O mundo novo do uso dos LEDs (ART5467)

A optoeletrônica sempre foi um ramo importante da eletrônica desde o advento dos primeiros equipamentos que se baseiam na luz, especificamente com o desenvolvimento da TV. E de seus acessórios, incluindo a iluminação dos estúdios. No entanto, com a chegada dos LEDs tivemos uma disruptura que está nos levando a um novo patamar com a utilização cada vez maior deste tipo de fonte de luz monocromática nas mais variadas aplicações.

São tantas essas aplicações que um simples artigo não é suficiente para detalhar como os LEDs estão sendo usados em campos que talvez muitos de nossos leitores tenham imaginado ser possível ou mesmo tenham percebido a sua importância.

Neste artigo trataremos do mundo moderno das aplicações dos LEDs detalhando algumas que tendem ainda a evoluir muito, atingindo patamares que nunca foram imaginados pelos que simplesmente pensam nesse componente como uma simples fonte de luz para iluminar ambientes ou sinalizar.

Como a luz é produzida

Antes do advento do LED, obter luz de um comprimento único de onda, ou seja, de uma única cor não era muito simples. As fontes de luz então existente abrangiam um espectro de frequências, como uma lâmpada incandescente, e se quiséssemos ter um único comprimento de onda teríamos de usar filtros. A figura 1 mostra essa curva.

Figura 1- O espectro de cores para a lâmpada incandescente

No entanto, no momento em que usamos um filtro, obtendo apenas o comprimento de onda que desejamos aproveitamos apenas uma pequeníssima parte do espectro emitido o que significa um enorme desperdício de energia.

Com a chegada dos LEDs isso mudou.

O LED como fonte monocromática

Os LEDs não emitem luz pelo aquecimento ou pela excitação de um gás de forma aleatória obrigando os átomos a vibrarem e com isso emitir radiação. A emissão ocorre por saltos quânticos e com isso toda a energia envolvida é aproveitada na emissão da radiação que tem comprimento único. Na figura 2 temos o espectro t[pico de alguns LEDs.

Figura 2- O espectro do LED

O resultado é um espectro muito estreito de radiação, onde praticamente toda a energia envolvida no processo se converte em luz. Com isso, o rendimento do LED se aproxima dos 100%.

Os efeitos da luz e a cromoterapia

O fato da luz ter efeitos importantes em muitos processos é conhecido há muito tempo. Sabemos que luz representa energia e energia tanto pode ser convertida como pode também ter efeitos químicos e físicos que se manifestam das mais diversas maneiras.

É justamente esse conhecimento que nos leva a aplicações práticas importantes que cada vez mais em nossos dias estão se tornando viáveis através de tecnologias que já estão presentes no nosso dia a dia.

Podemos citar as aplicações físicas que envolvem a energia de determinados comprimentos de onda, as aplicações químicas que envolvem o uso da luz para atuar em determinados tipos de reações e as aplicações biológicas como a cromoterapia, a agricultura, o combate a doenças.

Temos ainda as aplicações tecnológicas como o uso da luz para transmissão de dados, detecção e muito mais.

Mas existe mais, conforme veremos a seguir enumerando algumas aplicações que hoje já são comuns e que tendem a evoluir ainda mais com o aperfeiçoamento das tecnologias associadas coimo a dos sensores de luz e imagem, os softwares de controle e de análise e, é claro, da inteligência artificial.

LED na tecnologia

Certamente as aplicações dos LEDs na tecnologia já são familiares para a maioria dos que nos acompanham.

Os LEDs já estão presentes na iluminação, com as lâmpadas de LUDs, na sinalização com a produções de sinais de cores específicas e potentes flashes, e também na transmissão de dados em fibras ópticas e até mesmo links ambientes como a Li-Fi (termo para WI-FI usando luz – as lâmpadas seriam os roteadores). Temos ainda os sensores usados em máquinas e muitos outros dispositivos como os encoders e acopladores. A figura 3 mostra o uso da luz modulada de LEDs em roteadores.

