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Verdades y mentiras sobre la vida útil de los LED

Abr 2, 2013 Posted By Luis In Eficiencia Energetica, Ingenieria

Cuando se realiza un cálculo de amortización de lámparas LED frente a otras alternativas (típicamente incandescencia o fluorescencia), uno de los parámetros más importantes es la vida útil de las lámparas. Las lámparas LED son, por lo general, más caras que las restantes alternativas, de forma que una parte importante de la justificación de su rentabilidad recae en su mayor vida útil, que se traduce en un gasto inferior por reposiciones y menores gastos de mantenimiento.

La diferencia con el resto de parámetros implicados en la amortización (precio, consumo eléctrico y cantidad de luz proporcionada) es que la vida útil no es directamente medible recién adquirida la lámpara. No tenemos forma de verificar que los datos proporcionados se ajustan a la realidad, por lo cual estamos obligados a confiar en la “buena fe” del fabricante.

Esta entrada, igual que el resto del blog, está escrita de la forma más objetiva posible, reconociendo las virtudes y defectos de cada tecnología. Después de todo no obtengo beneficio porque compréis lámparas LED o de fluorescencia compacta. Como suelo deciros nunca os creáis del todo los datos que os proporciona quién intenta venderos un producto, una auditoria energética o, en general, cualquiera que tenga intereses económicos implicados.

También hay que decir que no todos los fabricantes son iguales. Por lo general, los propios comerciales de la marcas de prestigio suelen tener un grado elevado de sinceridad a la hora de expresarte las características de sus productos, aun cuando perjudican a su producto. Sin embargo, otras marcas no tienen el mismo interés en proteger su marca, y prometen el oro y el moro con tal de vender más.

¿No se os hace raro, que fabricantes de calidad (Philips, Osram, etc) indiquen en sus lámparas una vida útil inferior a alternativas que cuestan 2 a 3 veces menos, o compradas en el chino? Desconfiar siempre de las gangas.Verdades

Los LED forman un encapsulado de plástico que resulta excepcionalmente duradero. Además son altamente resistentes a agentes externos. Un LED correctamente

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fabricado y en condiciones óptimas de funcionamiento puede alcanzar una vida útil de hasta 100 mil horas.

Además, a diferencia de las lámparas convencionales que tienen unan vida útil tras la cual deja de funcionar (se funden), los LED no presentan, a priori teóricamente, motivos para que se genere un fallo que suponga su apagado total.

Por el contrario, los LED sufren un proceso de degradación progresivo. Es decir, a medida que trascurre el tiempo proporcionan progresivamente una cantidad de luz menor. La vida útil que se suele proporcionar para un LED es el tiempo para el cual la cantidad de luz proporcionada por la lámpara disminuye hasta el 70% de su valor nominal. La relación entre tiempo y degradación no es lineal, siendo la velocidad de degradación mayor a medida que pasa el tiempo.

Así que, de momento por este apartado, punto positivo para el LED.

Lo que no te cuentanInfluencia de la temperatura

La temperatura de funcionamiento es uno de los factores más importantes en su vida útil. Tanto la temperatura del ambiente, como la temperatura de la unión (interna del LED) reducen la vida del LED, siendo esta última especialmente crítica. Un incremento de temperatura de la unión de 25ºC provoca que la vida útil de un LED se reduzca de 50.000 a 16.000 horas.

Del 70 al 80% de la energía generada por un LED se convierte en calor, que tiene que ser evacuado por la luminaria. Este es el motivo por el que las luminarias LED disponen de grandes disipadores de calor en la parte trasera. Un correcto diseño del sistema de disipación de calor es fundamental para una buena vida útil de la lámpara.Influencia de la intensidad

Aumentar la intensidad eléctrica atraviesa el LED también supone una reducción de la vida útil del mismo. Además, aunque aumenta la cantidad de luz emitida, se reduce su eficiencia luminosa, es decir, la cantidad de luz que emite en relación a su consumo eléctrico. Es necesario un correcto diseño de la electrónica de la lámpara, que mantenga la intensidad eléctrica constante y en el valor óptimo requerido por el LED.

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Condiciones de funcionamiento

Los valores que se proporcionan para la vida útil y eficiencia de los LED se determinan en las denominadas condiciones de laboratorio, es decir, temperatura constante de 25ºC, en un ambiente limpio, en ausencia completa de vibraciones, factores ambientales, radiación solar. Unas condiciones muy distintas a las que después se verá sometida la lámpara en su régimen de funcionamiento real.Defectos de fabricación

Elaborar LED requiere materiales semiconductores de alta pureza, similares a los empleados en la industria electrónica. Sin embargo, es imposible disponer de materiales perfectamente puros, siempre existe un pequeño porcentaje de impurezas, que afectan a la vida útil del LED.

A partir de cierto grado de pureza disminuir el porcentaje de inclusiones requiere de instalaciones y procesos de fabricación complejos y caros. Por tanto, es de lógico esperar que un LED barato presente un grado de pureza en sus componentes muy inferior a los de fabricantes de reconocidas y mayor calidad.

Defectos de otros componentes

Un factor muy importante y que suele pasar desapercibido, es la necesidad de que todos componentes de la lámpara, en especial la electrónica que acompaña al LED, sean también de calidad.

La mayoría de los LED que vemos “fundidos” no se deben en realidad a un fallo del propio LED, sino a una avería de la electrónica. En muchos casos es un simple fallo en una de las soldaduras, que debido a las vibraciones o dilataciones terminan rompiéndose. Estas averías no pueden ser reparadas in situ, y obligan a enviar la lámpara a fábrica donde probablemente podrán realizar su reparación.Lámparas con múltiples emisores

Las lámparas de LED están en realidad formadas por varios LED individuales. Vamos a ver el efecto que esta agrupación tiene en la vida de una lámpara. Voy a mantener el nivel de matemática lo más bajo posible, y evitar usar términos como desviación típica o distribución de Weibull. Así que si a alguno (como a mí) os gusta la estadística, no memandéis cabezas de caballo lo tengáis en cuenta.

