Os pesquisadores projetaram um novo farol de trem baseado em LED que usa um décimo da energia necessária para faróis usando fontes de luz convencionais. Se operado 8 horas todos os dias, a economia de eletricidade com o novo design reduziria as emissões do gás de efeito estufa dióxido de carbono em cerca de 152 quilos por ano.

Os faróis dos trens não apenas iluminam os trilhos à frente, eles também desempenham um papel importante no transporte ferroviário. Porque os trens são difíceis de parar, os faróis devem ser visíveis a uma distância suficiente para dar às pessoas ou veículos nas pistas tempo suficiente para se afastarem. Faróis tradicionais de trens, que usam lâmpadas incandescentes ou halógenas, são brilhantes o suficiente para atender aos regulamentos de segurança, mas não são muito eficientes em termos de energia porque a maior parte da energia que alimenta a luz é convertida em calor, em vez de luz visível.

Pesquisadores liderados por Guo-Dung J. Su do Laboratório de Dispositivos de Micro Óptica do Instituto de Pós-Graduação de Fotônica e Optoeletrônica da Universidade Nacional de Taiwan, Taiwan, foram abordados pela empresa de engenharia e design Lab H2 Inc., para projetar faróis de locomotivas que usam LEDs como fonte de luz. Além de exigir menos energia, Os LEDs também duram mais e são menores e mais robustos do que as fontes de luz tradicionais.

"Alguns produtos de faróis de LED vendidos no mercado são projetados com muitos LEDs que têm saídas que se sobrepõem em grandes seções. Esses projetos gastam muita energia, "disse Wei-Lun Liang do Laboratório de Dispositivos de Micro Óptica, que foi fundamental para projetar o novo farol do trem. "Nossa pesquisa mostrou que o uso de eletricidade pode ser reduzido concentrando-se na melhor maneira de distribuir a energia do LED igualmente."

No jornal The Optical Society Óptica Aplicada , Liang e Su relatam um novo projeto de farol de trem baseado em dez LEDs de alta eficiência precisamente posicionados. O projeto usa um total de 20,18 Watts para atingir a mesma intensidade de luz que uma lâmpada incandescente ou halógena que usa várias centenas de watts. O novo farol também pode ser diminuído desligando alguns dos LEDs para evitar cegar os passageiros em espera quando o trem passa por uma plataforma, por exemplo.

Projetando para eficiência energética

Muito parecido com aqueles usados ​​para carros, faróis de trem geralmente combinam uma fonte de luz com uma parabólica, ou em forma de xícara, superfície reflexiva que focaliza a luz emitida em um feixe. Embora os LEDs sejam uma ótima opção para economizar energia, os LEDs com maior eficiência energética emitem pequenos pontos de luz. Por esta razão, os pesquisadores tiveram que combinar as pequenas saídas de vários LEDs de alta eficiência em uma saída circular maior para criar um feixe grande o suficiente para usar como farol de trem.

"Combinar vários LEDs é mais caro e consome mais eletricidade do que usar alguns LEDs únicos, "disse Liang." Assim, precisávamos determinar a melhor maneira de posicionar o menor número possível de LEDs de alta eficiência necessários para atender aos requisitos, analisando como a superfície parabólica refletia as luzes LED. "

O objetivo dos pesquisadores era um farol que fornecesse luz 1,25 vezes o brilho exigido pelos regulamentos federais dos EUA. Esses regulamentos exigem que os faróis do trem tenham uma intensidade de pico de pelo menos 200, 000 candelas e iluminar uma pessoa a pelo menos 250 metros à frente do farol.

O posicionamento dos LEDs para economizar energia e atender às diretrizes federais trouxe vários desafios. Os pesquisadores tiveram que ter cuidado para sobrepor as saídas de LED apenas o suficiente para criar um grande feixe, mas não tanto que mais LEDs, e, portanto, mais energia, seria necessário. Também, os LEDs devem ser colocados longe o suficiente um do outro para que o calor seja dissipado e evite danos ao circuito.

Posicionando os LEDS Para criar um farol de trem de alta eficiência, os pesquisadores usaram dois refletores aluminizados parabólicos semicirculares. Quando usados ​​juntos, os fortes feixes de cada refletor se combinam para gerar a intensidade de luz necessária para atender às diretrizes federais. Este projeto também simplificou a colocação dos circuitos necessários para alimentar os LEDs porque eles poderiam ser alojados no divisor horizontal que separa os refletores.

Para determinar onde colocar os LEDs nos refletores, os pesquisadores primeiro estimaram a melhor localização de cada LED e, em seguida, usaram uma série de testes e simulações para ajustar a posição final de cada LED com base em seu padrão de iluminação correspondente. "Outros cientistas podem usar a equação linear que derivamos para decidir as posições aproximadas dos LEDs para outras aplicações, "disse Liang." Isso pode encurtar substancialmente o tempo necessário para determinar o posicionamento do LED antes de ajustar as posições. "

Os pesquisadores apontam que os faróis normalmente usam uma superfície refletora parabólica completa. "Acreditamos que este seja o primeiro projeto a usar uma combinação de duas superfícies refletoras semiparabólicas, "disse Liang." Ao analisar sistematicamente o design para determinar o melhor posicionamento dos LEDs no refletor, fomos capazes de minimizar o consumo de eletricidade e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos associados à segurança no trânsito. "

Os pesquisadores agora estão trabalhando para transformar seu design em um produto comercial. Mesmo que o novo design exiba baixo consumo de energia, ainda gera algum desperdício de calor. Antes que o projeto possa ser comercializado, os pesquisadores precisarão desenvolver e testar um sistema de dissipação de calor para o novo farol.