Figura 3 – A Li-Fi | Clique na imagem para ampliar |

LED nas aplicações médicas e de saúde

A luz produz muitos efeitos no nosso corpo, alguns conhecidos há muito tempo e já utilizados mesmo no tempo das velhas lâmpadas incandescentes.

A radiação infravermelha, por exemplo, tem sido usada em vários tipos de terapias há muito tempo com lâmpadas infravermelhas ligadas à rede de energia, conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Uma lâmpada infravermelha incandescente

Hoje temos potentes LEDs que além de fornecerem radiação intensa em qualquer comprimento de onda, também apresentam um rendimento elevado possibilitando seu uso numa ampla faixa de aplicações médicas conforme sugere a figura 5.

Figura 5 – Uso do LED infravermelho em aplicação terapêutica

Podemos citar o uso de LEDs RGB em aplicações que gerem luz de comprimentos de onda apropriados conforme as horas do dia para que se façam tratamentos de ajuste do ritmo c circadiano de pacientes.

Uma outra aplicação interessante é a Fotobiomodulação abreviada por PBMT que consiste no uso de luz modulação para o tratamento de infamações.

Segundo se descobriu a a luz modulada dos LEDs diminui a sensibilidade dos nervos reduzindo a dor induzindo a produção de substância responsáveis pela inflamação.

Outra aplicação médica importante é a PDT (Photodynamic Terapy) em que a luz azul é usada no tratamento do câncer de pele. além de terapias pré-natal. A luz vermelha, por outro lado é usada em tratamentos da pele e até mesmo demência e tendinite.

Cada vez mais LEDs com espectros de emissão específicos para determinadas aplicações médicas estão sendo produzidos. A cada descoberta da ação de um determinado comprimento de onda, um LED específico para sua emissão é criado e com isso um equipamento específico.

Conservação de alimentos

Um campo de aplicações para os LEDs que cada vez mais está se tornando importante é o que faz uso da luz na preservação dos alimentos.

A ação da luz no DNA dos microorganismos interrompe seu crescimento. Esse conhecimento faz com que possamos escolher comprimentos de onda da luz emitida por LEDs que interrompa o crescimento de organismos específicos que atacam os alimentos como, por exemplo bactérias e fungos.

O importante desse tipo de proteção dos alimentos é que luz apenas atacas os organismos nocivos não alterando as propriedades dos alimentos. Mais que isso, temos uma segurança adicional que é a do não uso de substâncias químicas que possam afetar o próprio alimento.

Nesse tipo de uso do LED temos tanto o emprego da radiação visível em faixas de cores específicos como também o uso da radiação ultravioleta.

Um outro ponto desse tipo de preservação dos alimentos é que eles não precisam ser aquecidos, o que prolonga sua vida. Isso é importante em termos de custos, pois eles passam a ter uma validade maior. A figura 6 mostra o uso dessa luz em uma indústria de alimentos.

Figura 6 – Luz de LED no tratamento de alimentos

Aplicações forenses

Este é um campo de aplicações bastante interessante que não é muito percebido pelo público comum. A luz seletiva dos LEDs pode ser usada para iluminar cenas de crimes e revelar detalhes importantes para um processo de investigação.

As diferentes substâncias, principalmente orgânicas, refletem de modo diferente a luz de diversos comprimentos possibilitando assim sua identificação.

Assim, os LEDs têm sido usados como importantes instrumentos investigatórios, substituindo a lente do tradicional Sherlock Holmes.

Sangue, impressões digitais, sêmen e outros produtos orgânico podem ser identificados com o uso de uma lanterna de LEDs especial que tenha os comprimentos de onda da luz produzida selecionados de acordo com uma programação específica. A figura 7 mostra um equipamento de luz para uso em criminalística, como anunciado na Internet.

Figura 7 – Os LEDs como instrumentos de investigação criminal

Por exemplo, a luz verde ressalta determinados detalhes das impressões digitais que podem passar desapercebidos com a luz branca normal.

Culturas verticais e mundo agro

As culturas realizadas em estufas não encontram aplicações apenas aqui na terra. A NASA, por exemplo, estuda o uso de comprimentos de ondas específicos para realizar culturas vegetais no espaço e em outros planetas.