Vamos a coger todos los factores anteriores y sintetizarlos en una simulación de la probabilidad de fallo de un LED respecto del tiempo. Vamos a simular dos experimentos, cada uno formado por 100 LED individuales. Cada LED tendrá una vida promedio 35.000 horas, lo que resulta un valor adecuado, si bien los resultados son extrapolables a cualquier otra vida promedio.

Llevamos los resultados a lo que llamaremos gráfica de supervivencia. Lógicamente,los LED no fallan simultáneamente una vez transcurrida la vida promedio. En realidad fallan aleatoriamente, en valores temporales más o menos concentrados en torno a la vida promedio. La gráfica muestra en el eje Y el porcentaje de LED que han fallado trascurridas la cantidad de horas mostradas en el eje X.

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Lo primero que observamos es que la gráfica roja es más “dura” que la negra. Los LED del experimento rojo aguantan en su mayoría hasta la 35.000 horas, y el fallo de produce en su cercanía. Sin embargo los LED del experimento negro tienen una distribución menos concentrada, apareciendo los primeros fallos antes. A cambio, hay un número que sobrepasan con la vida promedio, de forma que la vida promedio de ambos experimentos es la misma.

Ahora vamos a realizar la simulación de 5 series de experimentos, para lámparas formadas por 1, 3, 5, 10 y 20 LEDS. Hemos adoptado la curva del experimento rojo, porque al ser más “dura” resulta más beneficiosa para LED. En cada serie se simularan 100 lámparas. En la siguiente gráfica se muestra el tiempo hasta la ocurrencia del primer fallo.

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Se observa que la vida útil de la lámpara se reduce a medida que aumenta el número de LED que la integran. Esto es debido a que, como se ha comentado, no todos los emisores fallan simultáneamente, si no que presentan una probabilidad de fallo en torno a la vida promedio.

El efecto de esta reducción es mucho mayor cuanto mayor es la dispersión de los fallos del LED, es decir, cuanto más “blanda” sea la gráfica de supervivencia de los LED individuales. Esto es debido a que, como hemos visto, en una gráfica menos concentrada es más probable que se produzcan fallos a tiempos muy inferiores a la vida promedio.

Bien, tanta grafiquita y tantas matemáticas para justificar una realidad sencilla y evidente. En una agrupación de varios emisores de luz el tiempo hasta el fallo del primero de ellos es sustancialmente inferior a la vida promedio.

Ahora la pregunta es ¿Cuántos LED tienen que fundirse en una lámpara antes de considerar que es necesario su sustitución? ¿Uno, dos…? ¿Un 10% de los que forman la lámpara? La respuesta depende de cada usuario pero, personalmente, para mí no es aceptable ningún LED fundido.

ConclusiónQue un fabricante diga que su LED dura una vida útil de 30.000 horas, sólo

proporciona una parte de la información. No está dando información sobre la dispersión de la distribución, ni sobre la influencia del resto de componentes y factores. Además es un valor obtenido en condiciones de laboratorio, con temperatura controlada, en ausencia de vibraciones, etc.

Ahora coge este LED, ponlo en una lámpara en la calle, con vehículos pasando, lluvia, radiación solar, dilataciones y contracciones causados por los cambios de temperatura (por ejemplo entre día y noche), junto a la probabilidad de fallo de otros componentes (electrónica y soldaduras) y al hecho de que las lámparas están formadas por varios emisores, y a ver a lo que queda reducida esa vida promedio.

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Algo sencillo de entender, que por lo visto no debían saber los que se han sustituido todas las lámparas del alumbrado semafórico, argumentando mejoras en la eficiencia energética y ahorros en los costes de mantenimiento, y menos de dos años después la mitad de los semáforos tienen uno o varios LED apagados.

Otro ejemplo que os puedo contar de primera mano ocurrió en cierto municipio en que se sustituyeron varias luminarias de vapor de sodio (altísima eficiencia) por luminarias LED de muy bajo precio, entre 2 y 3 veces inferior a la competencia. El fabricante aseguraba que montaba un LED de alta calidad fabricado en EEUU, pero una simple búsqueda en Internet mostraba indicios de que ese fabricante estaba comercializando un producto chino al que rascaban el nombre y ponían encima un etiqueta con su logotipo. Pese a haber aconsejado al cliente en contra, el comercial de la marca debía ser excelente en su labor, porque convenció al municipio para montar sus luminarias. Al cabo de menos de un año las luminarias estaban fundidas y el ayuntamiento tenía quejas de que los niveles de iluminación eran muy inferiores a los que se disponía con anterioridad, lo que suponía ausencia de confort visual. Huelga decir que no cumplían con la normativa ni de remotamente. Esto es lo que pasa cuando se hacen las cosas mal y te saltas la prescripción de quien te aconseja correctamente.

La solución a estos casos es, en realidad, bien sencilla. Exigir garantía al fabricante. Si está tan seguro de su producto como para emplear esos valores en un estudio de amortización, que te ofrezca una garantía que cubra al menos el 80% de la vida útil. Después de todo, él mejor que nadie sabe la calidad de su producto y proceso de fabricación. ¿Por qué tienes que jugarte tu el dinero en una incertidumbre que es en realidad responsabilidad del fabricante, y que él conoce mucho mejor que tú?

