Luzes LED para arena|Sistemas profissionais de iluminação com holofotes para esportes internos
O que éuma luz de arena LED
Uma luz LED para arena é frequentemente uma luminária direcional de alta potência projetada para iluminação de grandes locais-de eventos internos multifuncionais. Esses locais são comumente conhecidos como arenas. São locais onde acontecem esportes, rodeios, shows de animais, shows, circos, feiras e outros eventos públicos e de entretenimento. Uma arena é composta por um palco central ou área de jogo cercada por todos os lados por fileiras de assentos inclinados para os espectadores. O local de alta capacidade de espectadores é utilizado para a prática de esportes de nível profissional. Esses esportes incluem basquete, hóquei no gelo, patinação no gelo, futebol de salão, futebol de arena e vôlei. As arenas são locais de culto para fãs de esportes e amantes da música.
As arenas esportivas costumam ser marcos das áreas metropolitanas. Algumas das arenas cobertas mais famosas do mundo incluem Madison Square Garden (Nova York, EUA), Staples Center (Los Angeles, EUA), Barclays Center (Brooklyn, Nova York, EUA), United Center (Chicago, EUA), American Airlines Center (Dallas, EUA), The Forum (Inglewood, Califórnia, EUA), The O2 Arena (Londres, Reino Unido), Manchester Arena (Manchester, Reino Unido), First Direct Arena (Leeds, Reino Unido), The SSE Hydro (Glasgow, Reino Unido), Lanxess Arena (Colônia, Alemanha), Barclaycard Arena (Hamburgo, Alemanha), Arena Monterrey (Monterrey, México), Bell Centre (Montreal, Canadá), Antwerps Sportpaleis (Antuérpia, Bélgica), Wukesong Arena (Pequim, China), Mercedes-Benz Arena (Xangai, China), Ziggo Dome (Amsterdã, Holanda), Brisbane Entertainment Centre (Boondall, Austrália), Budokan Hall (Tóquio, Japão), Telenor Arena (Fornebu, Noruega), WiZink Center (Madrid, Espanha), Palau Sant Jordi (Barcelona, Espanha), Fernando Buesa Arena (Vitoria-Gasteiz, Espanha), Luna Park (Buenos Aires, Argentina), Mediolanum Forum (Assago, Itália) e AccorArena (Paris, França).
Fundamentos de iluminação
Para garantir a melhor-experiência-dos fãs, a iluminação da arena precisa atender às expectativas. Considera-se que a iluminação de uma arena esportiva coberta tem muitos aspectos em comum com a iluminação de um estádio esportivo ao ar livre. A iluminação projetada tanto para estádios quanto para arenas precisa atender às necessidades visuais dos jogadores, participantes e também dos espectadores que estão mais distantes do campo de jogo. A iluminação-de longo alcance deve fornecer quantidade adequada de iluminância horizontal e vertical para garantir excelente visibilidade para jogadores, espectadores, árbitros e transmissão de televisão.
Criar um ambiente luminoso ideal para eventos esportivos-de alto nível é muito mais do que especificar a quantidade de iluminação. Estas instalações desportivas de Classe I impõem enormes exigências à qualidade da iluminação. Entre os muitos fatores qualitativos de iluminação, a uniformidade da iluminação, que é definida por fatores como taxa de uniformidade (UR, taxa de iluminância máxima e mínima), coeficiente de variação (CV) e gradiente de uniformidade (UG), é particularmente importante para esportes de alta{3}}velocidade e transmissão de TV.
Outros fatores qualitativos de iluminação entram em jogo, incluindo reprodução de cores, contraste de cores, redução de cintilação, modelagem e controle de brilho. A iluminação é uma parte mais integrante das arenas cobertas de hoje do que dos estádios. Isto não se deve simplesmente ao facto de a iluminação eléctrica ser a única fonte destas instalações fechadas e a compactação dos locais interiores exige uma solução de iluminação altamente integrada. Geralmente projetadas como locais-multifuncionais, as arenas têm uma diversidade mais significativa de requisitos de iluminação que atendem a diferentes tipos de eventos. Muitas vezes, estes eventos contam com iluminação para criar efeitos visuais extraordinários e evocar respostas emocionais positivas.
