Zamac: ótima opção para lâmpadas LEDs. Igor Filipi Rezende Silva * O LED como já provou-se na prática possui ótima relação desempenho x consumo de energia, transformando parte da energia em luz visível. Contudo, a maior parte da energia é transformada em calor, o que em grande quantidade prejudica o funcionamento do LED.
Balanço energético dos diferentes tipos de lâmpada Fonte: Adaptado de Energy Star (2012) & Forcolini (2011) Um equívoco comum é pensar que os LEDs não esquentam. Realmente, eles não chegam nem perto da temperatura de uma lâmpada incandescente ou halógena, mas o processo de transmissão de energia ao LED gera calor por efeito Joule, e esse calor deve ser extraído para longe do LED. Para as lâmpadas convencionais isto é mais fácil, pois elas irradiam calor juntamente com a luz emitida. Já os LEDs não irradiam o calor para longe da mesma maneira que uma lâmpada convencional – ao invés disso, o calor tem de ser extraído por um dissipador localizado normalmente na própria carcaça da lâmpada, ou na luminária. O dissipador de calor absorve o calor produzido, e em seguida ele se dissipa no ambiente circundante. Se o dissipador de calor não cumpre o seu trabalho corretamente, o LED superaquece, perde eficiência e provavelmente queima. Para evitar que ocorra essa perda de eficiência e até mesmo a total paralisação da função da mesma, faz-se necessário transferir o calor para o ar da forma mais rápida e eficiente possível.
Lâmpadas LED em metal * Igor Filipi Rezende Silva: Graduado em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de São João del Rei, certificado como Green Belt. Possui 6 anos de experiência na indústria de mineração, siderurgia, metalurgia. Atualmente é Engenheiro de Desenvolvimento de Mercado e Assistência Técnica, responsável por ligas de Zinco para fundição. Antes de ingressar nesse mercado atuou no segmento de Alumínio, em empresa de siderurgia e indústria química.
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A dissipação do calor é especialmente importante nas aplicações que requerem uso por prazos prolongados, e expostos ao tempo, como em iluminação pública, indústrias, faróis de equipamentos, etc. Uma forma muito utilizada para se realizar essa transferência de energia é por meio de dissipadores de metais condutores de calor, como o Zamac. ZAMAC Imagine um processo capaz de transformar um fluido sem formato definido em um componente tri dimensional em apenas alguns segundos. Agora imagine um material que dará a esse componente resistência mecânica comparável ao ferro fundido maleável, rigidez 50x maior que a do Nylon, e condutividade térmica e elétrica superiores à liga de alumínio 380. Tudo isso com tolerâncias dimensionais menores que 40 mícrons e possibilidade de espessura de parede menores que 0,4 mm. Agora imagine esse processo e material combinados, possibilitando a concepção de ilimitados componentes e peças. Essa combinação é possível com as ligas de Zinco para fundição, conhecidas como Zamac. Essas ligas foram desenvolvidas em meados da década de 80, inicialmente para aplicações automotivas. O nome deve-se aos elementos contidos na liga: Zinco, Alumínio, Magnésio e Cobre. O Zamac é econômico e é um material ideal para praticamente todos os tipos de aplicações eletrônicas, incluindo conectores, luminárias e dissipadores de calor para lâmpadas LED. Algumas vantagens na utilização dessa liga:
Baixa temperatura de fusão – menor energia para fusão resultando em mais economia no processo e menos agressividade para o molde na fundição. Alto calor específico – resfriamento mais rápido e menores ciclos de injeção. Ótima precisão de dimensões - contribui para a redução de processos de acabamento. Pode receber acabamentos diversos.
