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CONSIDERAÇÕES E ANÁLISES EM PROJETOS DE
ILUMINAÇÃO UTILIZANDO A TECNOLOGIA LED
Área temática: Gestão Ambiental & Sustentabilidade
MARIANGELA MOURA
Ana Motta
Mauricio Noya
Resumo: O artigo apresenta reflexões sobre sustentabilidade na iluminação e o funcionamento dos diodos emissores
de luz. Discute a aplicação de LEDs em ambientes corporativos e apresenta os achados de dois estudos nesse contexto.
Evidencia que soluções combinadas de tecnologias tradicionais de iluminação e a tecnologia LED podem representar
eficiência energética e conforto visual, necessários aos ambientes de trabalho. Destaca, ainda, a necessidade de se
realizar previamente cálculos e medições para a aplicação de LEDs em ambientes de trabalho. Embora os LEDs
possam apresentar significativa economia de consumo e melhoria na qualidade da luz, nem sempre esse aspecto é
considerado nos projetos de iluminação.
Palavras-chaves: Sustentabilidade na iluminação artificial, LEDs, resultados de dois estudos.
.
ISSN 1984-9354
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1. INTRODUÇÃO
É inegável o aumento da demanda por energia elétrica. O crescimento do consumo em
todo o mundo, especialmente nas edificações, não deixa dúvidas a respeito. Tal realidade , no entanto,
confronta diretamente com as atuais diretrizes de redução no consumo de energia, particularmente
voltadas à eficiência energética e preservação ambiental, destacando o conceito de sustentabilidade. A
consideração do meio ambiente é hoje obrigatória em todos os setores e atividades econômicas. Os
impactos ambientais causados pelo consumo de energia e seus desdobramentos em termos de poluição,
emissão de gases na atmosfera, aquecimento global e problemas climáticos são temas relevantes na
agenda de discussão de diferentes áreas do conhecimento.
No Brasil, não obstante a promulgação da Lei nº 10.295 de 2001, conhecida como Lei da
Eficiência Energética, visando difundir e estimular a eficiência energética, edifícios residenciais,
comerciais e públicos são responsáveis por cerca de 45% do consumo total de energia elétrica do País,
a maior parte dos quais advinda dos sistemas de climatização e de iluminação artificial. (MEDEIROS,
2009). A fase de operação e uso de edifícios corresponde a aproximadamente 18% de todo o consumo
brasileiro de energia e a 50% do consumo de energia elétrica, sendo que nos prédios públicos e
comerciais o maior percentual do consumo de energia elétrica resulta desses sistemas: 48% devidos ao
condicionamento de ar e 24% à iluminação. (ABREU, 2012; MEDEIROS, 2009; CORCUERA, 2010).
A iluminação artificial é, portanto, parte imprescindível nas análises que associam
sustentabilidade e eficiência energética.
O uso de tecnologias convencionais de iluminação vem sendo questionado, sobretudo frente ao
surgimento da tecnologia a LED, considerada o terceiro estágio da evolução da lâmpada elétrica, e que
vem sendo amplamente empregada em inúmeros projetos luminotécnicos de diferentes ambientações.
Os benefícios dos dispositivos a LED amparam esse emprego. No entanto, persistem dúvidas quanto à
própria tecnologia e seu modo de funcionamento e também questionamentos quanto ao uso de LED
em substituição às lâmpadas convencionais e mesmo o uso exclusivo desse dispositivo em qualquer
ambiente.
Este artigo reflete sobre sustentabilidade na iluminação e o funcionamento dos diodos
emissores de luz, discute a aplicação de LEDs em ambientes corporativos e apresenta os achados de
dois estudos nesse contexto. O objetivo é apontar que soluções combinadas entre diferentes
tecnologias podem representar eficiência energética e o conforto visual necessário aos ambientes de
trabalho. Do ponto de vista metodológico, trata-se de pesquisa bibliográfica.
