Resumo: Muitas pessoas no momento da compra de produtos como lâmpadas e lanternas, já se depararam com a dúvida de como fazer a melhor escolha do produto em função de diversas medidas que são apresentadas nas especificações, como: Lúmens, Lux, Candelas, Watts, temperatura de cor, entre outras. Há ainda um agravante que é a falta de seriedade de alguns fabricantes e vendedores na divulgação dos números e na realização das medidas corretas, o que dificulta ainda mais no processo de escolha. Este artigo irá, portanto, esclarecer cada uma dessas medidas, de forma a auxiliar os consumidores para uma correta escolha do produto que melhor atende suas necessidades.
Medidas elétricas
Primeiramente é importante descrever algumas das medidas elétricas mais comuns que nos deparamos ao escolher um produto como uma lâmpada ou lanterna, sendo eles:
- Tensão
Representa a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, medida em Volts (V). No caso de uma instalação bifásica residencial, temos entre uma fase e um neutro uma tensão alternada (CA ou AC) de 110V e entre duas fases 220V. No caso de um dispositivo portátil, como uma lanterna, a tensão fornecida é do tipo contínua (CC ou DC) e possui diferentes valores dependendo da pilha ou bateria, bem como da associação série-paralelo utilizada. A equação que relaciona tensão e corrente elétrica é dada por:
V=R.I
Sendo R o valor da resistência elétrica em ohms e I o valor da corrente em Ampère.
- Resistência elétrica
Medida em ohms (Ω) representa o quanto o material impede a passagem do fluxo de elétrons e, portanto, quanto maior seu valor para uma dada tensão, mais difícil a passagem de cargas elétricas.
- Corrente
Representa o fluxo de cargas elétricas, conhecidas como elétrons em um condutor, que pode ser um fio ou outro contato elétrico. É medida em Ampère (A) e também pode ser do tipo AC ou DC dependendo da tensão aplicada.
- Carga elétrica
Medida em Ampère-hora (Ah), representa a transferência de carga elétrica por uma corrente em um dado intervalo de tempo. Por exemplo, uma bateria de 1Ah tem durabilidade de uma hora, se a passagem de corrente for igual a 1A durante todo esse período. Para esta mesma bateria, caso a corrente seja a metade, 0,5A, a durabilidade da bateria passa a ser o dobro (2 horas). Note que para atingir o valor nominal da bateria, cuidados devem ser tomadas para a correta carga e descarga, conforme manual do fabricante.
- Potência elétrica
É medida em Watts (W) e representa a quantidade de energia que um dispositivo consome, em função do valor de tensão e corrente de operação. A equação que relaciona essas unidades de grandeza é:
P(W)=V.I
É importante observar que quanto maior a corrente para um mesmo valor de tensão, maior o consumo energético e, portanto, menor a durabilidade da bateria no caso de dispositivos portáteis. Neste caso é importante verificar o valor da carga elétrica conforme descrito no item anterior.
Note que nem sempre quanto maior a potência do dispositivo, maior a capacidade de iluminação, uma vez que esse parâmetro depende do tipo da lâmpada e construção do conjunto óptico. Por exemplo, uma lâmpada de 80W incandescente pode propiciar a mesma sensação luminosa que uma lâmpada de 10W de LED. Mais detalhes de como medir a intensidade de uma fonte luminosa serão detalhados nos tópicos seguintes.
O que é Luz
Luz é a composição de ondas eletromagnéticas que compreendem na variação de um campo elétrico e um campo magnético perpendicular, conforme Figura 1. Sendo o valor do comprimento de onda, medido em metros (m), a distância entre a repetição de um padrão, como, por exemplo, a distância entre os picos.
Figura 1 – Ondas eletromagnéticas
Fonte: https://pixabay.com/pt/ondas-letromagn%C3%A9ticas-1526374/.
Acesso em 15/10/2018.
Legenda: Campo Elétrico (E ⃗), campo magnético (B ⃗), comprimento de onda (λ).
Dependendo de seu comprimento, essas ondas podem ser utilizadas para transmissão de rádio ou televisão, ondas de raio x, micro-ondas, radar, etc.[1], conforme Figura 2. Sendo a frequência da onda calculada como:
f=c/λ
Onde f é a frequência em Hertz (Hz), c a velocidade da luz (3x〖10〗^8 m/s) e λ o comprimento de onda em metros.
Figura 2 – Espectro eletromagnético
Fonte: Adaptado de
https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_vis%C3%ADvel#/media/File:Electromagnetic_spectrum_-pt.svg. Acesso em 05/10/2018.
Caso o comprimento destas ondas esteja dentro da faixa conhecida como espectro eletromagnético visível, compreendido entre aproximadamente 390nm a 750nm (390 nanômetros a 750 nanômetros), o olho humano é capaz de capturar e levar um estímulo ao cérebro, que o percebe como uma determinada cor [2], conforme Figura 3.
Figura 3 – Comprimentos de onda do espectro visível
Fonte: Autor.
