Princípios básicos da técnica de iluminação

A técnica de iluminação desempenha um papel muito importante nos veículos motorizados no que diz respeito à própria segurança e à dos outros usuários da estrada. Nessa página explicamos os conceitos básicos da técnica de iluminação automotiva e mostramos a estrutura e função das fontes de luz mais comuns. Por último, mas não menos importante, você vai encontrar abaixo as razões para a falha das fontes de luz e dicas práticas para a substituição.

As seguintes informações técnicas e dicas práticas foram elaboradas pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste web site apenas devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Unidades de medida de luz

Em seguida, você encontra uma vista geral dos mais importantes termos básicos da técnica de iluminação e respectivas unidades de medida, para avaliar as propriedades das lâmpadas e lanternas:

Técnica de iluminação — Unidades: fluxo luminoso

Fluxo luminoso Φ

Unidade: Lúmen [lm]

Por fluxo luminoso F se designa toda a potência luminosa irradiada por uma fonte de luz

Técnica de iluminação — Unidades: intensidade luminosa

Intensidade luminosa I

Unidade: Candela [cd]

A intensidade luminosa é a parte do fluxo luminoso que é irradiada em uma determinada direção.

Técnica de iluminação — Unidades: iluminância

Iluminância E

Unidade: Lux [lx]

A iluminância E descreve a relação entre o fluxo luminoso e a superfície iluminada.

A iluminância é de 1 lx se um fluxo luminoso de 1 lm incidir uniformemente sobre uma superfície de 1 m².

Técnica de iluminação — Unidades: luminância

Luminância L

Unidade: Candela por metro quadrado [cd/m2]

A luminância L descreve a percepção do olho humano da claridade de uma superfície luminosa ou iluminada.

Eficiência luminosa ŋ

Unidade: Lúmen por Watt [lm/W]

A eficiência luminosa h indica com que fator econômico a potência elétrica consumida é convertida em luz.

Temperatura da cor K

Unidade: Kelvin [K]

Kelvin é a unidade da temperatura da cor. Quanto mais alta for a temperatura de uma fonte de luz, maior é o teor azul do espectro visível da cor e menor é o espectro vermelho.

Uma lâmpada incandescente com luz branca quente tem uma temperatura de cor de aprox. 2.700 K. Uma lâmpada de descarga de gás (D2S) com 4.250 K tem, em contrapartida, uma luz branca fria, cuja cor se aproxima da luz natural diurna (aprox. 5.600 K).

Fontes de luz

As fontes de luz são irradiadores de temperatura que produzem luz através de energia térmica. Isso significa que, quanto mais uma fonte de luz for aquecida, maior será a intensidade luminosa.

No entanto, o baixo grau de rendimento dos irradiadores de temperatura (8% de radiação luminosa) é de baixa eficiência luminosa em relação às lâmpadas de descarga de gás (28% de radiação luminosa). Ultimamente estão sendo usados cada vez mais LEDs como fonte de luz nos veículos motorizados.

Lâmpada incandescente

Lâmpadas incandescentes (lâmpadas de vácuo) pertencem ao grupo dos irradiadores de temperatura, uma vez que o filamento incandescente de tungstênio é colocado em estado de incandescência através da alimentação de energia elétrica.

Conforme referido, a eficiência luminosa de uma lâmpada padrão é comparativamente baixa. Além disso, a evaporação de partículas de tungstênio (que pode ser identificada pelo enegrecimento da lâmpada) reduz todos os valores técnicos de iluminação, bem como a vida útil das lâmpadas.

Lâmpada de halogêneo

A lâmpada de halogêneo oferece vantagens substanciais em relação à lâmpada incandescente clássica. Através da adição de pequenas quantidades de átomos de halogêneo como, por exemplo iodo, é possível reduzir o enegrecimento do bulbo da lâmpada.

Através do chamado "ciclo", as lâmpadas de halogêneo com o mesmo tempo de vida útil podem ser operadas a temperaturas superiores e oferecem, respectivamente, um grau de rendimento mais elevado.

