Quando se fala na iluminação de LEDs longo se pensa na economia dada pela eficiência desse tipo de iluminação, além do conforto dado pela possibilidade de se escolher iluminações apropriadas conforme o ambiente, mas isso não é tudo. A iluminação de LEDs vai a um patamar mais elevado quando pensamos no meio ambiente, na saúde das pessoas e mesmo em aplicações avançadas que envolvem a comunicação LiFi. Neste artigo exploramos este interessante tema, damos sugestões para pesquisas e até mesmo para temas transversais do ensino fundamental e médio.
Nota: Artigo publicado na Revista Mecatrônica Jovem - Edição 22 - Cidades Inovadoras.
No tempo em que a iluminação disponível era a de velas e lampiões, a visita de insetos atraídos pela sua luminosidade era algo comum e, certamente não tinha muita influência sobre o meio ambiente dada sua pequena intensidade.
Com a chegada da iluminação pública usando no início do século passado e depois o gás, a influência dessa iluminação já começava a se fazer sentir pela maior atração dos insetos e consequentemente de outros animais que devoravam esses insetos nas suas proximidades.
Quem já reparou nos sapos e lagartixas próximos de áreas iluminadas em locais onde existe um ponto de iluminação.
No entanto, a adoção de sistemas de maior potência como as lâmpadas de mercúrio em praças públicas e a chegada da iluminação de LEDs com intensidades maiores já podemos notar alguns problemas interessantes.
Nesse ponto vamos falar um pouco do modo como a luz é produzida pelas lâmpadas para entendermos melhor o que vem a seguir.
A natureza da luz
Nossos olhos conseguem perceber a luz que está contida numa determinada região do espectro eletromagnético, entre 400 nm e 700 nm conforme podemos ver pela figura 2 Essa região é denominada espectro visível.
Fora dessa região temos o infravermelho e o ultravioleta que nós não percebemos, mas que existem criaturas que conseguem ver. As cores são dadas por diferentes comprimentos de onda e frequências, conforme mostra essa mesma tabela.
Uma lâmpada incandescente, aquela que já não se usa em iluminação produz a luz pelo aquecimento de um filamento de metal. Aquecido, o filamento tem seus átomos vibrando em todas as frequências de modo que ela produz luz em todas as cores e mesmo fora do espectro, conforme mostra a figura 3.
Quando mais quente, mais se concentra a luz na cor azul, conforme podemos perceber pela mesma figura. É por esse motivo que quando alimentamos uma lâmpada com uma tensão mais baixa sua tende para o amarelo e mesmo para o avermelhado. Ela se desloca no espectro.
No entanto, um LED produz luz de uma forma completamente diferente. Quando a corrente elétrica passa através dele, os elétrons são excitados saltando entre órbitas que possuem níveis determinados de energia. Assim, nesse salto, eles sempre produzem a mesma quantidade de energia que resulta numa frequência específica, ou seja, luma cor de luz específica.
Assim, um LED vermelho produz somente luz vermelho, assim como um verde essa cor e ocorre o mesmo com o azul. Na figura 4 temos os espectros estreitos de diversos tipos de LEDs.
No entanto, vemos que o branco e outras cores não constante do espectro podem ser produzidas pela mistura de outras cores. Não precisamos ter LEDs de infinitas cores para ter todas as cores que existem.
Teoria das Cores
Pela teoria das cores, o branco é mistura de todas as cores, mas se quisermos obter qualquer cor podemos fazer isso misturando 3 cores básicas. Vermelho (Red), verde (Green) e azul (Blue) ou abreviando em inglês RGB
Na figura temos o diagrama das cores que nos mostra quais as proporções das cores que precisamos para obter qualquer outra.
Os Leds brancos que usamos na iluminação e em lanternas e mesmo nos celulares na função lanterna nada mais são do que pequenas pastilhas que, na verdade, contém três LEDs, ou seja, RGB.
Baixe o programa abaixo no seu celular e você poderá controlar o LED da função lanterna para que ele produza qualquer cor.
Mas, o importante disso vem depois quando começarmos a pensar como podemos usar essa funcionalidade dos LEDs na iluminação domésticas e nos espaços públicos.