Mi consejo es que al hacer un estudio de amortización de LED, computéis su vida útil como la garantía ofrecida por el fabricante, y de esta forma evitaréis sorpresas desagradables. Y, como siempre, desconfiar de las gangas.

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Vida útil de una lámpara de LED, ¿qué es y cómo se calcula?La vida media y la vida útil son dos conceptos diferentes que a menudo suelen confundirse cuando hablamos de iluminación LED. En este post explicamos las diferencias.

Una de las principales ventajas de las lámparas  LEDs es su vida útil (alrededor de

50.000 horas), sensiblemente superior a la que poseen otras luminarias, ya sean

halógenas, de vapor de sodio o fluorescentes. Sin embargo, existe cierta confusión

con el término vida útil. A menudo se piensa que hace referencia al tiempo que

durará la bombilla sin fundirse o al que tardará en dejar de funcionar, lo que en

realidad es la vida media.

La vida útil de una fuente de luz es el tiempo durante el cual la bombilla funciona

sin  perder rendimiento luminoso.

Iluminación LED: ahora la eficacia la medimos en lúmenes

La tecnología LED ha cambiado la forma en la que debemos invertir en iluminación. Debemos tener en cuenta que la intensidad de la luz la marcan los lúmenes, no los vatios. 

Hasta hace bien poco, a la hora de comprar una bombilla, nos guiábamos por los vatios. Dependiendo de

la estancia a la que fuera destinada, elegíamos una de más o menos vatios, en función de si necesitamos

más o menos luz. Identificábamos (y aún lo hacemos) vatios con luminosidad. Sin embargo los vatios sólo

nos indican la energía que consume la bombilla. Es decir, la potencia. Lógicamente, la energía consumida

siempre irá en relación a la luz desprendida (más energía, más luz), pero la cantidad de luz que emite una

bombilla se mide en lúmenes.

En estos tiempos en los que la eficacia energética es una de las máximas preocupaciones, es necesario

cambiar el chip y empezar a pensar no sólo en vatios, sino también en lúmenes. Debemos buscar la

máxima eficacia lumínica y las lámparas LED son las que nos dan más lúmenes por vatio consumido.

LED: más lúmenes, menos vatios

Antes de continuar conviene aclarar algunos conceptos en relación a las características de una lámpara

LED:

Potencia: indica el consumo de energía eléctrica. Se mide en vatios (W).

Flujo luminoso: la cantidad de luz percibida por el ojo de una determinada fuente. Se mide en lúmenes

(lm).

Eficacia lumínica: indica la cantidad de luz emitida en relación a la energía consumida. Se mide en

lúmenes por vatio (lm/W).

Iluminancia: mide la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. Se mide en lux (lx). 1 lux

= 1 lumen/m2.

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Las lámparas LED son las que nos dan más lúmenes por vatio consumido.

Una bombilla incandescente de 60W produce aproximadamente 800 lúmenes (una eficacia lumínica de 13

lm/W), mientras que una fluorescente compacta sólo necesita 20W (40 lm/W) para dar los mismos

lúmenes. Si queremos sustituir esa bombilla incandescente de 60W o fluorescente de 20W por una LED,

deberemos buscar una equivalente en lúmenes, no en vatios. En este caso, una bombilla LED de sólo 9W

nos podría dar esos 800 lúmenes que necesitamos (88 lm/W, el doble que una fluorescente compacta de

eficacia lumínica). Multipliquemos esos vatios ahorrados por todo los que consume mensualmente un

gran almacén o un aparcamiento y nos haremos una idea de la cantidad de electricidad que podemos

ahorrar.

Tabla de equivalencia aproximada incandescente/LEDIncandescente Flujo lumínico LED

150W 2500 lm 30W100W 1500 lm 20W75W 1000 lm 15W60W 800 lm 9W40W 450 lm 5W25W 250 lm 3W

La intensidad del flujo lumínico de una lámpara no sólo depende de la fuente, sino que influye la luminaria

completa. Para calcular los lúmenes reales, por tanto, hay que comparar la intensidad de una lámpara

LED “desnuda” con la intensidad de la luminaria con todos sus componentes (óptica primaria, óptica

secundaria, etc.). Es importante esta matización porque en algunas comparativas las bombillas de sodio

de alta presión se sitúan como las más que ofrecen más lúmenes por vatio, pero no se han tenido en

cuenta factores como la direccionalidad o las emisiones ultravioleta.

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Toda esta información (lúmenes y vatios) debe indicarse en la etiqueta del envase de la bombilla LED, o

en caso de grandes instalaciones, deberá ser proporcionada por el proveedor en el contrato de instalación

o compra. También deben indicarse la vida media de la bombilla y  el tono o temperatura de de color

expresado en grados kelvin (k).

Gestión de los niveles de iluminación

Lo importante en una gran instalación lumínica son los lúmenes generados por vatio consumido, por eso

ledia group ofrece a sus clientes la posibilidad de contratar la gestión de los niveles de iluminación en

lugar de la potencia en vatios. Para ello se tienen en cuenta todas las variables que influyen en la

luminosidad (las condiciones de temperatura de la estancia, la frecuencia de uso, la degradación de los

chips LED, los costes de reemplazo de luminarias, etc.) y se ofrece al cliente la propuesta que mejor se

adapte a sus necesidades. De esta forma se aseguran en todo momento los niveles de iluminación

adecuados y se garantizan los máximos lúmenes por vatio consumido (lm/W).

Los niveles de iluminación necesarios en edificios, zonas de trabajo, viales y otros ámbitos están

regulados por diferentes normativas. Por ejemplo, según la Norma Europea sobre Iluminación para

Interiores UNE 12464.1 en la rampa de acceso  o salida de un aparcamiento por el día la iluminancia

media deberá ser de 300 lux, en una planta de montaje de vehículos deberá ser de 500 lux y en una

oficina de dibujo técnico de 750 lux. ledia group tiene en cuenta estas normas a la hora de llevar a cabos

sus instalaciones.