Lembramos que o nível de iluminação que o sol nos fornece é específico assim como a faixa espectral para o planeta terra e assim, os vegetais que precisamos para nosso sustento dependem de comprimentos de onda que podem ser diferentes em outros planetas.

Suas atmosferas e a distância do sol determinam espectros e níveis de iluminação diferentes o que leva a necessidade de usarmos estugas e outros recursos adicionais se formos colonizá-los. É justamente aí que entram em ação os LEDs. A NASA já estuda culturas no espaço tanto em ambiente abertos como em estufas com o uso de LEDs.

Figura 8 – Culturas espaciais.

Aqui na terra, nem se discute a necessidade de usarmos LEDs nas culturas em lugares fechados, vencendo os problemas de clima e espaço e até criando novas espécies resistentes à pragas e que podem ser depois aproveitadas em locais abertas.

As empresas fabricantes de LEDs trabalham hoje com uma ampla linha de produtos que são destinados a essas culturas. São LEDs específicos para as necessidades de iluminação em diversas fases de crescimento das plantas ou ainda para tipos específicos de plantas.

Muito mais com LEDs

Evidentemente, o que vimos é apenas uma parcela para as possibilidades de uso dos LEDs, lembramos que temos ainda a considerar o fato de que eles também produzem luz em faixas do espectro que não podemos ver.

A iluminação de ambientes, por exemplo, é um dos campos mais importantes das aplicações dos LEDs, pois envolve todos nós.

LEDs com faixas espectrais de acordo com os ambientes já são uma realidade. No tempo das lâmpadas incandescentes os fabricantes já se preocupavam com a “temperatura” da iluminação ao se referir ao especto tendendo para o azul ou vermelho, exatamente como dada pela curva de Boltzmann mostrada na figura 9.

Figura 9 – Curva de Boltzmann

Uma temperatura mais Baixa significa uma cor mais amarelada e uma temperatura mais alta, uma cor azulada. Para um ambiente de descanso, uma temperatura mais baixa e para um ambiente que exige mais atenção, uma temperatura mais alta. Na figura 10 a cor da luz conforme sua temperatura.

Figura 10 – Temperatura da luz | Clique na imagem para ampliar |

Nosso organismo está adaptado a isso pelo c ritmo circadiano, já que ao amanhecer e entardecer estamos mais relaxados quando temos a luz do crepúsculo e amanhecer e no meio do dia a luz mais azulada para mantermo-nos atentos.

Na indústria automotiva os LEDs são considerados, não apenas na iluminação interior dos veículos, como também nos faróis e lanternas. Com a obtenção de LEDs cada vez mais potentes, já podemos ter faróis potentes usando LEDs.

Vestíveis

Mas, os LEDs estão em toda parte e um campo em crescente desenvolvimento é o do uso dos LEDs em decoração, joias e objetos de decoração além de uso pessoal como joias, roupas e acessórios denominados vestíveis (wearables).

Microcontroladores, sensores e LEDs associados podem ocupar espaços muito pequenos e com isso carregados em objetos de uso pessoal ou enfeites.

As roupas e joias incluindo os LEDs já são utilizadas em ocasiões especiais principalmente como danças, eventos especiais, mas já está chegando o momento em que os encontraremos em toda parte e em todos os momentos como elementos de uso diário. Na figura 11 temos alguns exemplos de vestíveis usando LEDs.

Figura 10 – Vestíveis para ocasiões especiais | Clique na imagem para ampliar |

Conclusão

O desenvolvimento de novas tecnologias que ampliam o espectro, reduz o custo e tamanho levam os LEDs a encontrar gamas inimagináveis de aplicações.

Não há limite para o que se pode imaginar para um LED e certamente nossos seguidores podem ter ideias lucrativas a esse respeito.

No nosso site temos nos links sugeridos artigos que mostram o modo correto de se utilizar LEDs e muitos componentes que são usados em produtos para controlar os LEDs em diversas quantidades e agregar efeitos.

Sugerimos visitar a Mouser Electronics para conhecer os produtos relacionados com a tecnologia dos LEDs, indo desde os próprios LEDs até microcontroladores e circuitos divers para esses componentes.