Por: Marcos de Oliveira Santos
Introdução
A ideia deste artigo é explorar um tema intrigante e complexo: os impactos das variações de luminância na saúde e no bem-estar das pessoas, agora acrescidos de uma nova e decisiva variável — a frequência da luz, medida em ciclos por segundo (Hz).
Neste artigo, você vai compreender o que é o flicker, como ele se manifesta, seus principais riscos à saúde, as normas internacionais que orientam sua medição e, sobretudo, as melhores práticas para evitá-lo em seus projetos de iluminação profissional.
A cintilação, também conhecida nos meios técnicos pelo seu nome em inglês “flicker”, é o efeito de oscilação da amplitude do fluxo luminoso ou flutuação das luminâncias em um determinado período ou frequência. Se trata de um fenômeno que dá a sensação de que a fonte de luz está piscando com uma certa rapidez que eventualmente causa incômodo, dependendo da sensibilidade do indivíduo. O ser humano percebe a cintilação de fontes de luz geralmente quando a frequência de oscilação é menor que 80 Hz ou vezes por segundo, que passa então a ser denominado flicker de baixa frequência. Acima de 80 Hz, há uma “fronteira de fusão do flicker”, até aproximadamente 100 Hz, onde não há percepção visual desta perturbação, mas o cérebro também pode reagir a estes estímulos, pelo que se pode descrever como sendo efeitos não visuais de luz oscilante.
Cintilação e distúrbios de saúde
De acordo com SCOPACASA (2016), “o flicker de baixa frequência pode induzir a convulsões em pessoas com epilepsia fotossensível e pode também causar dores de cabeça, fadiga, visão turva e consequente redução do nível de desempenho.” Estes possíveis distúrbios podem variar de indivíduo para indivíduo. Além disso, o flicker pode não ser o único elemento causador de uma situação delicada de saúde, pois há relatos de eventuais associações com outras variáveis do ambiente, geralmente em espaços internos, como por exemplo: cores vivas ou luminância excessiva causada por revestimentos com padrões de alto contraste.
Todas as considerações sobre a sensibilidade relacionadas com a exposição à luz, indicadas no artigo da edição anterior sobre ofuscamento, podem valer em princípio para distúrbios relacionados com a oscilação de luminâncias. Os eventos de mal-estar e a perda de produtividade podem estar relacionadas tanto com o ofuscamento elevado quanto com a oscilação de luz em baixa frequência. Além destas situações adversas mais comuns, a maior preocupação recai sobre os casos de epilepsia mencionados aqui. Ainda que muito raros, torna-se importante conhecer um pouco mais sobre esta enfermidade.
Epilepsia fotossensível
Estimativas da OMS dão conta que há entre 1,5 e 2,5 milhões de pessoas no mundo cujos casos de epilepsia estão relacionados com a fotossensibilidade
A OMS (2019) estima que há 50 milhões de pessoas no mundo que sofrem de epilepsia, doença crônica manifestada por eventos periódicos e temporários de perda de controle motor e cognitivo durante convulsões causadas por descargas elétricas excessivas entre as células do cérebro. Há várias origens para estes ataques epilépticos, entre elas: congênitas, genéticas, infecciosas, autoimunes, por acidentes vasculares cerebrais ou durante o parto, tumores ou traumatismo craniano. BULLOCK (2017) informa que 3 a 5% das pessoas epilépticas são fotossensíveis (figura 1), ou seja, suas convulsões podem ser ativadas com algum tipo de distúrbio luminoso, que pode ser flicker visível ou não (no seu limiar de frequência), mas também movimentos luminosos provocados por telas de TV ou computador e grandes contrastes de luminância. A EPILEPSY FOUNDATION (2020) alerta para o fato de que: “nem todos os televisores, videogames, monitores de computador e luzes estroboscópicas desencadeiam convulsões. Mesmo em indivíduos predispostos, muitos fatores devem se combinar para desencadear a reação fotossensível. Exemplos incluem: frequência do flash (ou seja, quão rapidamente a luz está piscando), brilho, contraste com a iluminação de fundo, distância entre o espectador e a fonte de luz, comprimento de onda da luz e se os olhos de uma pessoa estão abertos ou fechados.”
Um caso excepcional relacionado com mudanças bruscas de luminância em baixa frequência ficou conhecido como o “Efeito Pokémon”. Muitos relatos sobre o caso podem ser encontrados na internet. O que melhor explica este efeito do ponto de vista de flicker é o relato da empresa DIAL (2016) a seguir: “durante a transmissão da série de desenho animado “Pokémon” no Japão no final de 1997 houve uma cena com estímulos visuais muito fortes que durou quatro minutos. O programa continha cenários onde o fundo vermelho se alterava para azul sobre uma grande área em uma frequência de aproximadamente 12 Hz. Como resultado desta transmissão, 700 casos conhecidos de convulsões epilépticas foram registrados, 650 deles entre crianças.”
