiências efectuadas para moldar e fixar as películas electroluminescentes e,
ao mesmo tempo, incluir o transformador dentro da estrutura que compõe a luminária.
Fig.47 – Simulação da aparência da luminária proposta - elight
Desenho técnico
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3.3 Projecto de execução
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Instalação eléctrica
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Protótipo
O protótipoFig.55
foi construído manualmente e todos os procedimentos (cortes e quinagens) foram baseados nos desenhos
técnicos definidos anteriormente.
Devido ao facto de não estarem disponíveis no mercado perfis de alumínio com a dimensão interior necessária para fixar
as películas electroluminescentes, foi preciso adaptar perfis já existentes. Contudo, os perfis em U, apresentados no desenho
técnico, são os mais indicados para um protótipo final direccionado para o mercado.
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As películas electroluminescentes utilizadas no protótipo apresentam menor largura do que as apresentadas no desenho
técnico.
Fig.48 – Fotografias do protótipo apagado (imagem da esquerda) e acesso (imagem da direita)
Memória descritiva
A luminária projectada (desenho e perspectivas - p.56 e 57) é composta por duas películas electroluminescentes
(desenhos 3 e 4 - p.60 e 61). Cada uma encontra-se fixa através de dois perfis laterais em U (desenhos 1 e 2 – p.58 e 59) que mantêm
a curvatura definida. O ângulo da curvatura permite que a luz seja difundida para a frente e projectada para o plano de apoio onde a
luminária for colocada.
As películas e os perfis são fixos e sustentados por uma base que também tem como função esconder o transformador. A
base é composta por 4 elementos seguintes:
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- a estrutura da base (desenho 6 - p.63), serve para armazenar os fios eléctricos e fixar o transformador, e tem ainda
como função agregar todos os elementos que estruturam a luminária, ou seja, os perfis laterais, as tampas laterais e a inferior;
- a tampa lateral esquerdaFig.49 (desenho 5 - p.62), que fixa e eleva o lado esquerdo do transformador contra a estrutura
da base, e contém também dois rasgos circulares, um que permite a passagem do fio eléctrico e outro que permite a acessibilidade
ao botão do interruptor da corrente eléctrica;
- a tampa lateral direita (desenho 10 – p.66) ajuda a fixar o transformador;
- a tampa inferiorFig.50
(desenho 7 – p.64), que apresenta um rasgo que deixa acessíveis os botões do transformador,
esconde a zona de passagem dos fios eléctricos de ligação das películas ao transformador, tendo como objectivo melhorar o
acabamento da face inferior da luminária.
Fig.49 – Pormenor do protótipo – botão do interruptor Fig.50 – Pormenor do protótipo – botões inferiores
eléctrico
O transformador (desenho 9 – p.65), fornecido pela empresa Plastolight®60
, permite o funcionamento das películas
electroluminescentes, contendo ainda o botão do interruptor eléctrico e mais quatro botões de regulaçãoFig.51.
O botão Effects permite seleccionar um efeito de intermitência da luz. Existem sete intermitências diferentes.
O botão Speed possibilita ajustar a velocidade do efeito de intermitência escolhida.
O botão Frequency permite regular a frequência de funcionamento do transformador que vai de 200 até 800Hz.
O botao Voltage permite regular a voltagem de funcionamento do transformador desde 0 a 150V CA.
A intensidade da luz é regulada pelos botões da frequência e da voltagem. Quanto maiores forem os seus valores, maior
será a intensidade da luz. No entanto, o fabricante recomenda que, no princípio de vida das películas electroluminescentes, se use no
máximo a posição 1, pois acima desta posição regista-se uma severa redução da vida útil.
À medida que aumenta o tempo de utilização, as películas vão envelhecendo e emitindo uma luz menos intensa. O processo
de envelhecimento pode ser neutralizado aumentado gradualmente a frequência e a voltagem de funcionamento do transformador
para as posições 2 e 3.