Debemos tener en cuenta que la tecnología LED, a pesar de ser la más eficiente en términos generales

(lúmenes por vatio consumido), no siempre resulta la más idónea. Existen  otras variables como

frecuencia de uso, distribución de la luz o características de la estancia, que pueden hacer más rentable

otro tipo de soluciones. Consulte siempre con un proveedor cualificado, que le asesorará para conseguir

la mejor instalación lumínica.

Para indicar  este dato se utiliza la nomenclatura L70B10 o L70B50, las más

comunes en tecnología LED.

Estas cifras indican el flujo luminoso durante la vida útil del LED (50.000 horas),

L70B50  quiere decir que el 50% de las lámparas van a mantener, al menos un

70% de flujo luminoso a las 50.000 horas. En el caso de L70B10, el 90% de

nuestras lámparas mantendrán a las 50.000 horas al menos un flujo luminoso de

un 70%. Con lo que concluimos que es mejor el L70B10 frente al L70B50.

Pasadas las 50.000 horas, los LEDs tendrán menos rendimiento luminoso pero

seguirán teniendo vida, es decir, seguirán alumbrando.

Los LEDs son una tecnología relativamente nueva en la que se ha invertido I+D

para conseguir el mayor rendimiento con el menor gasto de energía. Y debido a su

juventud, no existe una normativa que estandarice los patrones de los LEDs para

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poderlos comparar. Muchos fabricantes elaboran sus propios discursos técnicos y

se basan en diferentes parámetros para garantizar sus productos. Por ello,

deberemos basarnos en su experiencia y sus conocimientos.

La vida útil de una lámpara LED está entre las 30.000 y las 100.000 horas, en función de la tecnología

empleada.

Existen una serie de factores que influyen en la vida útil de los LEDs:

TEMPERATURAYa hablamos en anteriores posts que los LEDs no generan tanto calor como el

resto de luminarias. Para que la lámpara LED funcione correctamente y su vida útil

sea la máxima posible es fundamental evacuar eficientemente el calor que se

acumula en el chip que poseen los LEDs. El exceso de temperatura puede llegar a

reducir considerablemente  la vida de una luminaria LED y puede afectar también a

la calidad de la luz emitida (color, intensidad, etc.).

CONSUMO DE ENERGÍAEn relación con el factor anterior, en términos generales, una lámpara LED de luz

blanca convierte entre un 70% y un 80% de la energía consumida en luz y entre un

20% y un 30% en calor. Una lámpara fluorescente  convierte  el 20%  de la energía

consumida en luz, el 40% en calor y cerca del 40% restante en radiación infrarroja

(IR).

De hecho, cada LED, y también cada módulo LED, puede funcionar dentro de un

tipo determinado de corriente. Cuanto más baja sea la corriente que alcance,

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menos energía se libera y más baja resulta la producción de calor, la cual tiene un

efecto directo en la vida útil.

LUZEl diseño de la carcasa LED tiene un papel importante en el proceso de

envejecimiento del componente en especial, que se ve influido por la luz que emite

el chip. Con muchos diseños de carcasas, el reflector integrado sufre un gran

envejecimiento en los primeros cientos de horas, debido a la elevada intensidad y

luminancia de la luz emitida por el chip.

HUMEDADEl LED es más resistente que otras fuentes de luz. Por ello, la humedad es otro

factor al que muestra resistencia si se hace una selección adecuada de los

materiales para el LED, con el fin de prevenir la corrosión.

Si se tienen en cuenta todos estos factores lograremos la vida útil más larga que

sea posible para los módulos LED.

Aquí

La importancia de la disipación del calor en una lámpara LED

La gestión térmica, o lo que es lo mismo, una buena disipación del calor, es esencial para garantizar la duración y el correcto funcionamiento de una lámpara LED.

Se dice que la luz generada por un LED es una “luz fría”, ya que no emite calor. De

hecho, podemos tocar una bombilla LED encendida con los dedos sin temor a

quemarnos durante el tiempo que queramos y sin importar la intensidad de la luz.

Sin embargo, hay que aclarar que el chip LED si que emite calor, aunque lo hace

de una forma diferente a una bombilla incandescente o fluorescente. La diferencia

fundamental es que el calor se proyecta en dirección contraria a la luz. Por eso la

luz es fría, pero ciertas partes de la luminaria pueden llegar a acumular mucho

calor.

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Distintos modelos de lámparas LED y disipadores de calor para cada una de ellas.

¿De dónde sale el calor emitido por un LED?

El calor en un LED se genera  por el llamado “efecto Joule”. Se conoce como efecto

Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía

cinética de los electrones se transforma en calor1 2 debido a los choques que sufren con los átomos del material

conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el

físico británico James Prescott Joule

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y

como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.

Este efecto es utilizado para calcular la energía disipada en un conductor atravesado por una corriente eléctrica

de la siguiente manera:

La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que está sometido

multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la

potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la

intensidad I y por el tiempo t.

Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:

La energía desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo, o lo

que es lo mismo, el cuadrado de la tensión dividido por la resistencia y por el tiempo.

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Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo

eléctrico   por la densidad de corriente  :

La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en calor, (por ejemplo un

hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).

Un LED funciona con corriente continua, por este motivo para que funcione en

cualquier instalación eléctrica necesita un convertidor o driver que convierta la

corriente alterna en corriente continua. En este proceso, la corriente de salida se

vierte en la parte trasera del chip LED, concretamente en el punto de unión  (la

llamada unión T o T Junction).