Ambientes de estudo e convivência requerem atenção especial com equipamentos de iluminação isentos de flicker, principalmente se contarem com dispositivos de dimerização. Fonte: Licht.de.
TLA ou TLM – três efeitos parecidos
Além do flicker, há dois outros tipos de oscilação relacionados com a luz: o “efeito estroboscópico” e “efeito fantasma”. Ambos ocorrem na faixa de frequência entre aproximadamente 80 e 2000 Hz. O efeito estroboscópico (figura 3) ocorre quando a frequência da oscilação da luz coincide com a frequência de movimento de outros equipamentos ao seu redor, com um motor ou roda. Esta coincidência de frequência provoca a percepção humana equivocada de que “paralisação” ou “lentidão” de movimento do objeto (altamente perigoso, pois pode causar acidentes). O efeito fantasma (figura 4) provém do rápido movimento da fonte de luz em uma determinada direção, causando a sensação de que há várias fontes de luz remanescentes ao longo da sua passagem.
Exemplo de efeito estroboscópico gerado por momento de objetos iluminados com fontes de luz de baixa frequência.
Efeito fantasma gerado por momento brusco de uma fonte de luz.
O conjunto destes três efeitos ganhou a denominação em inglês TLA (temporary light artifacts) ou TLM (temporary light modulation), cuja tradução aproximada seria “efeitos de luz momentâneos que ocorrem em determinadas frequências”. É comum encontrar o termo Flicker/TLA na literatura sobre o tema para indicar o fenômeno de forma mais abrangente.
Luz persistente ou quase instantânea
Pode-se afirmar que praticamente todas as fontes de luz elétrica sofrem oscilação. DIAL.de (2016) afirma que a história da iluminação elétrica é a história do flicker/TLA. A luz de lâmpadas tradicionais incandescentes comuns ou halógenas, varia 120 vezes por segundo, pois a frequência da rede elétrica alternada de 60 Hz passa duas vezes pelo valor zero; entretanto, devido à alta persistência de calor do filamento, os valores mínimos e máximos demoram para se acomodar o cérebro pode nem mesmo perceber cintilação visível.
No caso da tecnologia de iluminação com tubos de descarga em baixa e alta pressão, fluorescentes e vapores metálicos, por exemplo, a adoção de reatores eletrônicos permitiu o funcionamento dos sistemas de iluminação com frequências bem elevadas, superiores a 30 kHz. Nesta faixa de operação, o tema flicker/TLA deixou de ser situação recorrente e praticamente saiu da lista de cuidados especiais na hora de especificar luminárias. Na verdade, ainda podem ocorrer eventos excepcionais de “luz piscando” nas instalações. São casos de reatores com defeito ou lâmpada em final de vida instalados com equipamentos de baixo custo que não incorporam o recurso de corte de energia quando as lâmpadas deixam de operar adequadamente. Assim, luminárias piscando ou cintilando com muito pouco fluxo luminoso dão o alerta de que há algo de errado ou teria chegado o momento de se trocar as lâmpadas.
Com o advento dos LEDs, voltamos a nos preocupar com o flicker/TLA, pois os chips de luz são geradores de luz quase instantânea! Entre o momento da conexão elétrica e o início da geração de luz há um espaço de tempo de apenas 300 milisegundos aproximadamente. Pode-se dizer então que não há persistência da luz…. Qualquer variação ou oscilação proveniente do driver de alimentação ou equipamento eletrônico acoplado ao LED tem resposta direta e pode ser causa de um problema de desconforto se não houver controle adequado. A ocorrência de flicker/TLA torna-se objeto de atenção especial quando as instalações contêm recursos de dimerização e variação de cores.
Dimerização e flicker/TLA
Você já deve ter vivenciado casos de luminárias ou lâmpadas que começam a piscar quando são dimerizadas… É uma condição indesejada com causas diversas; algumas dessas situações têm a ver com a topologia dos circuitos de dimerização, outras com a relação entre a potência do equipamento de controle e a potência total das luminárias ou lâmpadas.
A dimerização cada vez mais acessível ao usuário eleva a necessidade de atenção para se especificar equipamentos isentos de flicker. Fonte: Licht.de
A maioria das fontes de luz que possuem sistemas de dimerização ou atenuação do fluxo luminoso funcionam muito bem (figura 5), sem cintilação perceptível, entre o fluxo luminoso máximo e aproximadamente de 10% da quantidade de luz original. À medida que os equipamentos de dimerização reduzem os níveis de fluxo luminoso para valores muito baixos, próximos de zero ou luz apagada, o flicker/TLA se faz presente.