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2. SUSTENTABILIDADE NA ILUMINAÇÃO ARTIFICIAL
O conceito de desenvolvimento sustentável concebido nas últimas décadas do século XX
possui um sentido holístico que se refere à possibilidade de associar crescimento econômico, social e
proteção ambiental numa perspectiva que incorpora o princípio básico da continuidade. Pode ser
interpretado sob uma ótica histórico-dialética: na tese, tem-se um modelo de desenvolvimento baseado
no consumo crescente de recursos naturais não renováveis, aumento da geração de resíduos, poluição;
na antítese, a negação dessa realidade em função do esgotamento dos recursos naturais e degradação
ambiental e da qualidade de vida; e na síntese, a emergência de um novo modelo de sociedade que
muda o paradigma dominante, caracterizado pela insustentabilidade. (MOTTA e AGUILAR, 2009).
A ideia de sustentabilidade, escopo do desenvolvimento sustentável, representa, pois, uma
mudança cultural ampla e generalista no sentido da modificação de atitudes e práticas, temática hoje
inserida no debate de diferentes campos do saber. Na Engenharia e na Arquitetura, voltadas que são
para o ambiente construído, uma parte fundamental desse debate refere-se à eficiência energética com
baixo consumo de energia nas edificações. (LABAKI et al, 2008; MOTTA e AGUILAR, 2009).
Eficiência energética é definida como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de
energia. Não se trata da redução do serviço energético, mas da redução do consumo de energia,
associando-se ao uso eficiente e racional da energia elétrica. (LAMBERTS et al, 2004). Constitui um
dos indicadores de desempenho e um requisito de sustentabilidade devido ao grande consumo de
energia elétrica nas edificações, especialmente na fase de operação e uso – os edifícios de escritórios,
por exemplo, com seus sistemas de climatização e iluminação artificial, consomem quase 23 vezes
mais energia em sua vida útil do que a energia necessária para a sua produção. (CORCUERA, 2010).
A eficiência energética é parte importante dos sistemas de iluminação. A priori, pode ser obtida
nas fases de projeto e construção do edifício, quando há maiores e mais amplas oportunidades de
elaboração e implementação de diretrizes técnicas nesse sentido, sobretudo para o aproveitamento da
luz natural. Janelas e grandes aberturas, brises, prateleiras de luz, uso de paredes isoladas, de vidros
prismáticos nas partes superiores das janelas, iluminação zenital e revestimentos reflexivos, são alguns
exemplos. (BUSSE, 2010).
Entretanto, mesmo nas edificações não concebidas sob princípios de sustentabilidade no
aproveitamento da luz exterior, é possível racionalizar o consumo de energia com a adoção de soluções
viáveis para tanto, entre as quais a utilização de tecnologias eficientes de iluminação artificial.
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Critérios de sustentabilidade vêm sendo sugeridos para ultrapassar os desafios da mudança de
paradigma nesse contexto. Eles consideram o uso de sistemas de iluminação artificial energeticamente
mais eficientes que os sistemas tradicionais (nomeadamente os sistemas baseados em lâmpadas
incandescentes e aqueles que utilizam lâmpadas de descarga) em ambientes interiores, residenciais e
comerciais.
As lâmpadas incandescentes são extremamente ineficientes do ponto de vista energético.
Diferentes países, dentre eles o Brasil, vêm aderindo à política de banimento gradual dessas lâmpadas.
(BASTOS, 2011). As lâmpadas fluorescentes, especialmente as compactas, economizam uma enorme
quantidade de luz comparada às lâmpadas incandescentes, mas não possuem a mesma aparência,
qualidade de cor ou intensidade de luz instantânea completa. Já as halógenas, proporcionam as
qualidades de luz das incandescentes, mas não a mesma economia de energia das fluorescentes
compactas. (JACOB, 2009).
A tecnologia de produção de luz através da passagem de corrente elétrica em semicondutores,
como os LEDs, vem sendo considerada uma nova revolução no campo da iluminação artificial, sendo
descrita como o terceiro estágio na evolução da lâmpada elétrica. (KALACHE et al, 2013). Os LEDs
surgem como potenciais substitutos das lâmpadas utilizadas nos sistemas tradicionais de iluminação
artificial.
3. TECNOLOGIA LED: BREVES APONTAMENTOS
Tecnologia LED refere-se ao uso de Diodos Emissores de Luz (Light Emitting Diodes – LEDs
na sigla em inglês). Para defini-la, é fundamental a apreensão dos conceitos de semicondutores e de
diodos. Semicondutores são materiais que se comportam como condutores ou como isolantes elétricos
– LEDs e painéis a LED são parte da família dos dispositivos semicondutores eletroluminescentes, tão
em destaque na atualidade. (PINTO, 2013). Já diodo, é todo dispositivo ou componente eletrônico
composto por material semicondutor que é alimentado por uma corrente elétrica que transita por dois
terminais: o cátodo (polo negativo) e o ânodo (polo positivo). (SERBENA, 2013).