Ciclo de uma lâmpada de halogêneo

A incandescência do filamento de tungstênio é atingida através da alimentação de energia elétrica. Em consequência, é causada a evaporação de metal do filamento. Devido a um enchimento de halogêneo (iodo ou bromo) na lâmpada, as temperaturas do filamento aumentam até próximo do ponto de fusão do tungstênio (cerca de 3.400 °C).

Dessa forma é produzida uma elevada eficiência luminosa. O tungstênio evaporado se une, na proximidade imediata da parede quente do bulbo, com o gás de enchimento formando um gás (tungstênio-halogeneto) translúcido. No entanto, se o gás se aproximar novamente do filamento, esse sofre uma decomposição devido à elevada temperatura do filamento, formando uma camada uniforme de tungstênio.

Para que o ciclo se mantenha, a temperatura exterior do bulbo deve ser de 300 °C. O bulbo em vidro de quartzo deve envolver o filamento de um modo muito próximo.
Outra vantagem é que se pode trabalhar com uma pressão de enchimento mais elevada contrariando, desse modo, a evaporação do tungstênio.

De igual modo, a composição do gás no bulbo é fortemente responsável pela eficiência luminosa. Através do uso de pequenas quantidades de gases nobres, por exemplo, xênon, é reduzida a dissipação do calor do filamento.

Existem dois tipos distintos de lâmpadas de halogêneo. As lâmpadas H1, H3, H7, H9, H11, HB3 têm somente um filamento incandescente. Essas são usadas para luz baixa e luz alta. A lâmpada H4 tem dois filamentos incandescentes, uma para luz baixa e outro para luz alta.

O filamento incandescente para a luz baixa está equipado com uma capa antiofuscamento. Essa tem a função de cobrir a parte de luz ofuscante e de criar o limite claro/escuro.

As lâmpadas H1+30/50/90 e H4+30/50/90 são desenvolvimentos das convencionais lâmpadas incandescentes H1 ou H4 com enchimento de gás de proteção.

Vantagens/diferenças da lâmpada de halogêneo em relação à lâmpada padrão

Filamento incandescente mais fino
Pode funcionar a temperaturas mais elevadas
Luminância mais elevada, até 30/50/90% superior, entre
50 e 100 metros à frente do automóvel e um aumento máximo de 20 metros da iluminação da pista de rolamento
Maior segurança de condução à noite e com más condições climatéricas

As lâmpadas H7 dispõem, em comparação com as lâmpadas H1, uma luminância mais elevada, um consumo mais reduzido e uma melhor qualidade da luz. Essas estão igualmente disponíveis nas versões H7+30/50/90.

Lâmpadas de halogêneo com aparência azul

Desde há algum tempo estão disponíveis lâmpadas de halogêneo com aparência azul. Em comparação com as lâmpadas de halogêneo convencionais, essas lâmpadas têm uma aparência azul/branca (de até 4.000 K) sendo, portanto, mais parecidas com a luz diurna. O olho interpreta a luz de forma mais clara e com mais contraste. Essa luz tem o objetivo de reduzir a fadiga do motorista. Contudo, essa impressão é subjetiva.

No entanto, quem pretender a eficiência luminosa máxima está mais bem servido com as lâmpadas +30/50/90.

Lanternas indicadoras de direção

Até agora, as lanternas indicadoras de direção estavam equipadas com bulbos pintados de amarelo. Para os motoristas com gosto especial pelo design existem ainda as lâmpadas Magic-Star. Em estado desligado são praticamente imperceptíveis no refletor prateado. Somente quando ligadas é que emitem a luz amarela característica, na intensidade habitual.

Através da aplicação de várias camadas de interferência no bulbo são eliminadas determinadas partes do espectro de luz, que são produzidas pelo filamento incandescente. Somente a cor amarela penetra as camadas e é visível.