Material versátil O Zamac possui maior resistência mecânica e rigidez se comparados aos outros materiais utilizados em aplicações eletroeletrônicas, tais como plásticos injetados, Alumínio (Al) e Magnésio (Mg) fundidos. Essa liga de Zinco permite a produção de peças com espessura de parede mais finas que as ligas de Al e Mg. Pela melhor fluidez do Zamac, há a possibilidade da produção de peças com geometrias complexas. Ainda, a precisão de dimensões do Zamac é melhor que do Al, normalmente não há geração de rebarbas no produto fundido, e a peça já sai nas características finais, reduzindo custos com as etapas de acabamento. O Zamac oferece a combinação de vantagens estéticas e de alta produtividade, com o excelente desempenho de dissipação de calor.
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Como mostrado anteriormente, as lâmpadas LED geram calor. Se esse calor não for removido, o circuito eletrônico pode apresentar falhas. Como princípio básico, cada 20°C de aumento na temperatura duplica a taxa de falhas em dispositivos semicondutores. A condutividade térmica das ligas de Zinco é superior à de outros metais utilizados na mesma aplicação. A excelente fluidez do Zamac permite formatos complexos, peças mais finas com maiores áreas, o que resulta em aumento da superfície de radiação, e consequente melhor dissipação do calor. Em aplicações eletroeletrônicas pode-se utilizar o Zamac com ou sem tratamento superficial. No entanto, revestimentos metálicos proporcionam às peças de Zamac ganho estético, além de maior resistência a corrosão e abrasão. Em relação às características mecânicas, o Zamac é superior em diversos aspectos:
Possui resistência à tração maior que qualquer outro metal ou plástico utilizado nas mesmas aplicações. A liga possui alta resistência ao impacto chegando a ser 15 vezes a do Alumínio 380. O Zamac possui alongamento superior à 13%. O maior entre qualquer metal fundido. Isso garante facilidades na montagem de itens através de engaste, crivagem, ou outros métodos que demandam elasticidade sob esforço mecânico. O Zamac possui rigidez à torção e flexão até 20% maior que Al 380 e 10 vezes maior que plásticos reforçados. A capacidade de amortecimento do Zamac é três vezes maior que do Al380 à 20°C e vinte vezes maior a 100°C.
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O Zamac possui ótima condutividade elétrica e por ser uma liga não magnética permite a aplicação próxima à sensores magnéticos. A interferência eletromagnética (EMI) é uma propriedade crítica para praticamente todos os materiais aplicados em eletroeletrônicos. A EMI externa deve ser bloqueada para não interferir na performance do equipamento. A EMI gerada pelo próprio produto deve ser bloqueada para não ser dissipada no ambiente. Novas regulamentações em diversos países limitam a EMI radiada por equipamentos eletrônicos como computadores e rádios. Diferente dos metais, os polímeros plásticos são completamente transparentes à radiação eletromagnética. Para prevenir a EMI devem possuir mecanismo de enclausuramento, normalmente feitos de plásticos condutores, que são caros, difíceis de conformar e com acabamento superficial ruim; ou deve ser aplicada uma camada metálica sobre o plástico. Peças estampados ou extrudadas, montadas em partes (modulares), possuem juntas pelas quais a EMI passa facilmente. Para selar esses espaços há necessidade etapas adicionais no processo de fabricação, o que encarece o produto final e diminui a produtividade. O Zamac além de possuir ótima condutividade elétrica (27% IACS), possui uma blindagem inerente da liga para a EMI. A aparência aprimorada das lâmpadas de LED tem efeito significativo na aceitação desses produtos pelo mercado. Conforme aumentar a demanda, maior a possibilidade do Zamac contribuir para desenvolver a tecnologia, já que a fabricação por fundição sob pressão em câmara quente é mais flexível quando comparada aos outros métodos de fabricação com outros materiais.
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BIBLIOGRAFIA Energy Star (2012) & Forcolini (2011) International Zinc Association – the Unseen benefits of Zinc die castings – Michael Bess International Zinc Association (IZA) - Why Zinc Die Casting? 2006 INTERZINC – Designing Zinc Castings for Electronic Applications INTERZINC – Engineering Solutions with Zinc – Casting Case Histories, Volume 7 Number 1