Os LEDs (Light Emitting Diodes – Diodos Emissores de Luz) são dispositivos semicondutores que emitem luz a partir de um único comprimento de onda. LEDs visíveis (azuis, verdes e brancos) e infravermelhos tornaram-se lugar-comum na aplicabilidade de muitos eletrônicos e iluminação. A razão para essa substituição na região visível de luz se deve a uma eficiência extremamente alta (de até 80%) e vida útil de cerca de 100.000 horas obtida ao longo das últimas décadas. Os LEDs também podem ser produzidos para emitir luz ultravioleta (UV) no comprimento de onda germicida ideal. LEDs de UV são a onda da geração seguinte na revolução LED, que traz as vantagens dos LEDs às regiões UVA, UVB e UVC do espectro. Muitas pessoas estão familiarizadas com os raios UVB e UVA (ultravioleta) provenientes da luz solar, que bronzeiam e, ao mesmo tempo, causam queimaduras na pele. A luz ultravioleta na extensão do comprimento de onda germicida, ou UVC, de 200 a 400 nm (nanômetros), detém o poder de inativar bactérias, vírus, cistos e mofo do ar, água e superfícies de maneira fácil, segura e eficiente. A desinfecção por UVC é uma técnica validada e garantida de produção de água potável sem o uso de produtos químicos, e tem sido aprovada pelo Departamento de Saúde e Meio Ambiente da Agência de Proteção Ambiental dos EUA. A Agência de Controle de Alimentos e Medicamentos dos EUA aprovou a luz UVC para usos na água na indústria alimentícia, bem como para desinfecção de superfícies.
Tradicionalmente, a luz UVC é gerada com um arco de descarga de alta voltagem, de mercúrio, ou por meio de lâmpadas de amálgama. Estas lâmpadas são ótimas em desinfecção, mas não são “amigas do meio ambiente” e requerem uma configuração e manutenção significantes.
As LEDs são geralmente fabricadas pelo depósito de várias camadas muito finas e altamente cristalinas de várias composições de um substrato cristalino seccionado; essas camadas chamam-se epicamadas. O comprimento de onda emitido por uma LED é definido pelas propriedades materiais das epicamadas. As ligas de nitreto de alumínio (AlN) e nitreto de gálio (GaN) são comumente utilizadas para fabricar lâmpadas LED de UV que emitem luz com comprimento de onda no alcance germicida.
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1. Vantagens operacionais
Pequenas, robustas e que operam com baixa necessidade de energia elétrica, as LEDs UV podem ser fabricadas com um rendimento altamente estável, operando no comprimento de onda ideal para que sejam usadas. Outras vantagens, como a não necessidade de tempo de aquecimento, inexistência de mercúrio e vida útil irrestrita e potencialmente expansiva podem torná-la ideal em relação a soluções de processamento compactas e portáteis.
2. Flexibilidade quanto a uma infinidade de soluções de processamento e sanitização
A lista de usos das lâmpadas de LED UV com certeza vai aumentar. Por exemplo, as LEDs UV podem ser facilmente incorporadas a filtros d’água simples, propiciando uma solução altamente eficiente para requisitos portáteis no que se refere a água, fácil de serem instaladas e usadas com o mínimo de supervisão, manutenção e espaço. Outra característica única da LED é seu funcionamento eficiente em ambientes de câmara fria. Isso foi esmiuçado por cientistas do Departamento de Agricultura dos EUA, que testaram LEDs em uma faixa de 285 e 305 nm quanto à expansão da vida de prateleira de frutas frescas e verduras em geladeiras domésticas. O dobro de vida útil foi conseguido por meio do uso da força de 20mW/m2 das lâmpadas de LED UV. A emissão do comprimento de onda das LEDs pode ser regulada, em termos de design, para compatibilizar com o comprimento de onda mais eficiente à desinfecção em um dado ambiente.
3. Extensão da vida de prateleira e economia de energia
Talvez o uso mais comum das lâmpadas de LED UV seja o de iluminar. De acordo com uma pesquisa da Universidade Estadual do Kansas, um interruptor para lâmpadas LED em unidades de refrigeração pode poupar à indústria cárnea varejista milhões de dólares. Utilizar LEDs economiza energia e aumenta a vida útil da coloração de alguns produtos de carne bovina. Cinco produtos cárneos expostos sob iluminação LED tinham temperatura interna mais fria no produto comparada com luz fluorescente, que auxiliou a aumentar a vida de prateleira. Encaixes melhores de comprimentos de onda podem acarretar uma eficiência maior do sistema e, dessa forma, economizar energia adicional.
4. Potencial de alta eficácia
A fim de transferir a tecnologia obrigatoriamente baseada em mercúrio, as LEDs UV demandam um desenvolvimento mais apurado para aperfeiçoar a eficácia do dispositivo e sua vida útil. Para LEDs que estão emitindo na faixa UVC, a menos de 360 nm, o máximo de eficácia, de longe, esteve na extensão de algumas percentagens. À medida que a eficácia do dispositivo melhorar, as LEDs começarão a substituir o mercado embasado na iluminação de tipo UV por meio de características de custo-benefício maior, alternativa ecologicamente viável para poupar energia e aumento da segurança e vida útil.