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Empresa que se mostrou disponível para fabricar as películas electroluminescentes necessárias ao funcionamento da luminária proposta neste trabalho.
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O transformador contém também uma luz vermelha indicadora de erro (Error) que só se acende caso exista alguma avaria
no transformador.
O transformador foi integrado na luminária com os botões de regulação para baixo, pois nem sempre são necessários e
ficando deste modo escondidos.
Fig.51 – Ilustração dos botões de regulação do transformador
4. Resultados
Os resultados que podemos obter da análise da luminária proposta decorem da relação implícita entre a sua forma e
função e o consumo energético durante a sua utilização.
Ao nível funcional, a luminária concebida apresenta uma estrutura leve, resistente e segura (que une e sustenta as
películas electroluminescentes e isola os fios eléctricos que conduzem a corrente entre o transformador e as películas –
representação da instalação eléctrica p.67), permitindo que o utilizador a possa manusear facilmente. As películas
electroluminescentes são fontes de luz seguras, não aquecem, logo, podem ser tocadas durante o seu funcionamento. A luz emitida
não ofusca, podendo ser observada pelo utilizador sem conter nenhum tipo de protecção. O botão do interruptor da corrente
eléctrica encontra-se visível e com fácil acesso. Os botões que permitem controlar a voltagem, frequência, efeitos de intermitência e
velocidade, encontram-se escondidos na zona inferior da base, pois são botões que nem sempre é necessário utilizar. Quando o
utilizador necessitar de os utilizar, basta colocar a luminária de lado e tem acesso aos botões de regulação. A luminária produz uma
luz ambiente e de presença que se adequa a um espaço interior.
O facto de as películas electroluminescentes registarem uma longa vida útil significa que a sua substituição e manutenção
da luminária será inferior à registada nas que utilizam outras fontes de luz artificiais (lâmpadas incandescentes e fluorescentes).
A nível energético, o facto de a luminária utilizar como fonte de luz películas electroluminescentes faz com que consuma no
máximo 45 W de energia eléctrica.
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5. Conclusões
Relativamente às fontes de iluminação artificiais abordadas no percurso da história da iluminação, verifica-se que, ao
longo do tempo foram surgindo diferentes formas de iluminação, começando com a descoberta e domínio do fogo, passando pelas
candeias, velas, lâmpadas a óleo, lâmpada a querosene, iluminação a gás e iluminação eléctrica.
As fontes de luz eléctricas foram as que, no decorrer da historia da iluminação artificial, melhores resultados
demonstraram para a iluminação de ambientes interiores, começando pela lâmpada incandescente, passando pelas de halogéneo, de
néon, fluorescente e evoluindopara outros tipo dedispositivos que apresentam uma morfologia diferente como os diodos emissores
de luz e as películas electroluminescentes.
Durante um longo período de tempo a lâmpada a óleo e a lâmpada incandescente foram os principais dispositivos utilizados
para a produção de luz nos ambientes domésticos. Até ao final do século XX, apesar da introdução de novas fontes de luz, a maioria
das luminárias eram concebidas para utilizar a “tradicional” lâmpada incandescente.
A recorrente concepção de luminárias adaptadas a lâmpada incandescente e a inspiração formal nas antigas lâmpadas a
óleo, influenciaram o aspecto morfológico das gerações seguintes de luminárias. Podemos observar e identificar elementos formais
em luminárias do século XIX, XX e XXI que foram influenciadas pelos antigos castiçais e candeeiros do século XVIII alimentados a óleo.
As luminárias são compostas por um quebra-luz que esconde a lâmpada e por uma base que se destaca na morfologia do objecto.