La temperatura del punto de unión (Tj) es clave a la hora de determinar la eficacia

lumínica de un LED. Para que la lámpara LED funcione correctamente y su vida

útil sea la máxima posible es fundamental evacuar eficientemente el calor que se

acumula en el chip. El exceso de temperatura puede llegar a reducir

considerablemente  la vida de una luminaria LED y puede afectar también a la

calidad de la luz emitida (color, intensidad, etc.).

Los LED´s siempre funcionan mejor a temperaturas bajas. A mayor temperatura,

menor rendimiento.

Gráfico que muestra la vida útil de una luminaria LED en función de la corriente inyectada.

Una correcta gestión térmica es esencial, ya que el exceso de calor:

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Degrada  el fósforo y reduce la vida de la lámpara Reduce el rango de temperatura ambiental a la que puede funcionar Influye en el funcionamiento del driver Altera los colores Reduce la intensidad de la luz

La temperatura en un LED

En términos generales, una lámpara LED de luz blanca convierte entre un 70% y

un 80% de la energía consumida en luz y entre un 20% y un 30% en calor. Una

lámpara fluorescente  convierte  el 20%  de la energía consumida en luz, el 40%

en calor y cerca del 40% restante en radiación infrarroja (IR). Por su parte, una

incandescente convierte alrededor del 10% en luz, el 20% en calor y la energía

restante en radiación IR. Otra diferencia fundamental es que los LEDs no emiten

radiación infrarroja (ni ultravioleta).

Estas características únicas hacen que los LEDs sean apropiados para ambientes

fríos (cámaras frigoríficas o almacenes de productos frescos), para iluminar tiendas

de ropa o museos e incluso para algunos tratamientos dermoestéticos. Además

contribuyen a reducir los costes de climatización y minimizar los riesgos tanto para

las personas como los equipos.

La disipación de calor en cuatro etapas

La disipación del calor de un LED se realiza en cuatro etapas sucesivas:

1. El calor generado por el flujo de corriente se acumula en el punto de unión del

chip.

2. Desde el punto de unión se traslada a la placa base o circuito impreso

3. Desde la placa base se trasmite al disipador de calor

4. Del disipador de calor se libera al ambiente

¿Qué elementos influyen en la gestión térmica?

La   placa base o circuito impreso

Los LEDs de baja calidad a menudo presentan defectos en la soldadura de la

placa base o en el propio sustrato, que provocan que la resistencia aumente  de un

punto a otro, lo que aumenta la temperatura del LED.

ledia group utiliza en sus lámparas y luminarias la tecnología de unión directa a la

placa base, en la que los chips van soldados directamente a la superficie de una

placa de circuito impreso.  Esta técnica  disminuye la resistencia térmica y disipa el

calor casi 100 veces más deprisa que la convencional.

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  Unión entre el chip y la placa base

Las conexiones entre los conductores y los bornes de conexión de los dispositivos

que conforman el cuadro de mando y protección también influyen en la

temperatura.

El disipador de calor ( heat sink )

El disipador de calor es una estructura metálica, normalmente estriada, con surcos

o aletas, que ayuda al desalojo del calor de los LEDs de una luminaria. Los

disipadores de calor no suelen ser visibles (y a veces ni siquiera  necesarios) en

LEDs de baja potencia de uso doméstico o de uso externo, pero en aplicaciones

industriales son absolutamente necesarios para que la lámpara alcance la duración

determinada y funcione correctamente incluso a una temperatura ambiente alta.

Los disipadores que monta ledia group en sus luminarias de altura y gran altura

son de una aleación superconductora de Aluminio y Tierras Raras. Su mayor

resistencia mecánica permite hacer las aletas más finas y aumentar la superficie

de intercambio de calor un 25%.

Disipador de calor de las luminarias de ledia group.

Pruebas de eficacia

ledia group realiza test previos a todas sus luminarias para asegurar la

optimización de la disipación de calor y determinar, entre otras cosas:

 La temperatura alcanzada en el punto de unión a una temperatura  ambiente de

25º  El rango de temperatura ambiente a la que puede funcionar la luminaria sin

reducir su vida útil y la calidad de la luz

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Test de simulación térmica de las lámparas LED de ledia group.

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Existen varios los tipos de lámparas que nos podemos encontrar en el mercado. Dentro de cada tipo existen muchas más. Vamos a hacer un repaso a cada una de las posibilidades:

Tipos de Lámparas: IncandescentesLámpara incandescente

La lámpara incandescente produce luz por medio del calentamiento eléctrico de un alambre (el filamento) a una temperatura alta que la radiación se emite en el campo visible del espectro. Son las más antiguas fuentes de luz conocidas con las que se obtiene la mejor reproducción de los colores, con una luz muy cercana a la luz natural del sol. Su desventaja es la corta vida de funcionamiento, baja eficacia luminosa (ya que el 90% de la energía se pierde en forma de calor) y depreciación luminosa con respecto al tiempo. La ventaja es que tienen un coste de adquisición bajo y su instalación resulta simple, al no necesitar de equipos auxiliares.

Apariencia de color: blanco cálido Temperatura de color: 2600 ºK Reproducción de color: Ra 100 Vida útil: 1000 h

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Lámpara incandescente halógena de Tungsteno

Las lámparas incandescentes halógenas de tungsteno, tienen un funcionamiento similar al de las lámparas incandescentes normales, con la salvedad de que el halógeno incorporado en la ampolla ayuda a conservar el filamento. Aumenta así la vida útil de la lámpara, mejora su eficiencia luminosa, reduce tamaño, mayor temperatura de color y poca o ninguna depreciación luminosa en el tiempo, manteniendo una reproducción del color excelente.