A composição (soma) de diferentes comprimentos de onda nos propicia diferentes sensações de cor. Por exemplo, para percebermos uma luz branca é necessário a soma de todos os comprimentos de onda do espectro visível em uma mesma proporção, o que nos leva a explicar melhor outra dúvida recorrente: O que é temperatura de cor?
Temperatura de cor
Temperatura de cor, medida em Kelvin (K) representa a relação entre a temperatura de um “corpo negro” e a distribuição de energia emitida por uma fonte luminosa. Na prática, resulta que quanto maior a temperatura de cor, maior a distribuição de energia da fonte luminosa, ou seja, há uma composição de uma maior variedade de comprimentos de onda e, consequentemente, mais branco irá parecer. Quanto menor a temperatura de cor, mais suave a luz irá parecer, portanto, representa na prática uma escala que descreve cores frias a cores quentes, conforme Figura 4.
Figura 4 – Escala de temperatura de cor em Kelvin (K)
Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/Color_temperature.svg. Acesso em 04/10/2018.
Intensidade luminosa (candelas)
Uma fonte de luz emite seus raios luminosos para diferentes direções e concentrações. Para que seja possível medir a quantidade de potência que está sendo emitida por uma determinada fonte luminosa e é percebida pelo observador em uma dada direção, a medida de intensidade luminosa é utilizada. No SI (Sistema Internacional de medida) a unidade que representa intensidade luminosa é a candela, com a simbologia (cd). Seu nome advém do fato que foi utilizado inicialmente como padrão a potência percebida pelo observado emitida por uma vela (do latim candela) de cera de tamanho padronizado, conforme Figura 5.Atualmente é padronizada como a radiação emitida por uma onda eletromagnética de 540x〖10〗^12 Hz em uma única direção com potência de 1/683 W/sr [3].
Figura 5 – Candela
Fonte: Autor. Adaptado de https://pixabay.com/pt/silhueta-vela-cinza-vetor-%C3%ADcone-2120203/. Acesso em 20/10/2018.
Legenda: Vela com radiação de 1 candela para todas as direções.
Fluxo luminoso (Lúmen)
Fluxo luminoso representa a energia total das radiações de ondas eletromagnéticas visíveis ao olho humano, conforme representado anteriormente naFigura 3, emitidas diretamente por uma fonte luminosa. É medido em Lúmen no SI (Sistema Internacional de medidas), com simbologia (lm) e representa o fluxo luminoso dentro de um cone de 1 esferorradiano ou esterradiano (sr), medida utilizada para quantificar ângulos sólidos, conforme Figura 6. [4].
Figura 6 – Esferorradiano
Fonte: Autor
A equação abaixo relaciona a medida em candelas com Lúmen:
1 lm=1 cd x 1 sr
Desta forma é possível observar que uma fonte luminosa que emite 1 candela para todas as direções, ou seja, completando a esfera (4π sr), conforme Figura 5, possui a seguinte quantidade de Lúmens:
1 cd x 4π=12,57 lm
Muitos fabricantes de lâmpadas e lanternas utilizam a medida de Lúmens como um dos parâmetros para especificar o produto. É importante observar que neste caso, a medida efetiva de Lúmen deve levar em consideração o resultado final obtido na após o conjunto óptico e não apenas os valores da especificação do LED utilizado.
Eficiência Luminosa (Lúmen/Watt)
Diferentes fontes luminosas podem ter a mesma quantidade de Lúmens, porém, podem gastar diferente quantidade de energia para obter o mesmo resultado. Por este motivo a medida da eficiência luminosa, representada pela unidade (lm/W) Lúmens por Watts, sendo Watts (W) a unidade de potência do SI, que equivale a quantidade energia elétrica representada em Joule (J) consumida em um segundo.
Esta medida é importante para indicar o quanto o dispositivo consome da fonte de energia (que pode ser uma tomada, uma pilha ou bateria) para produzir um determinado fluxo luminoso. Quanto maior para uma mesma quantidade de Lúmen produzida é possível concluir que o gasto de energia será menor e, portanto, maior a durabilidade da pilha ou bateria [5].
Luminância (candela por metro quadrado)
É possível também medir a intensidade luminosa refletida a partir de uma determinada área observada, conhecida como Luminância e medida em candelas por metro quadrado (cd/m^2), conforme Figura 7.Como objetos de diferentes cores e materiais possuem diferentes capacidades de reflexão da luz, a medida de Luminância também pode ser realizada como a luz que é emitida diretamente ao observador e calculada em função da área da fonte luminosa, por exemplo, no caso de especificações de tela de televisores [6].
Figura 7 – Medida de luminância (cd/m^2)
Fonte: Autor.
Iluminância (Lux)
Outra medida possível é a densidade de intensidade luminosa incidida em uma determinada superfície, conhecida como iluminância e mediada no SI em Lux, com simbologia (lx), que corresponde a incidência de um Lúmen na superfície de 1 metro quadrado (lm/m^2) [5], conforme Figura 8.