Os LEDs são chips eletrônicos baseados em materiais semicondutores que quando energizados
transformam energia elétrica em luz, emitindo luz visível. A emissão de luz se dá por efeito quântico.
(LIMA et al, 2009). Trata-se de diodos semicondutores que emitem luz quando polarizados
diretamente, ou seja, produzem luz apenas pela passagem de uma corrente direta e contínua. O
estímulo causado pela corrente elétrica nesses diodos é unidirecional, isto é, praticamente a luz só é
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produzida se a corrente passar pelo diodo na direção certa, ou seja, do ânodo para o cátodo. (PINTO,
2013).
Diversamente das tecnologias das lâmpadas convencionais, que utilizam filamentos metálicos,
radiação ultravioleta e descarga de gases, nos LEDs a transformação da energia elétrica em energia
luminosa é feita na matéria, constituindo iluminação em estado sólido. A grande diferença entre a
tecnologia a LED e as formas convencionais de iluminação artificial é o modo de gerar a luz: em vez
de produzi-la por aquecimento de material (como ocorre com a lâmpada incandescente) ou pela
ativação de um gás (como ocorre na lâmpada fluorescente), no LED a luz é gerada pela ativação de
material em estado sólido. (SERBENA, 2013).
Durante décadas, os LEDs foram empregados para indicar o estado de funcionamento de
produtos eletroeletrônicos. Tendo adquirido maior potência, foram utilizados posteriormente como
elementos sinalizadores, notadamente na iluminação pública, setor pioneiro na substituição de
lâmpadas convencionais de descarga por LEDs. (LIMA et al, 2009). O desenvolvimento de LEDs com
emissão de luz branca tornou possível outras aplicações a partir dos anos 1990.
Atualmente, os LEDs constituem importante alternativa na iluminação residencial e comercial,
setores que demandam quantidade significativa de energia para a iluminação de ambientes e planos de
trabalho. (KALACHE et al, 2013). Três aspectos contribuíram para tanto: 1) facilidade na substituição
de lâmpadas incandescentes e fluorescentes; 2) obtenção, por meio da utilização de três LEDs
coloridos ou de apenas um LED RGB (que mistura luzes de três fontes monocromáticas: vermelhas,
verdes e azuis), de um feixe luminoso branco ou de qualquer cor intermediária a essas três cores
simplesmente com a alteração da intensidade luminosa de cada LED; e 3) feixe direcionado de luz,
característico dessas lâmpadas, semelhante ao das lâmpadas dicróicas. (PINTO, 2008; KALACHE et
al, 2013).
O uso de LEDs foi expressivamente disseminado a partir de então. No Brasil, sistemas
utilizando essa tecnologia representaram 10% do mercado de iluminação em 2011. No mundo, estima-
se que 75% de todos os projetos de iluminação do mercado utilizem LEDs até 2020 e que os 25%
restantes sejam divididos entre todas as outras tecnologias existentes. (DIAS e COELHO, 2011). Essa
expansão deve-se ao reconhecimento dos LEDs como precursores de uma nova Era no setor de
iluminação artificial graças a benefícios e vantagens perante as fontes convencionais de luz. (GOIS,
2008). Apesar disso, a literatura aponta desvantagens e desafios ainda persistentes consubstanciando
fatores que limitam o uso amplo e irrestrito desses dispositivos. A próxima seção aborda esse tema.
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4. BENEFÍCIOS E FATORES LIMITADORES DO USO DE LEDS
A literatura destaca benefícios e vantagens dos LEDs. Dentre eles: tecnologia inovadora;
aplicação variada e flexibilidade de uso devido às formas e dimensões reduzidas; acionamento
instantâneo e dimerização; durabilidade e longa vida útil, possibilitando menores custos de
manutenção e reposição; qualidade de cor e versatilidade de tons da luz branca; alta eficiência
luminosa, pois são fontes de luz pontuais, com menor perda do que as lâmpadas tradicionais – para
alguns autores, uma lâmpada LED consegue superar a eficiência de uma lâmpada incandescente em
até aproximadamente 40W; variedade e controle de cores; variação da temperatura de cor; pouca
dissipação de calor; maior robustez e melhor rendimento em relação à iluminação convencional.