Lâmpadas de descarga de gás

As lâmpadas de descarga de gás produzem luz segundo o princípio físico da descarga elétrica. Através da aplicação de uma tensão de ignição pelo reator (até 23 kV na 3.ª geração de reatores HELLA), o gás é ionizado entre os elétrodos da lâmpada (enchimento com gás nobre de xênon e uma mistura de metais e haletos metálicos) e com o auxílio de um arco elétrico, é provocada a iluminação.

Durante a alimentação controlada de corrente alternada (aprox. 400 Hz), as substâncias líquidas e sólidas evaporam devido às temperaturas elevadas. A lâmpada atinge sua claridade máxima somente após alguns segundos, quando todos os compósitos estiverem ionizados.

De modo a impedir a destruição da lâmpada, devido a um aumento descontrolado da corrente, essa é limitada por um reator. Assim que for alcançada a máxima eficiência luminosa, somente é necessária uma tensão de funcionamento (não a tensão de ignição) de 85 V, para que o processo físico se mantenha ativo. O fluxo luminoso, eficiência luminosa, luminância e a vida útil são muito melhores do que nas lâmpadas de halogêneo.

As lâmpadas de descarga de gás são categorizadas de acordo com a respectiva versão de desenvolvimento: D1, D2, D3 e D4. "D", nesse caso, representa o termo "Discharge" que é a palavra inglesa para descarga. Por vezes, as gerações se distinguem substancialmente. Assim, as lâmpadas D1 — as queimadoras originais de xênon — dispõem de uma peça de ignição integrada. As lâmpadas D2, por sua vez, são compostas pelo queimador com casquilho e, contrariamente a todas as outras fases de desenvolvimento da lâmpada de descarga de gás automotiva, não dispõem de um bulbo protetor em vidro em torno do tubo de descarga. Todos os restantes desenvolvimento estão equipados com um bulbo protetor UV e são muito mais resistentes e estáveis em termos construtivos.

Frequentemente, a lâmpada D1 antiga é confundida com a lâmpada D1-S/R atual, com módulo de ignição integrado. As novas lâmpadas D3 e D4, que vieram substituir as lâmpadas D1 e D2, permitem reduzir o impacto ambiental e eliminar o uso de mercúrio. Devido aos diferentes parâmetros elétricos (42 V em detrimento de 85 V de tensão do queimador com a mesma eficiência), as lâmpadas D3 ou D4 não podem ser operadas com os módulos de comando para as lâmpadas D1 ou D2.

Comparação do filamento incandescente (halogêneo) / Arco de luz da lâmpada de descarga de gás (xênon)

Comparação do filamento incandescente e do arco de luz de xênon

	Lâmpada incandescente de halogêneo (H7)	Lâmpada de descarga de gás
Fonte de luz	Filamento incandescente	Arco de luz
Luminância	1.450 cd/m2	3.000 cd/m2
Potência	55 W	35 W
Balanço de energia	8% de radiação luminosa 92% de radiação térmica	28% de radiação luminosa 58% de radiação térmica 14% de radiação UV
Vida útil	Aprox. 500 h	2.500 h
Resistente a vibrações	Condicionalmente	Sim
Tensão de ignição	Não	Sim 23.000 V (3.ª geração)
Eletrônica de regulagem	Não	Sim

Lâmpada para veículo motorizado — As lâmpadas de veículos motorizados devem estar normalizadas em conformidade com a norma ECE-R37 ou R99. Desse modo, pretende-se possibilitar a substituição das lâmpadas e evitar a troca com outras lâmpadas.