Requisitos de iluminação
Ao sediar eventos esportivos, a iluminação da arena deve satisfazer as necessidades da competição, garantir que os espectadores possam desfrutar de uma experiência de visualização confortável e atender aos requisitos de transmissão televisiva. A quantidade e qualidade necessárias de iluminação em uma arena variam entre os esportes. A iluminação Classe I para esportes de basquete, patinação artística, futebol de salão e futebol de arena requer uma iluminância horizontal de 1250 lx (125 pés), e o CV e UR não devem exceder 0,13 e 1,7:1, respectivamente. A iluminância horizontal, CV e UV recomendadas para o esporte de hóquei no gelo é de 1.500 lx (150 pés), máximo de 0,13 e máximo de 1,5:1, respectivamente. No entanto, para grandes instalações que acomodam um número mínimo de 5.000 espectadores e muitas vezes acomodam uma capacidade de 15.000 a 25.000 espectadores, os critérios de iluminação são geralmente regidos pelas necessidades das câmaras de transmissão.
Para transmissão televisiva de esportes de qualidade, a quantidade e a uniformidade da iluminância nos planos vertical e horizontal devem ser altas o suficiente para que os closes-dos participantes possam ser revelados e a velocidade do-alvo de jogo em movimento rápido não pareça distorcida na tela. Estes requisitos representam um grande desafio para o desempenho e posicionamento das luminárias. Embora as luminárias HID que utilizam lâmpadas de iodetos metálicos de alta potência sejam capazes de fornecer volumes substanciais de lúmens, elas lutam com a distribuição uniforme da luz. Essas luminárias-de fonte única projetam uma quantidade excessiva de iluminância sobre o centro da área para a qual o feixe está direcionado. As áreas mais distantes do centro do feixe estão inadequadamente iluminadas. Para cumprir o requisito de uniformidade, a área inadequadamente iluminada necessita de ser compensada luminosamente pelo feixe de outra luminária, o que resulta num aumento de instalações de luminárias.
A revolução tecnológica
A iluminação esportiva passou por uma transição de HID para LED. A adoção acelerada da tecnologia LED é impulsionada por vários fatores, como maior eficiência energética, alta manipulabilidade óptica, melhor controlabilidade da iluminação, maior vida útil do produto, menores custos de manutenção e menor impacto ambiental. As características físicas e ópticas dos emissores semicondutores oferecem a oportunidade de avançar além dos designs ópticos legados.
As fontes de luz discretas podem ser montadas em grupos para formar um dispositivo de emissão de superfície que, em conjunto com um design óptico eficaz que explora a natureza direcional da emissão de luz LED, é capaz de fornecer distribuição de luz altamente uniforme e precisamente controlável em toda a área alvo. A elevada uniformidade da iluminação não só contribui para a qualidade da iluminação desportiva, mas também permite enormes poupanças de custos devido à redução das instalações de iluminação. Devido às altas potências e ao grande número de instalações normalmente envolvidas, o consumo de energia é uma consideração importante para a iluminação desportiva.
A iluminação LED proporciona enormes poupanças de energia, para além da melhoria da eficiência da fonte. Além da distribuição eficaz da iluminância, a extração eficiente do fluxo luminoso da fonte de luz minimiza as perdas ópticas que, de outra forma, seriam significativamente grandes nos sistemas de iluminação tradicionais. A integração de detecção, inteligência e rede num sistema LED permite que uma tarefa de iluminação seja realizada com o menor consumo de energia possível.
Os sistemas LED podem ser projetados e projetados para desempenhar as funções exigidas sob condições operacionais praticamente controláveis por um período de tempo superior a 50.000 horas com manutenção mínima, o que resulta em enormes economias de custos de manutenção. Embora as lâmpadas de iodetos metálicos de baixa potência possam durar até 20.000 horas, as lâmpadas de maior potência, como as lâmpadas de 1.500 W comumente incorporadas em luminárias de arena, normalmente têm uma expectativa de vida na faixa de 3.000 horas.
A distribuição de energia espectral (SPD) dos LEDs pode ser projetada com precisão para criar luz branca com alta reprodução de cores em qualquer tonalidade. Além disso, a mistura de cores ao nível da luminária pode produzir cores dinâmicas, incluindo brancos sintonizáveis em toda a gama de temperatura de cor correlacionada (CCT) e milhões de cores saturadas. Este nível de controlabilidade espectral proporciona maior flexibilidade de projeto em aplicações de iluminação de arenas que muitas vezes necessitam de cenas de iluminação personalizadas.