(BRAGA, 2008; LIMA et al, 2009; FREITAS, 2010; FREITAS, 2011).
Em relação à sustentabilidade, variável fundamental nos atuais sistemas de iluminação
artificial, os LEDs seriam compatíveis com esse conceito. De acordo com a literatura (MOTTA e
AGUILAR, 2009; BRAGA, 2008; NOVOA e TOMIOKA, 2009; LIMA et al, 2009, FREITAS, 2010;
FREITAS, 2011; KAWASAKI, 2011; SERBENA, 2013; RAUTEMBERG, 2014) apresentam
desempenho ambiental superior na comparação com as tecnologias tradicionais de iluminação
artificial, conforme se destaca no Quadro 1.
Usam menor quantidade de material para serem produzidos
Não contêm filamentos ou partes em vidro
Partes componentes são facilmente separáveis e recicláveis
Não emitem substâncias tóxicas ao meio ambiente, por exemplo, de metais nocivos
como o mercúrio
Não produzem radiação ultravioleta e infravermelha
São energeticamente eficientes, propiciando baixo consumo de energia com economia de
até 80% na comparação com outras tecnologias
Possuem fácil integração com tecnologias fotovoltaicas de geração de energia
Seu tamanho reduzido simplifica a movimentação de material de entorno, como
embalagens, transporte, distribuição comercial e logística
Quadro 1: Características de sustentabilidade dos LEDs
O custo da tecnologia a LED, hoje de duas a três vezes superior ao custo das lâmpadas
convencionais, não é fator considerado problema pela literatura, pois seus benefícios, em especial o
alto rendimento e a longa vida útil, criariam um mecanismo de compensação, significando uma relação
custo/benefício equilibrada. Ademais, prevê-se a redução dos preços dos LEDs no curto prazo (haveria
uma tendência natural de baixa quanto ao seu valor no mercado) devido à crescente evolução e
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aperfeiçoamento do espectro de emissão de luz do dispositivo, produção em escala e geração de
cultura de iluminação. (GOIS, 2008; FREITAS, 2010; FREITAS, 2011; RAUTEMBERG, 2014).
Ou seja, os LEDs reuniriam todos os requisitos necessários à substituição dos sistemas
convencionais de iluminação em quaisquer circunstâncias. Em contraponto, a literatura também
observa aspectos negativos e desafios que ainda se impõem à utilização desses dispositivos.
A qualidade da luz emitida pelos LEDs é questionada, pois seria inferior à das lâmpadas
convencionais, podendo alterar a cor dos objetos. (NOVOA e TOMIOKA, 2009). Ademais, tenderia a
ser difusa, não proporcionando iluminação focalizada e incorrendo em perda do fluxo luminoso. Gois
(2008) observa que, atualmente, LEDs de boa qualidade com especificação de 20.000 a 50.000 horas
têm perda de fluxo luminoso de 30%, mesmo parâmetro empregado pelos fabricantes de lâmpadas
tradicionais na definição de sua vida útil.
Em aplicações que exigem iluminação constante (caso dos escritórios e ambientes de trabalho),
com o tempo a luminosidade dos LEDs se degradaria, podendo reduzir-se à metade ao final de sua
vida útil. (BRAGA, 2008). O calor produzido pelo chip, em função do consumo de uma corrente
estabilizada, tornando a dissipação térmica uma barreira técnica para o seu aperfeiçoamento, também
influenciaria na durabilidade desses dispositivos, somente possível com o uso de dissipadores de calor,
em sua maioria de alumínio, considerado um bom condutor térmico. Com um dissipador um pouco
menor do que o recomendado, a vida útil do LED poderia ser afetada, fazendo com que ele não durasse
tanto quanto em condições ideais de aplicação. (GOIS, 2008; FREITAS, 2011).
Há questionamentos quanto ao índice de reprodução de cor, cujo aumento é o foco atual da
indústria dos LEDs: mesmo com um índice de reprodução de cor (IRC) próximo a 80, ainda existiria
um longo caminho para essas lâmpadas chegarem ao patamar das incandescentes, que é de 100.