Apariencia de color: blanco Temperatura de color: 29000 ºK Reproducción de color: Ra 100 Vida útil: 2000 – 5000 h

Tipos de Lámparas: DescargaLámpara de sodio de Baja Presión

Existe una gran similitud entre el trabajo de una lámpara de sodio de baja presión y una lámpara de mercurio de baja presión. Sin embargo, mientras que en la última, la luz se produce al convertir la radiación ultravioleta de la descarga del mercurio en radiación visible, utilizando un polvo fluorescente en la superficie interna; la radiación visible de la lámpara de sodio de baja presión se produce por la descarga de sodio. La lámpara producirá un luz de color amarillo, ya que en casi la totalidad de su espectro predominan las frecuencias cerca del amarillo. La reproducción de color será la menos valorada de todos los tipos de luminaria, Pero sin embargo es la lámpara de mayor eficiencia luminosa y larga vida.

Apariencia de color: amarillo Temperatura de color: 1800 ºK Reproducción de color: no aplicable Vida útil: 14000 h

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Lámpara de sodio de Alta Presión

La diferencia de presiones del sodio en el tubo de descarga es la principal y más sustancial variación con respecto a las lámparas anteriores. El exceso de sodio en el tubo de descarga, para dar condiciones de vapor saturado además de un exceso de mercurio y Xenón, hacen que tanto la temperatura de color como la reproducción del mismo mejoren notablemente con las anteriores, aunque se mantienen ventajas de las lámparas de sodio baja presión como son la eficacia energética elevada y su larga vida.

Apariencia de color: blanco amarillo Temperatura de color: 2000 – 2500 ºK Reproducción de color: Ra 25 – Ra 80 Vida útil: 16000 h

Lámpara de mercurio de Baja Presión

Recordemos que estas lámparas son de descarga de mercurio de baja presión, en la cual la luz se produce predominantemente mediante polvos fluorescentes activados por la energía ultravioleta de la descarga. Tienen mayor eficacia luminosa que las lámparas incandescentes normales y muy bajo consumo energético. Son lámparas más costosas de adquisición y de instalación, pero se compensa por su larga vida de funcionamiento. La reproducción del color es su punto débil, aunque en los últimos años se están consiguiendo niveles aceptables. Caracterizadas también por una tonalidad fría en el color de la luz emitida.

Apariencia de color: diferentes blancos Temperatura de color: 2600 – 6500 ºK Reproducción de color: Ra 50 – Ra 95 Vida útil: 10000 h

Lámparas de mercurio de Alta presión

En estas lámparas la descarga se produce en un tubo de descarga que contiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte para asistir al encendido. Una parte de la radiación de la descarga ocurre en la región visible del espectro como luz, pero una parte también se emite en la región ultravioleta. Cubriendo la superficie interior de la ampolla exterior, con un polvo fluorescente que convierte esta radiación ultravioleta en radiación visible, la lámpara ofrecerá mayor iluminación que una versión similar sin dicha capa. Aumentará así la eficacia lumínica y mejorara la calidad de color de la fuente, como la reproducción del color.

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Apariencia de color: blanco Temperatura de color: 4000 ºK Reproducción de color: Ra 45 Vida útil: 16000 h

Lámparas Mezcladoras

La lámpara mezcladora deriva de la lámpara convencional de mercurio de alta presión. La diferencia principal entre estas dos es que, la última depende de un balasto externo para estabilizar la corriente de la lámpara, y la lámpara mezcladora posee un balasto incorporado en forma de filamento de tungsteno conectado en serie con el tubo de descarga. La luz de descarga del mercurio y aquella del filamento caldeado se combinan, o se mezclan, para lograr una lámpara con características operativas totalmente diferentes a aquellas que poseen tanto una lámpara de mercurio puro como una incandescente. La principal ventaja es que concentra las ventajas de ambos tipos.

Apariencia de color: blanco Temperatura de color: 3600 ºK Reproducción de color: Ra 60 Vida útil: 6000 h

Lámpara de Halogenuros Metálicos

Las lámparas de mercurio halogenado son de construcción similar a las de mercurio de alta presión. La diferencia principal entre estos dos tipos, es que el tubo de descarga de la primera, contiene una cantidad de haluros metálicos además del mercurio. Estos haluros son en parte vaporizados cuando la lámpara alcanza su temperatura normal operativa, El vapor de haluros se disocia luego dentro de la zona central caliente del arco en halógeno y en metal, con el metal vaporizado irradia su espectro apropiado. Hasta hace poco estas lámparas han tenido una mala reputación, al tener un color inestable, precios elevados y poca vida. Hoy han mejorado aumentando su eficacia lumínica y mejorando el índice de reproducción del color, punto débil en el resto de lámparas de descarga.

Apariencia de color: blanco frio Temperatura de color: 4800 – 6500 ºK Reproducción de color: Ra 65 – Ra 95 Vida útil: 9000 h

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Tipos de Lámparas: Inducción ElectromagnéticaLámpara de Inducción Electromagnética interna de alta frecuencia

La lámpara de inducción, introduce un concepto nuevo en la generación de la luz. Basada en el principio de descarga de gas a baja presión, la principal característica del sistema de la lámpara nuevo, es que prescinde de la necesidad de los electrodos de originar la ionización. En cambio utiliza una antena interna, cuya potencia proviene de un generador externo de alta frecuencia para crear un campo electromagnético dentro del recipiente de descarga, y esto es lo que induce la corriente eléctrica en el gas a originar su ionización. La ventaja principal que ofrece este avance es el enorme aumento en la vida útil de la lámpara.