Figura 8 – Medida de iluminância (lm/m^2)
Fonte: Autor.
Vale ressaltar que a medida de Lux,apesar de similar a irradiância que é medida em W/m^2, não corresponde ao mesmo valor uma vez que a resposta do olho humano é diferente para diferentes comprimentos de onda, sendo mais sensível ao comprimento de onda da cor verde, próximo de 555 nanômetros. Para que seja possível efetuar a conversão entre essas unidades é preciso conhecer o espectro formante da luz em análise.
Equipamentos de medida
Diferentes equipamentos de medida podem ser utilizados para aferir os parâmetros citados neste artigo, sendo alguns deles descritos abaixo e representado na Figura 9.
- Medidor de luminância
Apresenta medidas em (cd/m^2) e é normalmente utilizado para aferir o brilho de telas de LCD (Liquid Crystal Display). Este medidor é mais difícil de encontrar modelos disponíveis no mercado, embora alguns fabricantes descrevam erroneamente medidores de iluminância como medidores de luminância.
- Medidor de Iluminância (Luxímetro)
Apresenta medidas em Lux, sendo muito utilizado para medição de iluminação ambiente e por este motivo é o equipamento mais utilizado para medição de fontes luminosas. É possível encontrar diversos modelos no mercado, desde equipamentos de baixo custo até equipamentos profissionais.
- Luxímetro com medidor de croma
Geralmente são medidores mais completos que além das medidas de iluminância em Lux, também apresentam medidas de temperatura de cor em Kelvin (K), comprimento de onda em metros, entre outros. São, portanto equipamentos mais completos e de uso profissional.
- Esfera de Integração
Utilizado para medir o total de fluxo luminoso em Lúmens emitido por uma fonte luminosa para todas as direções. É possível encontrar modelos que integram o fluxo em meia esfera (2πesferorradianos) ou esfera completa (4πesferorradianos).
- Ganiofotômetro
Utilizado para aferir medidas espectrais dependentes do ângulo, bem como integração de fluxo luminoso.
Figura 9 – Medidores de luminância, iluminância e croma
Fonte: http://sensing.konicaminolta.com.br. Acesso em 21/10/2018.
Legenda: Medidores Konica Minolta, sendo: (a) Medidor de luminância LS-160, (b) Medidor de iluminância T-10A, (c) Medidor de luminância e cor CS-200, (d) Esfera de integração ISP500 (e) Ganiofotômetro LGS350
Conclusão
Devido as diferentes unidades de medida é importante ter cuidado ao comparar especificação de produtos, sendo que algumas premissas importantes devem ser consideradas, entre elas: compare sempre unidades equivalentes de medida, verifique a idoneidade do fabricante e do vendedor, desconfie de números muito superiores aos concorrentes de mesma faixa de preço, ao escolher um produto como uma lanterna de LED é importante verificar além da intensidade luminosa em candelas e/ou o fluxo luminoso em Lúmen, também a abertura, alcance do feixe de luz e a eficiência luminosa.
Verifique sempre quais os parâmetros mais relevantes para seu uso e priorize sua escolha em função destes, podendo ser eficiência luminosa, fluxo luminoso, temperatura de cor, entre outros. Na dúvida contate um vendedor ou representante que possa esclarecer melhor a especificação do produto.
Referências
- WINCH, G.T.. The measurement of light and colour. Proceedings of the IEEE – Part II: Power Engineering, [s.l.], v. 96, n. 51, p.452-466, jun. 1949. Institution of Engineering and Technology (IET). http://dx.doi.org/10.1049/pi-2.1949.0130.
- IRIGOYEN, J.; HERRAEZ, J.. Electromagnetic spectrum and color vision. 3rd International Symposium on Image and Signal Processing and Analysis, 2003. ISPA 2003. Proceedings of The, [s.l.], 2003. IEEE. http://dx.doi.org/10.1109/ispa.2003.1296352.
- CHAVES, Julio. Introduction to Nonimaging Optics.CRC Press, 2015.
- PADFIELD, Tim. Conservation Physics: An online textbook. Disponível em: <http://www.conservationphysics.org/lightcd/lumen.php>. Acesso em: 07 out. 2018.
- Lumens, Lux &Watts. What does it all mean? Disponível em: <https://support.stedi.com.au/hc/en-us/articles/360013483491-Lumens-Lux-Watts-What-does-it-all-mean->. Acesso em: 20 out. 2018.
- LENK, Ron; LENK, Carol. Practical Measurement of LEDs and Lighting. Practical Lighting Design with LEDs, Second Edition, [s.l.], p.225-244, 25 mar. 2017. John Wiley & Sons, Inc.. http://dx.doi.org/10.1002/9781119165347.ch14.
ANEXO 1
Tabela de conversão de unidades
Fonte: Adaptado de https://www.compuphase.com/electronics/candela_lumen.htm
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