Uma obra de engenharia multidimensional
As luzes LED para arena são sistemas altamente projetados que integram vários componentes para produzir luz em pacotes de lúmen entre 30.000 e 200.000 lm por luminária. LEDs são-dispositivos semicondutores acionados por corrente projetados para desempenhar sua capacidade total em um ambiente controlado. Devido às características fotométricas, elétricas e térmicas interdependentes dos LEDs, alcançar altos níveis de eficiência energética e confiabilidade do sistema a partir da iluminação LED envolve um projeto de sistemas complexos e um trabalho de engenharia multidimensional. Os sistemas elétricos, térmicos e mecânicos de uma luminária LED para arena devem funcionar em uníssono para garantir que as tensões ambientais ou operacionais aplicadas aos LEDs estejam sob controle.
O custo inicial de uma luminária LED depende-da eficácia da luminária, da qualidade da cor, do controle de cintilação e da confiabilidade do sistema. As luzes LED para arena são despesas de capital significativas. Isto não ocorre apenas porque são sistemas de iluminação de alta potência, mas também porque precisam ser eficientes e confiáveis. Uma luminária ineficiente de alta potência consome recursos. Grandes instalações desportivas apresentam frequentemente problemas de manutenção desafiantes e o custo de reparação ou substituição de luminárias de alta potência pode ser significativo, pelo que devem ser utilizados sistemas LED de longa{5}}vida útil. Embora o desenvolvimento da tecnologia LED tenha agora atingido um ponto em que o custo é suficientemente acessível para fazer uma mudança, o custo inicial de uma luminária LED de elevado-desempenho e longa{8}}duração ainda é impressionante, mas o que é mais impressionante é o seu elevado retorno sobre o investimento (ROI) e o baixo custo do ciclo de vida.
Projeto e construção
Embora a inovação no designLuzes LED para arenaparece não ter limites, todos os sistemas LED incluem quatro componentes básicos: os LEDs, o sistema óptico, o dissipador de calor e o driver. Normalmente, os LEDs são montados em íntima integração com o sistema óptico e o dissipador de calor para facilitar o controle óptico e o gerenciamento térmico. Em sistemas de alta potência, este tipo de integração pode ocorrer ao nível da luminária ou resultar num sistema modular. A integração-dos três componentes no nível da luminária cria um sistema integrado que produz luz a partir de um único conjunto. Um sistema de iluminação modular consiste em vários motores de luz que são conjuntos de três componentes -LEDs, óptica e dissipador de calor.
As luminárias LED integradas geralmente são sistemas de-baixa potência, mas não é incomum ver sistemas de potência ultra-alta (1000 W+) em um design integrado. A construção modular traz uma quantidade significativa de opções e personalizações para configurações de luminárias e facilita atualizações de luminárias à medida que a tecnologia LED avança ao longo do tempo. Um grande número de luminárias LED de ultra{6}}alta potência são projetadas como sistemas modulares. O driver ou drivers de LED geralmente são montados externamente. Uma luz de arena LED integrada pode incorporar o driver de LED no gabinete da luminária, mas deve ser fornecido isolamento térmico adequado para evitar que a carga térmica do sistema LED de alta potência degrade os componentes-sensíveis à temperatura do circuito.
Fonte de luz
As luzes LED para arena aproveitam os pacotes de LED de alta potência para fornecer uma quantidade impressionante de luz. O uso de substrato cerâmico reduz drasticamente a resistência térmica da embalagem e permite que o chip LED opere em alta densidade de potência. Os LEDs de pacote em escala de chip (CSP) reduzem ainda mais a resistência térmica, removendo o máximo possível de elementos de embalagem encontrados em pacotes de LED convencionais, resultando em pontos de falha reduzidos e um caminho térmico reduzido. Os LEDs CSP estão entrando em aplicações de alta potência.
Apesar de sua menor eficiência luminosa em comparação com os LEDs PLCC de potência média-, os LEDs de alta potência-baseados em cerâmica e os LEDs CSP flip{2}}chip podem fornecer excelente manutenção de lúmen sob tensões térmicas e elétricas que são esmagadoras para os LEDs de-potência média. LEDs-de potência média são embalagens inerentemente plásticas. Os materiais de construção são propensos à degradação térmica e fotográfica. A descoloração resultante causa mudança de cor e depreciação do lúmen.