Apariencia de color: diferentes blancos Temperatura de color: 2700 – 4000 ºK Reproducción de color: Ra 80 Vida útil: 60000 h

Lámpara de Inducción Electromagnética externa de baja frecuencia

La Lámpara de IEM EXTERNA de baja frecuencia, está compuesta por un bulbo, una antena de doble poder y una fuente de poder (alimentación). Después de la llegada de energía a la fuente de poder, el generador de alta frecuencia envía un voltaje constante hacia los 2 anillos metálicos, a través del un cable de alta frecuencia. Los anillos, son los encargados de producir el campo magnético alrededor del tubo de vidrio. En otras palabras, el acoplador de energía (anillos metálicos), que se instalan en el exterior del bulbo y conectado con el ballast electrónico de la lámpara a través del cable de alta frecuencia, va a crear un fuerte campo magnético estático en el espacio de descarga de la cáscara de cristal. Así, la ruta circular del campo magnético, motivado por el bucle, forma un circuito cerrado, lo que genera la aceleración de los electrones libres. Entonces, estos electrones libres que chocan con los átomos de mercurio, permiten que el gas que se encuentra al vacío dentro del bulbo genere una reacción e ionización del mismo, formando un plasma. Cuando los átomos de plasma reaccionan, la energía obtenida anteriormente se irradia en forma de 253.7nm de radiación ultravioleta, cumpliendo con el proceso de transformación de la energía. Entonces, el fósforo tricolor que posee el bulbo en su superficie interna, será estimulado lo que permitirá emitir una luz visible.

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Apariencia de color: blanco Temperatura de color: 29000 ºK Reproducción de color: Ra 100 Vida útil: 2000 – 5000 h

Tipos de Lámparas: LEDLámpara LED

Una lámpara de LED es una lámpara de estado sólido que usa LED (Light-Emitting Diode, Diodos Emisores de Luz) como fuente luminosa. Debido a que la luz capaz de emitir un LED no es muy intensa, para alcanzar la intensidad luminosa similar a las otras lámparas existentes como las incandescentes o las fluorescentes compactas, las lámparas LED están compuestas por agrupaciones de ledes, en mayor o menor número, según la intensidad luminosa deseada. Actualmente las lámparas de led se pueden usar para cualquier aplicación comercial, desde el alumbrado decorativo hasta el de viales y jardines, presentado ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energético, arranque instantáneo, aguante a los encendidos y apagados continuos y su mayor vida útil, pero también con ciertos inconvenientes como su elevado costo inicial.Los diodos funcionan con energía eléctrica de corriente continua (CC), de modo que las lámparas de LED deben incluir circuitos internos para operar desde el voltaje CA estándar. Los ledes se dañan a altas temperaturas, por lo que las lámparas de LED tienen elementos de gestión del calor, tales como disipadores y aletas de refrigeración. Las lámparas de LED tienen una vida útil larga y una gran eficiencia energética, pero los costos iniciales son más altos que los de las lámparas fluorescentes.

Apariencia de color: Blanco Cálido, Blanco Neutro, Luz Fría y RGB

Temperatura de color: 2700 – 10000 ºK Reproducción de color: Ra 100 Vida útil: 50.000 – 100.000 h

La fuente de esta página es La Universidad de Navarra y ha sido publicada por LEDpassion

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DICROICAS LED: SUSTITUYENDO LOS FOCOS HALÓGENOS DE TODA LA VIDA

Buscando el máximo ahorro energético en iluminación, hemos analizado anteriormente

la sustitución de bombillas de bajo consumo por bombillas LED. Esta vez vamos a estudiar el

cambio de los focos halógenos de toda la vida por las nuevas lámparas dicroicas LED.

Una lámpara dicroica, en general, busca iluminar un punto concreto ya sea por temas de

decoración o por querer acentuar una zona particular, de ahí su forma y su ángulo de

apertura reducido. Hasta hace poco, en el entrono doméstico, se han estado usando para

este cometido focos halógenos, hoy en día podemos encontrar en las lámparas dicroicas

LED una buena alternativa con un consumo bastante más bajo.

 

¿QUÉ HAY QUE TENER EN CUENTA A LA HORA DE SUSTITUIR HALÓGENOS POR DICROICAS LED?

En primer lugar el casquillo de conexión, puede ser GU10, GZ10, GU4, GU5,3, R7s, etc.

Como es obvio, si no queremos rompernos mucho la cabeza, nuestra nueva lámpara tiene

que usar el mismo casquillo que nuestro antiguo foco halógeno.

La mayoría de los focos halógenos tradicionales se alimentan a una tensión de 12V mediante

un transformador, así que si se quiere hacer el cambio directo habría que buscar un modelo

de dircroica LED de 12V. También sería posible instalar una de 230V pero sería necesario

eliminar el transformador.

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Temperatura de color: dicho de forma que todo el mundo lo pueda entender, es el “color”

de la luz, cuanto menor temperatura la luz sería más cálida (“amarillenta”), y a mayor

temperatura más fría (“blanca-azulada”).

Lo más común es que los focos halógenos tengan una potencia entre 20W y 90W

aproximadamente, a lo que habría que sumar el transformador. Lo normal es

encontrarnos con unidades de 50W. Las equivalencias entre focos halógenos y dricroicasLED

(halógenos LED) serían las siguientes:

Halógeno

  LED

20W 3W35W 5W50W 7W

Estas equivalencias no hay que considerarlas totalmente rígidas, para ser exactos habría que

comprobar los lúmenes de cada modelo, teniendo en cuenta las eficacias de los reflectores,

etc. Aunque para hacernos una idea, estos datos pueden ser útiles.

Otro aspecto a tener en cuenta a la hora de comprar nuestro halógeno LED es el ángulo de

apertura, dicho de forma sencilla sin entrar en lúmenes, candelas, etc.: a igual potencia, con

un ángulo pequeño, la superficie a iluminar será poca pero se iluminará con mayor

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intensidad, si el ángulo es grande, se conseguirá una mayor superficie iluminada pero con

intensidad inferior. Por lo tanto, es necesario comprobar este ángulo en el halógeno que

vamos a eliminar para comprar una dicroica LED similar.