(RAUTEMBERG, 2014).
Outro ponto diz respeito ao fato de que, se de um lado, sozinho e individualmente, o LED
proporciona baixo consumo de energia, apresentando-se eficiente do ponto de vista energético, por
outro, nas luminárias, onde há diversos desses componentes, a eficiência energética é reduzida,
exatamente como ocorre em relação às fontes tradicionais de iluminação. (GOIS, 2008). Desse modo,
importa menos o quanto se economiza com o LED individualmente e mais o impacto do conjunto no
consumo de energia. (SERBENA, 2013).
As características dos LEDs, tanto em relação ao brilho com o passar do tempo como em
relação à variação da temperatura não seriam tão excelentes a ponto de garantir que esses dispositivos
poderiam ser utilizados sem complicações em qualquer aplicação. (BRAGA, 2008). Quanto à
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temperatura de cor, não haveria maiores obstáculos para o LED atingir temperatura de cor baixa
(2.700º K): o problema ainda seria a relação fluxo luminoso X temperatura de cor. (RAUTEMBERG,
2014).
As lentes das lâmpadas, chamadas de colimadores, podem problematizar o uso de LED, pois
alteram o facho original da lâmpada, concentrando ou difundindo, mais ou menos, a luz. Segundo
Rautemberg (2014), para cada tipo de LED há uma ótica específica. Em uma luminária com a mesma
estrutura, apenas intercambiando lentes obtém-se diversos fachos diferentes. O conjunto ótico precisa
ter qualidade para evitar manchas ou anéis e manter a uniformidade da luz projetada.
Deste modo, há fatores que objetivamente limitam a adoção ampla e indiscriminada dos LEDs
em projetos luminotécnicos. Significa dizer que, apesar dos inegáveis benefícios do LED, nem sempre
a sua adoção será a melhor alternativa de fonte de luz e, em muitos casos, apesar de sua aplicação, o
ambiente pode precisar ainda de uma fonte de luz mais tradicional. Fatores como fluxo luminoso,
índice de reprodução de cores (IRC), temperatura de cor e térmica, entre outros, devem ser
considerados para que a adoção do LED não seja pautada apenas pela economia de energia. Soma-se
isso o fato de a aplicação do LED não raro ser equivocada, pois muitos profissionais ainda não
assimilaram de todo a informação e o conhecimento técnico necessários para a sua utilização.
(FREITAS, 2011).
Assim, é preciso ponderar tanto sobre o uso exclusivo do LED em quaisquer ambientes quanto
sobre a maneira tecnicamente correta de utilizá-lo. Dois estudos realizados em ambiente de escritórios
destacam tais evidências. Eles são apresentados a seguir.
5. RESULTADOS DE DOIS ESTUDOS DE VIABILIDADE DE
IMPLANTAÇÃO DE LEDS EM ESCRITÓRIOS
Moura et al (2012) desenvolveram projeto de iluminação para o Centro de Inteligência
Corporativa (CIC) do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), no Rio de Janeiro. O
espaço, de aproximadamente 350m2, foi idealizado para ser flexível internamente, possibilitando
diferentes composições e permitindo que em sete salas planejadas diferentes arranjos fossem
implementados de acordo com a necessidade de treinamentos, reuniões, seminários e
videoconferências.
O projeto do CIC orientou-se por uma proposta anterior de Moura (2008) para a iluminação de
alguns setores do edifício sede do IBGE e levou em conta os conceitos de eficiência energética e de
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conforto visual. A partir de cálculos que seguiram as normas estabelecidas na NBR 5413, este projeto
de iluminação optou pela utilização da tecnologia LED em combinação com tecnologias convencionai
por considerar-se que a adoção exclusiva de LEDs não resultaria na melhor alternativa técnica para
aplicação no CIC, um ambiente de trabalho.