Embora diferentes plataformas de pacotes de LED criem LEDs com diferentes níveis de eficácia luminosa, densidade de lúmen e confiabilidade, as características de cor dos LEDs são definidas por suas composições espectrais. As temperaturas de cor correlacionadas (CCTs) dos sistemas de iluminação desportiva estão geralmente no lado frio da escala Kelvin (acima de 4000K). O azul realçado no espectro da luz branca fria pode estimular os participantes ao estado de alerta e à atividade. Fatores económicos também entram em jogo na seleção da CCT. LEDs-CCT mais altos têm maior eficácia do que LEDs-CCT mais baixos porque sofrem menos perdas de Stokes durante o processo de conversão descendente-espectral na camada de fósforo e o SPD resultante melhora a conversão pela sensibilidade do olho. Para atender ao requisito de flexibilidade no ajuste do ambiente para espaços-multiuso, as luzes LED para arena podem ser projetadas como sistemas brancos ajustáveis ou sistemas misturadores de cores RGBW/RGBA.
Pelas mesmas razões, o desempenho de reprodução de cores dos LEDs também está em desvantagem-com a eficácia luminosa. Em aplicações-de ponta, o índice de reprodução de cores (CRI) ou a métrica de cores avaliada por um método mais preciso (por exemplo, o IES TM-30-18) geralmente está na faixa premium. Para que o sensor de imagem HD da câmera de vídeo capture uma imagem de alta fidelidade, a fonte de luz deve ser avaliada quanto à sua compatibilidade espectral com os sensores de imagem e garantir que o índice de consistência de iluminação da televisão (TLCI) não seja inferior a 85.
Engenharia térmica
O gerenciamento térmico é um dos principais componentes do projeto deLuzes LED para arena.Os LEDs geram uma quantidade substancial de calor na junção semicondutora e na camada de fósforo. Uma luminária LED de alta potência incorpora um grande número de pacotes de LED de alta densidade de potência que não apenas fornecem alta saída de lúmen, mas também criam grandes volumes de calor. O desempenho dos LEDs está vinculado às temperaturas de junção. O superaquecimento da junção semicondutora e da estrutura circundante de um pacote de LED pode acelerar a nucleação e o crescimento de deslocamentos de fio na região ativa do diodo e causar degradação térmica do fósforo. A operação de LEDs em altas temperaturas de junção eventualmente leva à redução da eficiência do dispositivo (depreciação do lúmen), vida útil reduzida ou falha catastrófica do dispositivo devido à fuga térmica. Portanto, o calor residual gerado dentro dos pacotes semicondutores deve ser transferido para o ar ambiente através de todos os elementos de dissipação de calor que compõem o caminho térmico.
Para reduzir a temperatura da junção, cada resistência térmica no caminho da junção do LED até o ar ambiente deve ser minimizada. O motor leve de alta potência de umLuz LED para arenaproduz uma carga térmica consideravelmente grande. As taxas de transferência de calor do caminho térmico do sistema devem ultrapassar a taxa de carga para evitar o acúmulo de calor. A construção de um caminho térmico robusto exige a formação de interconexões de alta confiabilidade e alta temperatura operacional, bem como o uso de uma placa de circuito impresso com núcleo metálico (MCPCB) com alta condutividade térmica, rigidez dielétrica e resistividade de volume muito altas.
O design do dissipador de calor é decisivo no gerenciamento térmico. A maioria das luzes LED de arena usa dissipadores de calor passivos que dependem da física para dissipar o calor. O dissipador de calor é normalmente construído em alumínio fundido, forjado a frio ou extrudado e forma uma peça com a carcaça para melhorar a condução térmica e a convecção. O dissipador de calor deve ter volume físico suficiente para absorver o calor gerado pelos LEDs e fornecer uma área de superfície adequada para maximizar o contato com o ar circundante para um resfriamento convectivo eficiente. Quando há restrições físicas no projeto do dissipador de calor, tubos de calor podem ser adicionados aos dissipadores de calor de alumínio para aumentar a capacidade de resfriamento.