 

AHORRO CONSEGUIDO AL CAMBIAR HALÓGENOS POR DICROICAS LED

Calcular este ahorro es sencillo, por cada halógeno de 50W que sustituya, dejaré de consumir

43W, lo que utilizándolo tres horas diarias durante todos los días del año, hace un total de

casi de 46kWh, lo que viene siendo algo menos de 9€ al año por cada dicroica LED que

instale. Aunque, como decimos siempre, con la continua escalada de precios de la energía

eléctrica, posiblemente el año que viene estos 9€ se conviertan en 13€ o más.

Teniendo en cuenta que podemos conseguir una dicroica LED de 6W por menos de 4€

(tienda online GreenIce), la rentabilidad está asegurada.

Visto de otra forma, también se podría decir que instalando dicroicas LED en sustitución de

nuestros halógenos disminuiríamos nuestro consumo en iluminación un 86%.

 Si lo que estás buscando es información sobre focos LED de exterior puedes consultar

nuestro post: “Focos LED: todo lo que te interesa saber“.

FOCOS LED: TODO LO QUE TE INTERESA SABER

En Nergiza hemos hablado en multitud de ocasiones del ahorro energético que podemos

obtener con la iluminación LED. Esta vez vamos a hablar de una de sus variante para

intemperie: los focos LED para exterior, que serían los sustitutos perfectos de los

tradicionales focos halógeno para exteriores que se suele encontrar en jardines, etc…

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POTENCIA DEL FOCO LED

Una situación muy común al tratar de sustituir focos halógenos de exterior es

seleccionar focos LED de potencia superior a la que le correspondería por rendimiento

lumínico, ya sea por “curarse en salud” o por desconfianza en la tecnología LED. Esto puede

derivar fácilmente en que nos encontremos con una iluminación excesiva en la zona a tratar

que puede llegar a resultar desagradable.

Aunque lo ideal sería guiarnos por el flujo luminoso (lumen) de cada modelo, esta tabla

puede servirnos como aproximación:

  Focos halógenos  

  Focos LED

400w 60W

450W 80W

550w 90W

750W 120W

 

Los focos halógenos de exterior es difícil encontrarlos de potencias inferiores a 400W, pero

los focos LED podemos comprarlos con potencias desde 10W si necesitamos menos

iluminación.

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PROTECCIÓN PARA INTEMPERIE DEL FOCO LED

A la hora de utilizar un foco LED y en general cualquier tipo de dispositivo en el exterior,

debemos fijarnos en su grado de protección IP (en la etiqueta de características), el cual

define lo protegido que está el equipo frente al polvo  a líquidos.

Si por ejemplo nos encontramos con un IP65, la primera cifra (6) sería laprotección frente a

cuerpos sólidos (polvo) y se puede consultar en la siguiente lista:

0.- Sin protección

1.- Protegido contra cuerpos sólidos de más de 50mm de diámetro

2.- Protegido contra cuerpos sólidos de más de 12,5mm de diámetro

3.- Protegido contra cuerpos sólidos de más de 2,5mm de diámetro

4.- Protegido contra cuerpos sólidos de más de 1mm de diámetro

5.- Protegido contra polvo sin sedimentos perjudiciales

6.- Protegido contra polvo totalmente

La segunda cifra (5) nos definiría el grado de protección frente al aguasiguiendo estos

índices:

0.- Sin protección

1.- Protegido contra caídas verticales de gotas de agua

2.- Protegido contra caídas de gostas de agua con hasta 15º de inclinación

3.- Protegido contra el agua de lluvia con hasta 60º de inclinación

4.- Protegido contra salpicaduras de agua en todas las direcciones

5.- Protegido contra chorros de agua en todas las direcciones

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6.- Protegido contra lanzamiento de agua similar a los golpes de mar

7.- Protegido contra la inmersión pasajera

8.- Protegido contra inmersiones prolongadas

En el caso de los focos LED para exterior buscaremos siempre como mínimo una

protección IP65: protegido contra polvo totalmente y contra chorros de agua en todas las

direcciones.

 

TEMPERATURA DE COLOR EN FOCOS LED

Es muy común encontrase gente descontenta con la tecnología LED en general, ya que

afirman que dan una luz “demasiado blanca”, pareciendo que estás en un quirófano en vez

de en tu casa tranquilamente.

Esto es debido a la selección incorrecta de nuestro foco LED o bombilla, como

ya dijimos anteriormente, es necesario conocer la temperatura de color del foco,

pudiendo ir desde azulado hasta blanco cálido (amarillento) pasando por simplemente

“blanco”.

En esta imagen podéis consultar la correspondencia entre los “grados de color” y el tipo de

luz que nos va a ofrecer nuestro foco LED.

 

DETECTOR DE MOVIMIENTO

Aunque no es un tema exclusivo de la iluminación LED, existen en el mercadofocos LED con

detector de movimiento incorporado. Este tipo de focos pueden hacernos ahorrar

cantidades importantes de energía y dinero si lo instalamos en zonas de uso ocasional como

por ejemplo un parking exterior.

Además, estos focos con detector de movimiento pueden ofrecernos un confort superior al

foco tradicional accionado con interruptor, además de una mayor facilidad de instalación (sin

cableado hasta interruptor).

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¿DONDE PUEDO COMPRAR FOCOS LED?

Puedes encontrar este tipo de focos de exterior en la tienda online GreenIce a partir de 16€.

También tienen modelos con detección de movimiento a partir de 28€.