Em suma, durante muito tempo, manteve-se a ideia pré-concebida do que consideramos que seja uma estrutura de uma
luminária. As características formais passaram durante várias gerações de luminárias, mesmo quando os seus elementos deixam de
efectuar a sua original e principal função. Se por um lado, o quebra-luz servia para evitar o olhar directo sobre a chama do
candeeiro a óleo e para direccionar a luz, passou agora a ser apenas um elemento decorativo. Por outro, vão surgindo cada vez mais
luminárias em quedeixa de existir uma divisão visível entre a lâmpada, o quebra-luz e a sua estrutura de sustentação, passandoa ser
um objecto compacto.
No que diz respeito às películaselectroluminescentes - tema central do trabalho abordadas no subcapítulo tecnologia da
electroluminescência-funcionam através do método mais eficiente que converte energia eléctrica em energia luminosa, não emitindo
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energia térmica ou radiação ultravioleta. Contudo, o transformador eléctrico necessário para o seu funcionamento liberta energia
térmica (aproximadamente 55ºC).
As películas electroluminescentes são fabricadas através de um processo de impressão serigráfica, permitindo a
produção simultânea de várias películas. Podem ser produzidas em formato de folha ou em fita contínua até 150m de comprimento.
O funcionamento das películas depende de um transformador/conversor que permite regular a voltagem e a frequência e
efeitos de intermitência. Quanto maior for a voltagem e a frequência, maior é a intensidade da luz. Contudo, quanto maior é a
frequência mais curta é a vida útil da película.
A vida útil das películas EL varia muito de acordo com o formato e as aplicações, podendo funcionar entre 20 000 a 50 000
horas. A película, no final da sua vida útil, não deixa de emitir luz, registando-se, assim, uma severa redução da luminância.
A gama de cores da luz produzida pelas películas electroluminescentes é limitada. A luminância da película que emite luz
branca regista 40Cd/m2 quando funciona a 130V por 760HZ. Para emitir luz branca, é necessário efectuar uma mistura de fósforos
azuis e verdes e ainda aplicar uma película cor-de-rosa que anula o tom azul turquesa criado pelos fósforos, criando uma luz branca.
A mistura cor-de-rosa é sensível aos raios solares, por isso, não deve apanhar luz do sol directamente. Por esta razão as películas
quando desligadas são cor-de-rosa.
As películas electroluminescentes não são dispositivos de alta luminosidade. Contudo, as suas vantagens encontram-se na
sua fina espessura, maleabilidade e adequação para aplicações que não podem ser efectuadas por fontes convencionais. As folhas
electroluminescentes podem ter aproximadamente um milímetro de espessura.
Comparando o estudo efectuado sobre as fontes de iluminação artificial, com os elementos técnicos das películas
electroluminescentes, podemos compreender que as características únicas das películas EL de não libertarem calor e de conterem
uma morfologia “laminar” e flexível são as suas maiores qualidades, pois todas os outras podem ser superadas pelas fontes
luminosas concorrentes.
Relativamente às películas electroluminescentes, as lâmpadas incandescentes têm uma vida útil mais curta, um maior
consumo de energia eléctrica, uma maior eficiência energética, um baixo custo de produção, e produzem energia térmica durante o
seu funcionamento.
Por sua vez, as lâmpadas fluorescentes, comparadas com as películas electroluminescentes têm uma vida útil mais curta,
um maior consumo de energia eléctrica, produzem energia térmica durante o seu funcionamento, têm uma maior eficiência
energética e apresentam um custo muito mais baixo que as películas electroluminescentes.
Também as lâmpadas de néon, quando comparadas com as películas electroluminescentes, apresentam um maior consumo
de energia eléctrica, uma maior eficiência energética, um custo de produção mais baixo que as películas electroluminescentes e o
seu funcionamento depende de equipamentos auxiliares volumosos e pesados.
Finalmente, os diodos emissores de luz (LED) em relação às películas electroluminescentes, têm um maior consumo de
energia eléctrica e apresentam um custo de produção mais baixo.
Apesar das vantagens das películas electroluminescentes relativamente às restantes fontes de iluminação artificiais
normalmente utilizadas para iluminar espaços interiores, aquelas têm vindo a ser pouca aplicadas em novos produtos devido,
essencialmente, ao seu elevado custo e ao facto de produzirem uma luz com baixa intensidade lumínica.