A dimerização é uma atenuação do fluxo luminoso realizada de maneiras diferentes, dependendo o tipo de driver. Um dos sistemas utilizados para se conseguir a dimerização é o PWM, do inglês, “pulse width modulation”, traduzido como modulação de largura de pulso (figura 6). Por este método, a luz gerada pelo LED é “cortada” entre zero e máximo de tal forma que o olho humano enxerga apenas o resultado médio destes cortes. Para níveis de fluxo luminoso muito baixos, os cortes até zero são mais “largos” que o nível máximo. É neste momento que se começa a perceber certa oscilação… Outra maneira de obter atenuação do fluxo luminoso é através do controle da intensidade da corrente elétrica, que permite maior estabilidade em termos de flicker/TLA; por outro lado, a maioria dos equipamentos não permite dimerização quando o fluxo luminoso atinge valores muito baixos.
Dimerização através do sistema PWM. A luz percebida é a média das áreas de luz x tempo. Pode-se chegar a valores muito baixos de intensidade luminosa, mas o risco de flicker é alto. Fonte: Licht.de
Dimerização via redução da corrente de alimentação. O efeito flicker torna-se inexistente, mas dimerização abaixo de 20% de fluxo luminoso fica comprometida. Fonte: Licht.de
Outro fator a ser levado em consideração é a potência total da carga (das luminárias ou lâmpadas) em comparação com a potência total do driver/fonte ou dimerizador. Se o sistema de controle tiver sido projetado por exemplo para 200W de carga e as luminárias ou lâmpadas somarem apenas 20W, o sistema pode ficar instável e surgem assim as oscilações. Para evitar que equipamentos de dimerização provoquem flicker/TLA, recomenda-se o apoio técnico do fabricante das lâmpadas ou luminárias com relação a compatibilidade entre os equipamentos. A realização de testes práticos em casos de dúvida antes de se realizar a instalação definitiva é sempre a melhor recomendação.
Métricas para flicker/TLA
Os parâmetros e procedimentos de medição de flicker/TLA estão pouco a pouco se integrando ao dia a dia de fabricantes de equipamentos, pois à medida que os sistemas eletrônicos de controle de iluminação se tornam mais populares, também começam a surgir mais ocorrências indesejadas. Por outro lado, ainda há um longo caminho a percorrer no sentido de se padronizar ou regulamentar procedimentos de medição, deteccção e controle destes fenômenos.
Na Europa, a norma IEC 61000-4-15 possui edição mais recente, elaborada em 2011, com a inclusão de novos métodos de medição do flicker/TLA que possibilita à indústria manter o padrão de seus produtos o mais elevado possível. Aqui vale a máxima de que os fornecedores com maior “expertise” ou infra-estrutura serão aqueles que oferecem equipamentos de custo mais elevado, mas que podem atender a padrões mais exigentes de segurança e saúde.
Em 2020, a ANSI/IES publicou um método de medição de formas de onda, denominado LM-90-20. Como indica o seu texto de introdução: “A variedade de padrões TLA de iluminação do estado sólido (LED) trouxe esses efeitos à atenção da comunidade de iluminação. As pesquisas nesta área buscam criar métricas para prever a ocorrência de efeitos visuais, cognitivos e neurológicos com base em medidas da forma de onda do fluxo luminoso.”
De acordo com a publicação LED Professional (2017), outras agências ou órgãos governamentais possuem recomendações ou normas sobre o assunto. A IEEE, Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos, publicou um documento de número 1789, onde há um gráfico útil para se localizar situações de risco em instalações em função da frequência e do percentual de flicker/TLA. LICHT.DE (2018) simplificou a descrição da IEEE-1789 e criou três zonas coloridas mostradas na figura 8. Mais adiante, pode-se encontrar a definição de índice e percentual destas oscilações. O Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), contempla flicker/TLA em seu programa Energy Star. O estado americano da Califórnia considera o tema em seus documentos intitulados 20 e 24. Para completar o giro pelo mundo nos esforços para controle destes incidentes em potencial, o governo japonês possui uma norma denominada DENAN.
Gráfico colorido: Gráfico baseado no documento IEEE-1789 onde a zona verde demonstra faixa de frequência versus modulação sem risco de flicker.
Gráfico da direita: O exemplo da curva senoidal vermelha mostra uma forte deflexão da curva com uma modulação de 100% em uma frequência relativamente baixa de 100Hz. aqui cintilação é conscientemente percebida e é visto como irritante.
A curva laranja mostra uma faixa em que a modulação é significativamente menor na faixa de 20%, mas em que ainda há frequência de 300Hz. Mesmo que a maioria dos usuários só percebem uma leve cintilação, ou nenhuma cintilação, indivíduos sensíveis podem sofrer efeitos negativos, como dores de cabeça.
A curva verde mostra baixa amplitude de apenas 10% de modulação a uma alta frequência de 500 Hz. Este é um exemplo de uma solução quase sem cintilação.