Engenharia óptica
Luzes LED para arenageralmente são projetados como sistemas de iluminação com holofotes orientáveis porque geralmente são montados no alto do perímetro distante da quadra. Os holofotes para iluminação de arenas esportivas vêm em distribuições de luz desde feixe estreito (para iluminar áreas de jogo à distância ou modelagem) até feixe largo (para iluminar áreas próximas-). As vigas podem ter padrões simétricos, assimétricos ou retangulares.
Um sistema óptico de alto desempenho é muitas vezes uma parte tão importante de uma luminária LED quanto o driver e o dissipador de calor. O sistema óptico deve permitir uma distribuição de luz mais uniforme, o que é fundamental para o desempenho visual dos jogadores e para a qualidade da transmissão televisiva. Deve também contribuir para o controle da luz intrusiva que incide fora da área a ser iluminada e causa desconforto visual aos jogadores e espectadores. Outro objectivo importante do design óptico é alcançar a maior eficiência de utilização possível (a relação entre a luz emitida por uma luminária e a luz emitida pela sua fonte de luz). Melhorar a eficiência da entrega óptica é significativo para aplicações de alta potência porque cada porcentagem de perdas ópticas significa um grande desperdício de energia.
A maneira mais eficiente de fornecer controle óptico preciso e eficiente para LEDs é usar lentes ópticas projetadas de forma personalizada para regulação óptica do fluxo luminoso de cada LED individual. Para maximizar a eficiência óptica, a óptica deve estar em contato próximo com os LEDs de alta potência. No entanto, as lentes ópticas são geralmente moldadas por injeção de acrílico ou policarbonato. O calor do chip LED mais o calor gerado na matriz de fósforo (calor de Stokes) cria altas tensões térmicas.
Lentes acrílicas, portanto, não devem ser usadas em sistemas LED de alta potência devido à sua baixa estabilidade térmica. Embora as lentes de policarbonato tenham melhor estabilidade térmica, seu desempenho-de longo prazo deve ser cuidadosamente avaliado, pois as temperaturas da superfície dos LEDs de alta potência às vezes podem ser muito altas para serem suportadas pela óptica. Óticas alternativas, como lentes feitas de silicone e vidro ou refletores de alumínio projetados com precisão, são utilizadas em aplicações termicamente desafiadoras.
Circuito de driver e controle
O driver de LED é o componente que regula a energia dos LEDs. Uma das variantes de desempenho mais importantes para um driver de LED é a qualidade e consistência da tensão de saída CC. O dispositivo eletrônico deve fornecer uma regulação de carga rígida para fornecer uma quantidade e qualidade constantes de energia aos LEDs. Ele também lida com flutuações de tensão-de linha, fornece redução de harmônicos e correção do fator de potência (PFC) e protege os LEDs contra condições operacionais anormais enquanto converte a energia CA de entrada em energia CC.
Drivers de LED projetados para uso em alta potênciaLuzes LED para arenanormalmente adotam uma solução de dois-estágios para realizar conversão de energia de alta eficiência, obter alta imunidade a surtos e reduzir a ondulação na corrente do LED. Esses recursos do dispositivo são cruciais para a operação eficiente, confiável e sem cintilação-dos sistemas de iluminação.
O controle de cintilação é especialmente uma prioridade em aplicações de iluminação esportiva Classe I. A oscilação da iluminação pode não apenas causar visão turva, fadiga ocular e percepção visual prejudicada, o que afeta o desempenho do jogador, mas também pode causar efeitos estroboscópicos que podem distorcer a percepção visual de objetos-que se movem rapidamente. As câmeras de vídeo são altamente sensíveis à cintilação. A presença de cintilação pode afetar a qualidade de replays em câmera super{4}}lenta-durante a transmissão em HDTV. A cintilação ocorre quando há ondulações suficientemente grandes na corrente CC fornecida aos LEDs.
Um driver de LED de dois-estágios fornece supressão da forma de onda alternada após a retificação e suaviza a ondulação da corrente de saída entregue à carga, o que permite uma iluminação-sem cintilação. O design do circuito driver também determina a controlabilidade de uma luminária LED.
Muitos drivers permitem dimerização PWM ou CCR dos LEDs conectados e aceitam entrada de controle de um controlador de luz que se comunica com o driver usando 0-10VDC, DALI, DMX ou um protocolo de rede sem fio.
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