Na circulação, recepção e cyber café, lâmpadas LED foram utilizadas para iluminação pontual
em combinação com lâmpadas fluorescentes (T5 de 2x28w e temperatura de cor de 3000k para tornar
o ambiente mais quente) visando economia de energia em função da maior permanência de luminárias
acesas em complemento com a iluminação natural, que é intensa ao longo do dia no local. A
iluminação escolhida para esses ambientes permitiu que as luminárias com lâmpadas LED ficassem
acessas praticamente durante o tempo integral de funcionamento dos espaços. Por se mostrarem
duráveis em vida útil, aceitam o movimento de ‘acende e apaga’ sem sofrer impactos. Na iluminação
geral das salas de treinamento utilizou-se luminária T5 de 4x14W para lâmpadas fluorescentes. O
projeto adotou em conjunto rasgos indiretos com lâmpadas T5 de 28W (3 mil K), construindo a luz de
preenchimento de forma indireta na substituição da luz natural em dias nublados e no período noturno.
Essas soluções podem ser observadas no conjunto de Figuras 1.
Figura 1: Soluções de iluminação do CIC (MOURA et al, 2012).
A proposta de iluminação do CIC concluiu que em ambientes de trabalho sistemas de
iluminação eficientes tanto do ponto de vista energético quanto do conforto visual podem combinar
estrategicamente o uso da tecnologia convencional com a tecnologia LED. (MOURA et al, 2012).
O segundo estudo, de Noya et al (2015), traçou uma analogia entre o atual sistema de
iluminação de um prédio público estadual de trabalho com lâmpadas T8 de 16W, largamente utilizadas
em ambientes corporativos, e o sistema que utiliza lâmpadas tubulares LED. O objetivo foi avaliar a
eficiência da iluminância e a qualidade de luz emitida pelas lâmpadas LED, bem como o percentual de
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economia entre os dois tipos de lâmpadas, considerando parâmetros determinados pela NBR ISO/CIE
8995-1, referente à iluminação de ambientes de trabalho. (NOYA et al, 2015).
Para tanto, foram criados dois circuitos independentes no quadro de disjuntores de um dos
pavimentos do edifício. No primeiro, foram instaladas 12 luminárias de embutir (62x62cm) compostas
por aletas reflexivas e quatro lâmpadas fluorescentes em cada luminária. No segundo, foram instaladas
as mesmas quantidades e tipos de luminárias com quatro lâmpadas tubulares LED em cada uma delas.
(Figura 2).
Figura 2: Circuitos 1 e 2 do prédio estadual de trabalho (NOYA et al, 2015).
Para cada circuito, foi instalado um wattímetro, que mediu durante 34 dias o KWh (medida de
energia elétrica consumida por hora) como ilustra a Figura 3.
Figura 3: Instalação do wattímetro nos circuitos (NOYA et al, 2015).
Quanto à eficiência, iluminância e qualidade de luz das lâmpadas LED, os achados de Noya et
al (2015) sinalizaram considerável melhoria na iluminação do ambiente de trabalho, verificada
inclusive pelo relato dos funcionários que ali trabalham. No que respeita ao consumo, os achados
indicaram um percentual de 48% de economia no circuito das lâmpadas tubo LED sobre o circuito das
lâmpadas fluorescentes, confirmando a eficiência econômica desse tipo de iluminação. Os autores
concluíram que o uso do LED demanda cálculos e medições precedentes que permitam afirmar se o
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emprego dessa tecnologia é a melhor solução e a mais apropriada em escritórios e ambientes de
trabalho. (NOYA et al, 2015).
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
É inegável a expansão do uso de LEDs Por seus benefícios, principalmente os econômicos,
esses dispositivos vêm sendo empregados cada vez mais largamente em diferentes ambientes. Na
iluminação de escritórios, contudo, foco da avaliação deste artigo, a utilização exclusiva de LED em
substituição a sistemas convencionais de iluminação nem sempre será a solução mais indicada. Os
resultados dos dois estudos aqui mencionados confirmam tal perspectiva, pois concluíram que em
ambientes de trabalho sistemas de iluminação que combinam tecnologia convencional com tecnologia
a LED podem ser eficientes tanto do ponto de vista energético quanto do conforto visual, necessário ao
cumprimento de tarefas cotidianas.
Outra questão a ser destacada é que, especialmente na iluminação de ambientes corporativos, a
realização prévia de cálculos e medições é relevante, pois orientam a forma tecnicamente correta de
uso desses dispositivos. Muito embora os LEDs possam apresentar significativa economia de consumo
e melhoria na qualidade da luz, nem sempre esse aspecto é considerado nos projetos de iluminação.
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