Desde a descoberta da eficácia germicida UV em 1901, a desinfecção ultravioleta tem sido realizada principalmente com lâmpadas de mercúrio de baixa pressão.
O mercúrio está presente nas lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, o que levanta preocupações quanto à contaminação do meio ambiente. Tal como a substituição das lâmpadas fluorescentes por LED, prevê-se que os LED sejam uma tecnologia alternativa ecologicamente benigna. A eficiência dos LED UV é agora inferior à das lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, apesar da sua rápida melhoria anual. Como nenhuma tecnologia substituta foi desenvolvida, as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão estão, portanto, excluídas da Diretiva RoHS para usos específicos até 24 de fevereiro de 2027 (Item 4(a)). Se for demonstrado que não existe tecnologia substituta disponível para além de 2027, esta isenção poderá ser prorrogada. Uma extensão é realmente necessária? Algumas aplicações podem adotar LEDs neste momento, segundo Nichia, e quase todas as aplicações poderão fazê-lo até fevereiro de 2027.
Aqui, Nichia apresenta um exemplo real onde os LEDs UV estão sendo explorados como uma alternativa de desinfecção às lâmpadas de mercúrio de baixa pressão.
Desinfecção de superfícies usando lâmpadas de mercúrio de baixa pressão → Estudos de caso de adoção de LED
A desinfecção de superfícies, a desinfecção do ar através de purificadores e a desinfecção de sistemas de água e esgoto estão incluídas na área de desinfecção UV utilizando lâmpadas de mercúrio de baixa pressão. A limpeza de equipamentos e recipientes da indústria alimentícia é um exemplo comum de desinfecção de superfícies. Nas instalações de processamento de alimentos, os recipientes são preenchidos com alimentos após serem expostos à luz ultravioleta para desinfetar o interior e impedir o crescimento de germes e contaminar os alimentos.
Uma ilustração de recipientes de alimentos expostos à radiação UV:
As lâmpadas de mercúrio de baixa pressão emitem luz ultravioleta acima dos recipientes para desinfetar o interior de muitos recipientes de alimentos de uma só vez. O quartzo fundido deve, portanto, ser usado para cobrir lâmpadas de mercúrio de baixa pressão para evitar a contaminação por mercúrio e a quebra do vidro no caso de a lâmpada falhar.
Uma ilustração da radiação vista de cima:
Em contraste com as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, os LEDs podem ser usados para irradiar apenas o item alvo com luz UV, uma vez que suas configurações e posições podem ser escolhidas e alteradas com precisão, conforme mostrado na imagem de irradiação acima. Por outro lado, as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão emitem luz em todas as direções, expondo os espaços entre os recipientes individuais e a parte traseira das lâmpadas à luz UV extra.
Além disso, como as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão demoram muito para ligar e desligar, elas devem ser mantidas “acesas” o tempo todo. Os LED, por outro lado, ligam/desligam instantaneamente, o que significa que só podem ser ligados quando necessário, reduzindo potencialmente o consumo de energia e as emissões de CO2.
À luz das informações acima mencionadas, os resultados de uma comparação entre LEDs e lâmpadas de mercúrio de baixa pressão são apresentados na tabela a seguir.
Resultado do estudo
A potência de entrada necessária para obter o mesmo efeito de desinfecção nos valores reais neste exemplo de pesquisa é 600W e 312W.
O UV LED 434C da Nichia foi usado para testar a irradiância e a eficiência do LED.
De acordo com a Shikoku Electric Power CO., Inc., o fator de emissão de CO2 para o ano fiscal 2021 é de 0,527 t/MWh.
Em comparação com os LEDs, que têm eficiência de 5,4%, as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão têm eficiência maior, de 22%. No entanto, os LEDs podem utilizar até 90% da irradiação UV que geram, enquanto as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão utilizam apenas 9%. Assim, em comparação com as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, que necessitam de 600W de eletricidade para fornecer o mesmo efeito desinfetante, os LED requerem 312W. Além disso, os LEDs só podem ser ativados quando necessário. Por exemplo, se as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão forem deixadas acesas 18 horas por dia, os LEDs poderão ficar ligados durante 14 horas. Supondo que cada lâmpada seja usada por 300 dias, o consumo de energia das lâmpadas de mercúrio de baixa pressão com 600 W de potência de entrada é de 3,2 MWh anualmente, enquanto os LEDs com 312 W de potência de entrada consomem 1,3 MWh anualmente, uma redução de 60%. Além disso, as emissões de CO2 são calculadas utilizando as emissões de CO2 de 0,527 toneladas por 1 MWh de energia. Os LEDs produzem 0,69 toneladas de CO2 anualmente, em comparação com 1,7 toneladas das lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, o que representa uma redução de 60%.
Roteiro
Resumo
As características dos LEDs, tais como a sua elevada utilização de fluxo radiante através da iluminação selectiva apenas das regiões necessárias e as suas capacidades de ligar/desligar instantâneo, foram utilizadas neste estudo de caso para obter vantagens notáveis. Nichia pode, portanto, mostrar inequivocamente que os LEDs podem servir como uma tecnologia substituta para lâmpadas de mercúrio com baixa pressão.
Além do exemplo acima mencionado, a Nichia colaborará com seus clientes e parceiros para criar projetos que utilizem as características do LED em outras aplicações de desinfecção, como desinfecção de ar e água. A Nichia fará todos os esforços para garantir que a tecnologia LED substitua as lâmpadas de mercúrio de baixa pressão.
Além disso, como afirma o roteiro, o desempenho do LED UV melhorou significativamente nos últimos anos. O progresso tecnológico é rápido devido ao impacto sinérgico das expectativas de desenvolvimento dos LED resultantes das restrições ambientais e da necessidade de combater doenças infecciosas. Em alguns casos, a utilização de LEDs em vez de lâmpadas de mercúrio de baixa pressão já está a ser realizada através do desenvolvimento de um design que capitaliza as capacidades do LED. De acordo com Nichia, isto, juntamente com o impressionante aprimoramento do desempenho fundamental dos LEDs UV, causará uma tendência ainda maior, e os LEDs UV serão amplamente aceitos como substitutos das lâmpadas de mercúrio de baixa pressão em todas as aplicações e domínios de desinfecção. Consequentemente, não haverá necessidade de prorrogar a isenção RoHS para além de 2027.
Além de trabalhar para abordar as preocupações sociais, incluindo o estabelecimento de uma sociedade livre de mercúrio e neutra em carbono, Nichia continuará a melhorar o desempenho dos LEDs.