Para isso devemos antes falar um pouco da luz (e outras radiações) que o sol nos manda, pois foi essa luz que moldou a natureza e nossos olhos para o modo como tudo se comporta diante dela.
O Sol
O Sol é uma estrela e como tal uma esfera enorme de gases aquecidos, principalmente hidrogênio que “queima” numa reação atômica no seu interior, transformando esse elemento em hélio. Nessa transformação energia é liberada e uma boa parte dela na forma de luz e calor (infravermelho), além de outras radiações que chega à terra.
O espectro da luz solar, como já vimos no início do artigo é semelhante ao de uma lâmpada incandescente, com algumas frequências sendo bloqueadas em determinados instantes, por exemplo o azul no fim do dia, o ultravioleta pela camada de ozônio que existe na alta atmosfera e outras.
A natureza e nossos olhos
Esse espectro de luz que nos banha determina, por exemplo, o crescimento das plantas que em cada fase de sua vida absorve determinadas faixas de cores com maior frequência, a orientação de insetos e animais migratórios que se baseia na polarização dessa luz e nós mesmos que temos hormônios que são inibidos ou liberados quando a luz que vemos chega aos nossos olhos.
Durante o dia quando a luz azul predomina a serotonina, que é o hormônio do sono é inibida, mas quando essa luz diminui ela é liberada e sentimos sono. É por isso que nos locais muito iluminados não temos sono e quando usamos muito o celular não temos sono. A função noite do celular em que a tela fica amarelada e, portanto, não há azul para inibir esse hormônio nos dá sono.
Mas, o fato é que quando começamos a ter uma iluminação que produza luz de cores diferentes daquelas que são naturais, começam a ocorrer problemas para o meio ambiente e a principal origem está nas cidades e na iluminação artificial que o homem é responsável.
Veja na figura 9 que já não conseguimos observar as estrelas nas grandes cidades justamente em função de sua iluminação.
Para os animais a existência de determinadas fontes de luz intensa no entorno de onde vivem pode tanto servir para que nos livremos deles como também para nos trazer problemas.
No nosso site temos alguns artigos interessantes que tratam de armadilhas ecológicas que nos permitem capturar insetos daninhos sem precisar usar substância perigosas.
Links
Interesse pela astronomia:
https://www.newtoncbraga.com.br/astronomia-e-astrofisica/16408-interesse-pela-astronomia-ast016.html
Ritmo circadiano e bem-estar
https://www.newtoncbraga.com.br/meio-ambiente-e-saude/17638-ritmo-circadiano-e-bem-estar-ma145a.html
Visão e idade:
Mas, também existe o lado negativo. Uma reportagem que circulou na mídia trata justamente desse problema.
Constatou-se que em algumas cidades americanas, a iluminação pública está afetando os hábitos dos animais que vivem em seu entorno causando um desequilíbrio ecológico.
Animais de hábitos noturnos estão sendo afetados e animais que caçam certas criaturas em seu ambiente natural estão indo para as cidades que é para onde sua alimentação está sendo atraída. Falamos no início deste artigo dos sapos que estão procurando as cidades onde suas presas se concentram em torno dos pontos de iluminação.
Outras criaturas de hábitos noturnos como os morcegos, corujas e mariposas também estão sendo afetados. Os próprios humanos e seus pets podem também estar sendo afetados.
Levamos nosso cachorrinho para passear na praça super-iluminada à noite e perdemos o sono. E, se seu pet costuma latir muito à noite, é sinal de que talvez ele também tenha perdido o sono.
Cidades Inteligentes
Uma iluminação planejada não apenas premia o consumo e a eficiência energética como também leva em conta a saúde, conforto de seus habitantes e dos habitantes de suas vizinhanças.
Diversos estudos, muitos dos quais já existem fazem com que seja possível planejar cidades inteligentes que tenham uma iluminação pública e para ambientes de uso comum planejada.
Por exemplo, para praças públicas pode-se criar uma iluminação amigável a fauna e às plantas evitando problemas como excesso de insetos daninhos, afugentando os indesejáveis, presença de animais que não tenham na praça condições que os tire de seus habitats naturais.
Para os ambientes fechados, a iluminação pode ser amigável às plantas que vivem em vasos, ajudando no seu crescimento como também para pessoas e seus animais de estimação.