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Reunimos informações de que a tecnologia da electroluminescência tem vindo a ser aplicada essencialmente na retro-
iluminação de painéis, teclas de comandos, displays de automóveis, iluminação decorativa de mobiliário, marcação de saídas de
segurança, iluminação de presença de degraus de escadas e corredores de edifícios e também em alguns sistemas de iluminação.
As películas electroluminescentes têm vindo a ser pouco aplicadas no campo do design de iluminação de espaços
interiores, devido ao seu principal concorrente, os diodos emissores de luz, que, por um lado, têm vindo a ser aplicados em novas
luminárias na sua morfologia original, e, por outro, têm vindo a ser estudados e adaptados ao formato das lâmpadas incandescentes.
Os diodos emissores de luz, em termos tecnológicos, têm vindo a ser constantemente melhorados, pois a sua morfologia
original, pequenos pontos de luz, permite que sejam facilmente adaptados ao formato das lâmpadas convencionais. Deste modo,
tornam-se fontes de luz artificiais mais viáveis e comercializáveis que as películas electroluminescentes.
Constatou-se que existe uma maior aceitabilidade para as fontes de luz que têm uma forma convencional (com formato de
bolbo), por isso os novos diodos emissores de luz com o formato de lâmpada têm vindo a substituir as lâmpadas fluorescentes e de
halogéneo que utilizamos nos espaços interiores.
Consequentemente, o interesse e o investimento no estudo das películas electroluminescentes tem sido menor.
As películas electroluminescentes têm uma morfologia que obriga a que a própria forma e a função da luminária seja
reformulada, não podendo adaptar-se a sua forma a uma luminária pré-existente como no caso dos LED.
Por isso, a luminária elight desenvolvida neste trabalho de projecto utiliza a tecnologia da electroluminescência que se
encontra disponível. A sua dimensão e a sua forma tiveram de respeitar o transformador de corrente eléctrica que permite o
funcionamento das películas EL. Tirou-se partido das dimensões e do peso do transformador, tornando-o um elemento que permite
manter fixa toda estrutura que sustenta as películas electroluminescentes.
A nível tecnológico, os aspectos a melhorar seriam diminuir as dimensões do transformador e aumentar a intensidade da
luz produzida pelas películas electroluminescentes que actualmente se encontram disponíveis. Será que estas limitações podem ser
ultrapassadas? Podem, mas devido ao actual investimento sobre o melhoramento tecnológico dos diodos emissores de luz, as
películas electroluminescentes têm sofrido poucos avanços nesse sentido. Esperemos, que no futuro o investimento nas películas
electroluminescentes seja mais valorizado e desenvolvido.
As futuras aplicações das películas electroluminescentes na área do design podem incidir: na retro-iluminação de ecrãs
tácteis, de ecrãs de computadores portáteis e televisões (que actualmente tem vindo a ser dominadas pela tecnologia LED); na sua
utilização como fonte de luz em lanternas; na sinalização de funcionamento e presença de pequenos objectos portáteis (ex: rato de
computador) e na iluminação de sinalética interior e exterior.
A aplicação de películas EL em novas luminárias faz sentido quando o objectivo é por exemplo obter uma luz de presença ou
sinalização para um quarto, sala, corredor, pois não emite uma luz suficientemente intensa para se efectuarem determinadas tarefas
como ler um livro ou cozinhar.
Actualmente, conclui-se que, na área do design de iluminação de interiores, as películas EL se adequam à iluminação de
presença, segurança e ambiente dos espaços interiores, pois apresentam intensidade lumínica baixa, ao mesmo tempo que
consomem pouca energia eléctrica. No caso da aplicação em espaços de trabalho, necessitam sempre de um outro tipo de fonte
luminosa (ex: lâmpada fluorescente), que emita uma luz intensa. No futuro, quando a intensidade de luz emitida pelas películas EL for
equivalente às fluorescentes, estas poderão ser aplicadas em novas luminárias de tecto, secretária, parede, sem necessitarem de
outra fonte de luz auxiliar.