As lâmpadas contêm as seguintes inscrições

Nome do fabricante
6 ou 6 V, 12 ou 12 V, 24 ou 24 V representam a tensão nominal, segundo o regulamento ECE 37.
H1, H4, H7, P21 W representam a designação internacional da categoria das lâmpadas, normalizadas segundo ECE, p. ex. 55 W.
E1 indica em que país a fonte de luz foi testada e aprovada. O número 1 representa a Alemanha.
"DOT" significa que o produto está aprovado para o mercado americano.
"U" significa lâmpadas com níveis de UV reduzidos, nos termos da norma ECE. Essas lâmpadas são, p. ex., usadas nos faróis com vidros de remate de plástico.
O símbolo de autorização atribuído pela respectiva autoridade competente, por exemplo, E1 (Kraftfahrtbundesamt em Flensburg) se encontra igualmente na lâmpada e pode ser 37 R (E1) + um número de cinco dígitos ou simplesmente (E1) + um número de três dígitos (também caracteres alfanuméricos, ver fig.).
A maioria das lâmpadas está munida de um símbolo codificado do fabricante. Esse símbolo permite a rastreabilidade do fabricante.
Visto que nem todas as lâmpadas têm espaço suficiente para a simbologia, o legislador exige somente as seguintes informações: fabricante, potência, símbolo de controle e de homologação.

Fatores de influência sobre uma fonte de luz

Apesar da regeneração dentro da lâmpada incandescente, o filamento de tungstênio sofre um desgaste gradual e reduz a vida útil da lâmpada.

Fatores de influência: lâmpada de halogêneo

Fatores de influência negativos

Cargas mecânicas provocadas por choques e vibrações
Temperaturas elevadas
Processo de ligamento
Picos de tensão
Tensão de bordo excessiva
Luminância elevada devido à densidade
extrema do filamento

Fatores de influência positivos

Pressão de enchimento
Gás de enchimento

A vida útil e a eficiência luminosa dependem, entre outros, fortemente da tensão de alimentação.

A regra é: se aumentarmos a tensão de alimentação de uma lâmpada em 5%, o fluxo luminoso aumenta em 20%, mas simultaneamente a vida útil é reduzida em metade.

Fatores de influência: diagrama da vida útil e aumento da tensão

Por esse motivo, em alguns tipos de veículo foram usados pré-resistores, a fim de evitar que a tensão de alimentação de 13,2 V fosse excedida. Nos veículos modernos, a adaptação da tensão é assegurada através da modulação da largura de pulso.

A situação é inversa em caso de subtensão, por exemplo, causada por um alternador com defeito. Nesse caso, a luz tem uma quota de cor vermelha muito maior e a eficiência luminosa é respectivamente mais baixa.

Técnica de iluminação, Dicas — Fontes de luz

Para a ignição, os faróis de xênon precisam de uma alta tensão e, por esse motivo, deve se retirar impreterivelmente a ficha da alimentação da tensão do reator, antes de se iniciarem os trabalhos nos faróis.
Durante a colocação de uma nova lâmpada , não se deve tocar no bulbo, visto que as impressões digitais são "queimadas" e provocam turvações.
Se uma lâmpada de xênon partir em um recinto fechado (oficina), esse espaço deve ser arejado para evitar que os gases tóxicos causem danos de saúde. As lâmpadas de xênon D3 e D4 já não contêm mercúrio e são assim mais amigas do ambiente.
As lâmpadas incandescentes e de halogêneo padrão não contêm quaisquer componentes e materiais nocivos para o meio ambiente e podem ser descartadas no lixo doméstico normal.
As lâmpadas de xênon são resíduos especiais. Se a lâmpada estiver com defeito, mas o bulbo de vidro ainda estiver intato, ela deve ser descartada como resíduo especial, visto que a mistura de gás/vapores metálicos contém mercúrio e é muito tóxica, se inalada. Se o bulbo de vidro estiver destruído, p. ex., devido a um acidente, a lâmpada de xênon pode ser descartada no lixo doméstico, visto que o mercúrio já se dissipou.
Nas lâmpadas de xênon D3 e D4, o mercúrio foi substituído por iodeto de zinco, que não é tóxico. Essas lâmpadas podem ser descartadas no lixo doméstico normal.
O código de resíduo para o descarte é: 060404.
Para os LEDs não serão fornecidas dicas especiais porque, por norma, eles não são substituíveis.

Não ajuda em nada

Muito útil

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