As culturas verticais, por exemplo, podem fazer parte do mundo do futuro. Você pode ter hortas ou plantas decorativas em ambientes fechadas crescendo com iluminação artificial com baixo consumo e intensidade suficiente para que se mantenham saudáveis.
Estufas podem manter no inverno plantas em crescimento saudável com a ajuda dessas fontes artificiais de luz.
Nas vias públicas, será que a cor de luz ideal das luminárias numa noite de chuva ou neblina deve ter a mesma composição da usada numa noite limpa? Coisas a se pesquisar. Nossos olhos são muito mais sensíveis do que se pensa.
As cores podem ser escolhida conforme a sua propagação, por exemplo, violeta com chuva, amarelado com neblina, etc.
Fabricantes de componentes
Wurth Elektronik
A Wurth Elektronik, por exemplo possui uma ampla linha de LEDs que emitem cores em frequências especiais já estudadas para serem usados no mundo agro.
https://www.we-online.com/en/news-center/press/press-releases?d=vertifarm_2024
https://www.we-online.com/en/components/products/led/leds/horticulture_leds
Um interessante artigo (em inglês) mostra o futuro da iluminação em horitculturas por LEDs no link abaixo em que uma das ilustrações mostra os diferentes comprimentos de onda absorvidos pelos diversos pigmentos das plantas.
Absorção de pigmentos x comprimentos de onda (Wurtk Elektronik)
Outro artigo tratando das vantagens do uso dos LEDs em horiticulturas.
https://www.we-online.com/components/media/o128284v410%20ANO003a%20EN.pdf
Cree:
A CREE tem um interessante artigo sobre o uso dos LEDs e sua Cromotecnologia em cidades inteligentes no link abaixo (em inglês).
https://www.cree-led.com/article-htfarming/
Figura 14 – Ilustração do artigo
Pesquisas e temas transversais
As pesquisas no sentido de se encontrar as frequências de luz que têm importância no mundo agro, nas cidades inteligentes e nos ambientes fechados como sua casa ainda têm muito a revelar.
Quais são as frequências que podem levar a aplicações diversas como no controle de pragas, crescimento de plantas, manutenção do equilíbrio ecológico e muito mais ainda não são totalmente conhecidas.
Hoje temos nas lojas de produtos de iluminação uma boa gama de lâmpadas de LEDs para as mais diversas aplicações, mas isso pode ser ampliado.
Já imaginou ter no seu jardim uma luminária que emita exatamente o comprimento de onda que a planta de seu gramado mais precisa para crescer ou ainda uma luminária ao lado daquele vaso em sua sala que ilumina sua preciosa planta com a luz que ela “gosta” tornando-a mais vistosa e saudável e até tendo a componente de frequência que espanta as pragas.
Essa é um campo de pesquisa maravilhoso que até gera temas transversais para seus alunos do ensino fundamental e médio, levando-os a um patamar científico mais alta.
Em lugar das simples culturas de feijão em vasinhos para ver como brotam e crescem, que tal fazer isso usando LEDs RGB de diferentes cores em ambientes controlados?
Que tal ver a influências de diferentes comprimentos de onda em insetos como formigas e moscas das frutas? Um bom trabalho científico.de pesquisa como tema transversal.
Figura 15 – Estudantes analisando a influência da luz de LEDs em formigas.
Um interessante estudo sobre a influência das diversas fontes de lluz artificiais sobre insetos como as formigas pode ser acessado em:
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5108255/
A Wildlife Society que se preocupa com a preservação da vida selvagem tem um interessante artigo sobre o assunto em:
https://wildlife.org/leds-may-cause-more-insect-declines-than-other-lights/
Ensinaremos tudo isso na parte prática deste artigo que vem a seguir.
Explore nossa seção de Meio Ambiente e saúde se você gosta deste tema e deseja criar experimentos e montar aparelhos relacionados.
https://www.newtoncbraga.com.br/meio-ambiente-e-saude.html
Lembramos que é finalidade de nosso instituto preserva o meio ambiente, com o desenvolvimento e aplicações de tecnologias que o protejam e que, ao mesmo tempo, nos seja, benéficas.