Índice e Percentual de Flicker/TLA
Como é possível constatar, o tema é complexo e há várias possibilidades de medição. No momento da escolha de novos sistemas de iluminação, fica o desafio de qual fabricante ou modelo de equipamento especificar. Uma dica é tomar conhecimento de dois parâmetros básicos: o percentual e o índice de flicker.
O percentual é a relação entre a medida do nível de fluxo luminoso máximo versus a luz mínima em um ciclo. Isso só explica as saídas mínimas e máximas de luz, e não diferencia entre formas de onda. O índice de flicker considera a área da forma de onda acima e abaixo da saída de luz média. Quanto maiores os valores percentuais e do índice de flicker, maior o risco de ocorrência de oscilação. Ambos os dados servem como referência, mas nenhuma delas indica a frequência de oscilação, que pode ser determinante, mas depende de como o sistema será aplicado. A figura 9, indica três exemplos diferentes de percentuais de flicker.
Nos Estados Unidos, a UL, Underwriters Laboratory, certifica produtos e os classifica através de um selo (figura 10) onde há a informação de que a luminária ou lâmpada é detentora de baixo nível óptico de flicker/TLA. O valor medido considerado baixo é de até 10%.
Exemplo de etiqueta em produtos certificados pela empresa UL – Underwriters Laboratories – onde se indica o valor percentual de flicker.
Considerações finais
Luz e Saúde podem conviver, sempre e quando os equipamentos de iluminação são especificados de forma bem criteriosa, adequada e centrada no bem-estar do ser humano e na preservação do meio ambiente. Dentro das atividades de um profissional dedicado à iluminação, há cada vez mais requisitos que devem ser levados em conta na realização de projetos, pois a rápida sofisticação tecnológica vem acompanhada de muitas vantagens, mas também de muitos cuidados adicionais.
Quase todas as aplicações em iluminação deveriam ser isentas de flicker/TLA, mas espaços com atenção redobrada para este quesito devem ser principalmente os ambientes internos, onde há indivíduos que lá permanecem por períodos relativamente longos, ou seja, em áreas de convivência, trabalho ou estudo. O principal ator responsável pela geração de oscilações indesejadas são os equipamentos coadjuvantes dos sistemas de iluminação: os drivers ou fontes.
Ambientes internos com grande quantidade de luminárias e alto fluxo de pessoas deve passar por análise criteriosa de equipamentos para garantir o conforto dos usuários fotossensíveis. Fonte. Licht.de
No momento da escolha por estes equipamentos, converse com seu fornecedor como se estivesse consultando um profissional de saúde. Recomenda-se privilegiar empresas que sejam capazes de dar informações relacionadas com, pelo menos, o índice e o percentual de flicker. Se o equipamento a ser especificado atende a algumas regulamentações internacionais citadas neste artigo, sua escolha será ainda mais fácil e segura.
Nota: a aplicação da iluminação envolve critérios multidisciplinares que podem variar de acordo com diversos aspectos e funções de cada projeto. Não cabe ao autor deste artigo responsabilidade técnica ou de saúde.
Fonte: Revista Lume Arquitetura 11 . Disponível em: https://online.fliphtml5.com/vfsnx/zoql/#p=28
Referências Bibliográficas
BULLOCK, G. Photosensitive epilepsy: How light can trigger seizures. Disponível aqui, 2017
DIAL, IEEE 1789: A new standard for evaluating flickering LEDs? Disponível aqui, 2016
EPILEPSY FOUNDATION. Photosensitivity and Seizures. Disponível aqui, 2020.
IEC, International Electrotechnical Commission, IEC-61000-4-15 › Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-15: Testing and measurement techniques – Flickermeter – Functional and design specifications, disponível aqui, 2011.
IES, Illuminating Engineering Society. ANSI/IES LS-1-20, Lighting Science: Nomenclature and Definitions for Illuminating Engineering. Disponível aqui! 2018.
IES, Illuminating Engineering Society. ANSI/IES LM-90-20, Approved Method: Measuring Luminous Flux Waveforms for Use in Temporal Light Artifact (TLA) Calculations, 2020.
LED Professional, Flicker: Standards and Test Methods, disponível aqui!
LICHT.DE, Licht.wissen 17, LEDs: Basics – Applications – Effects, disponível aqui, 2018.
MILLER, N, Metrics in Motion: Flicker and Glare, IES, Illuminating Engineering Society, disponível aqui, 2019.
OMS, Organização Mundial da Saúde, Eplepsy, key facts. Disponível aqui, 2019
SCOPACASA, V. Gerenciamento Elétrico – Drivers. Revista O Setor Elétrico, v. 128, p. 42-47, Disponível aqui, 2016.
Vollers, J. CREE Lighting, Flicker/Temporal Light Artifacts (TLA) Basics. Disponível aqui, 2020