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6. Glossário
Alumina: ou óxido de alumínio é um composto químico de alumínio e oxigénio.
Corrente Alterna(CA): é uma corrente eléctrica em que o sentido varia no tempo, ao contrário da corrente contínuaem que o sentido
permanece constante ao longo do tempo.
Corrente Continua(CC): é uma corrente eléctrica em que o sentido permanece constante ao longo do tempo.
Dimmer: ou regulador de intensidade luminosa. É um dispositivo utilizado para variar a intensidade da luz de uma fonte luminosa
eléctrica.
Eficiência energética: Relação entre o fluxo luminoso e a potência consumida para o gerar; a unidade de medida usada é em
lumens/watt (lm/W).
Fósforo: Elemento químico luminoso na obscuridade e inflamável, obtido através do minério apatite (fosfato de cálcio natural), por
calcificação com areia silícios e carvão de pedra. O fósforo tem sido utilizado em diversas aplicações, por exemplo, é usado para
criar cristais especiais para lâmpadas.
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Frequência(HZ): é uma grandeza física ondulatória que indica o número de ocorrências de um fenómeno num determinado período de
tempo. A frequência é o número de ocorrências por segundo; 1Hz corresponde a uma ocorrência num segundo.
Luminância/Luminosidade(cd/m2): é a medida da intensidade luminosaemitida por uma determinada área, numa dada direcção, por
unidade de ângulo sólido.
Potência(W): Consiste na grandeza que determina o valor obtido pelo quociente da energia consumida por um sistema dividida pelo
tempo durante o qual ocorreu o consumo energético.
SWOT: ferramenta utilizada para avaliar uma empresa ou produto e os factores que afectam o seu desempenho. A sigla SWOT deriva
do inglês – Strengths, Weaknesses, Opportunities e Threats (Forças, Fraquezas, Oportunidades, Ameaças).
Reflector dicróico: é um tipo de filtro que transmite somente certos comprimentos de onda da luz. A função do reflector dicróico nas
lâmpadas de halogéneo é refractar separadamente as cores, rebatendo a radiação infra-vermelha (calor) para trás e reflectindo a
radiação visível (luz) para a frente.
Restituição cromática (Ra/IRC): O chamado índice de restituição cromática consiste na medida de correspondência entre a cor real
de um objecto ou superfície e sua aparência diante de uma fonte de luz. A luz artificial, como regra, deve permitir ao olho humano
perceber as cores correctamente, ou o mais próximo possível da luz natural.
A escala da restituiçãocromática pode ser qualificada desde 50 até 100 e pode dividir-se em 4 principais classes:
Excelente reprodução de cor: 90-100 Ra
Boa reprodução de cor: 80-90 Ra
Moderada reprodução de cor: 60-80 Ra
Baixa reprodução de cor: 60-50 Ra
Resistência dieléctrica: resistência ao fluxo da corrente eléctrica.
Temperatura de cor(K): Consiste na grandeza que expressa a aparência da cor da luz, sendo que quanto mais alta é a temperatura de
cor, mais branca é a cor da luz.
Existem três principais categorias:
Luz quente < 3300K
Luz fria, entre 3300K e 5000K
Luz do dia > 5000K
Fontes luminosas com igual temperatura de cor podem apresentar diferentes reproduções de cor.
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Transformador/Conversor: é um dispositivo eléctrico que inverte a frequência e converte a tensão da rede contínua em corrente
alternada, ou vice-versa.
Vida Útil: Número de horas resultantes, em que 50% das lâmpadas ensaiadas ainda permanecem acesas; a unidade de medida usada
é em horas (h).
Voltagem(V): ou tensão eléctrica é a força/carga responsável pelo movimento dos electrões.
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TURNBULL, David; SEITZ Frederick – Solid State Physics. Nova Iorque: Academic Press Inc, 1958.
KRICKA, Larry J. – Optical Methods: A Guide to the “escences”. Washington: AACC Press, 2003. ISBN 1-890883-91-3
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Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
74
Periódicos:
Volt: Lighting Design. Leça de Balio: PM Media Comunicação, SA. Nº 2 (Out-Dez 2008),Nº 3 (Jan-Mar 2009), Nº 4 (Abr-Junho 2009), Nº 6 (Out-Dez 2009), Nº 7 (Abr-Set 2010). ISSN 1647-0451.
Sitos na internet:
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8. Índice onomástico:
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
75
Alexandre, Becquerel, p.17
Argand, François-Pierre, p.9,10
Béhar, Yves, p.35
Brush, Charles, p.13
Claude, George, p.17
Colombo, Joe, p.16
Davy, Humphry, p.11
Destriau, Georges , p.23
Edison, Thomas, p.13,14
Foucault, Jean, p.11
Gudden, B., p.23
Guericke, Otto, p.11
Halonen, Tuukka, p.35
Hauksbee, Francis, p.12
Inoguchi, Toshio, p.24
Jablochkoff, Paul, p.12
Jandus, William, p.13
Jr., Nick Holonyak, p.19
Kahng, D. p.24
Kennedy, D.I., p.24
Losev, Oleg, p.23
Murdock, William, p.11, 12
Pohl, Robert, p.23
Popkov, Yuri A., p.23
Round, Henry, p.22
Russ, M.J., p.24
Serrin, Victor, p.11
Sottsass, Ettore, p.17
Staite, William, p.11
Swan, Joseph, p.13
Vlasenko, N.A., p.23
Welsbach, Carl, p.11
9. Fontes Iconográficas:
Fig.1 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p. 6, 7 e 9)
Uma Luminária para a Tecnologia da Electroluminescência – Iolanda Ótão
76
Fig.2,3 (CUNCA, Raul – Territórios Híbridos , p. 71)
Fig.4,5 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.10)
Fig.6,7 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.17)
Fig.8 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.16)
Fig.9 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.21)
Fig.10 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.22)
Fig.11,12 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.54)
Fig.13 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p. 478)
Fig.14 (http://www.moma.org/collection/object.php?object_id=1163)
Fig.15 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.36)
Fig.16 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.674)
Fig.17 (FIELL, Charlotte & Peter – 1000 Lights, p.38)
Fig.18 (AA.VV. Ingo Maurer: Light – Reaching For The Moon, p.32)
Fig.19 (esquema desenhado pela autora, baseado no texto de: ONO, Yoshimasa A. – Electroluminescent Displays, p.1)
Fig.20 (esquema desenhado pela autora, baseado na imagem e texto de: SIMPSON, Robert S. – Lighting control-technology and
applications, p 151, 152.)
Fig.21-22 (Imagens disponibilizadas pela empresa Plastolight)
Fig.23 (Fotografia feita pela autora)
Fig.24-35 (Imagens disponibilizadas pela empresa Plastolight)
Fig.36 (http://www.designboom.com/eng/interview/behar.html)
Fig.37 (http://www.tuukkahalonen.com/)
Fig.38-41 (http://www.ecat.lighting.philips.com/l/es/)
Fig.42 (http://en.wikipedia.org/wiki/Neon_lamp)
Fig.43 (http://en.wikipedia.org/wiki/Neon)
Fig.44-45 (http://www.ecat.lighting.philips.com/l/es/)
Fig.46 (Fotografias feitas pela autora)
Fig.47( Representação virtual efectuada pela autora com o auxilio dos programas informáticos SolidWorks e Autodesk 3ds Max)
Fig.48-50 (Fotografia tirada pela autora)
Fig.51 (Representação gráfica efectuada pela autora)
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