¿QUÉ SABE DE LOS LEDs?
Uso de la iluminación con tecnología LED
Lo que llamamos propiamente led es el chip semiconductor; este semiconductor tiene un tamaño muy reducido. Los leds utilizados mayoritariamente suelen usar chips de 270um (micrómetros), (aproximadamente 1/3 mm), los de alta potencia, sobre base de 1 mm de lado. Debemos tener en cuenta esta medida tan reducida para entender las dificultades de los leds con el calor, pues todo el calor generado lo es en esta superficie tan reducida, y por tanto alcanza altas temperaturas en un punto muy concreto.
El color de esta luz está íntimamente ligado a la composición y estructura química del semiconductor usado, especialmente a los materiales «dopantes» y sus proporciones. De este modo, el LED emite luz en una banda generalmente reducida, habitualmente menor de 80nm, emitiendo la mayor parte de la luz en una banda estrecha de 20-30nm. Por eso se dice que los leds son casi monocromáticos, con respecto a otras fuentes luminosas, como los diodos láser o las lámparas LPS que emiten luz monocromática (1nm, 2nm como máximo).
En términos de eficiencia energética, las lámparas de iluminación nocturna con tecnología LED proporcionan un ahorro, en comparación con las lámparas de vapor de sodio a alta presión, que van desde un 25% a 60%.
Esta tecnología (implementada por Hewlett Packard ya hace más de 40 años y que se ha utilizado hasta ahora en las impresoras) ha sido objeto recientemente de un crecimiento radical debido a los resultados de la investigación científica. Estos resultados han llevado al desarrollo de fuentes de luz LED de tamaño pequeño (una característica típica de los LEDs), pero con una densidad de energía muy alta y de la generación de luz de alto rendimiento (en la actualidad ya igual a 140 lúmenes por vatio).
La peculiaridad, sin embargo, que más diferencia esta tecnología de iluminación a los ojos de los profanos se vincula a que las fuentes de luz LED no generan directamente luz blanca, sino que este blanco se obtiene a través de la síntesis de los tres colores primarios aditivos (de ahí la definición de RGB: Red-rojo, Green-verde, Blue-azul). Esto proporciona una mejor calidad de la luz, siendo capaces de generar cualquier color deseado a través de la dosis adecuada de las tres principales fuentes de color. Esto le permite crear efectos de color de alto impacto visual, no siendo posible con las tecnologías de iluminación actual.
En términos de energía, la tecnología LED también nos proporciona ahorros considerables, sin entrar en detrimento del rendimiento de la lámpara.
Las iniciales LED significan Light Emitting Diode traducido al español como Diodo emisor de luz.
Un diodo es un componente electrónico que sólo deja pasar la corriente en una dirección. En el caso de los LEDs, el paso de corriente produce la emisión de luz.
La tecnología de iluminación LED sustituirá la tecnología actual que utiliza lámparas de descarga de gas, con una revolución en el proceso de iluminación residencial, industrial y de alumbrado exterior comparable – en tamaño y magnitud de los efectos – el cambio de la luz de gas en la bombilla de Edison, que tuvo lugar en el siglo XIX.
Comparació del tamany d'un Led
CARACTERÍSTICAS DE LA LUZ LED PARA LA ILUMINACIÓN
El nuevo estándar de IESNA / ANSI (Illuminating Engineering Society Standards from American – Instituto Nacional de Estándares Americano) define un método para el diseño de carreteras y ambientes en el iluminado exterior.
Éste estándar tiene como objetivo asegurar la cantidad de luz emitida por una luminaria (tal y como se ha contemplado siempre) y como concepto innovador es necesario también tener en cuenta la visibilidad que percibe la persona. Este estándar también considera otros factores como por ejemplo la distribución espectral de las fuentes de emisión, que es un factor importante en la visión nocturna que aumenta la seguridad sin la necesidad de aumentar la iluminación con la consiguiente reducción de la potencia instalada.
Cuando la intensidad de la radiación es muy débil, la máxima sensibilidad del ojo tiene una fuente monocromática de longitud de onda igual a 507 nm (verde – azul), pasando de la condición de la visión fotópica (la luz del día) a la de escotópica (es la percepción visual que se produce con niveles muy bajos de iluminación y por tanto adaptación a la oscuridad).
La sensibilidad de la luz amarilla y roja es muy reducida, mientras que la respuesta a la luz azul es mucho mayor. Es evidente que si las clasificaciones de la luz se determinaron utilizando la función fotópica, pero las condiciones de uso están en escotópica (como en la mayoría de los casos la iluminación por la noche), los valores nominales nos dará una indicación precisa de la cantidad real de luz producida.
El índice de rendimiento colorimétrico (Ra o CRI) valora la fidelidad de reproducción del color en una escala de 1 a 100; Cuanto más alto sea este valor mejor será la reproducción del color, aunque para ello tenga que sacrificar la eficiencia y el consumo energéticos. En el caso de las lámparas de vapor de sodio es de 45, para las de vapor de mercurio 65 y por lámparas Led es de 80.
En la siguiente foto se muestra un ejemplo de la diferencia de rendimiento de color entre lámparas con tecnología LED Ra = 80 y las lámparas de vapor de sodio de Ra = 45 (respectivamente a la derecha y la izquierda):
Una de las principales ventajas de este tipo de lámparas es la posibilidad de dirigir el flujo luminoso y minimizar la contaminación lumínica, lo que disminuye el flujo total emitido por la consecuente disminución de la potencia instalada y manteniendo alta luminosidad en la superficie.
CONSTRUCCIÓN DE LAS LÁMPARAS LED
El excelente rendimiento óptico y la mejora en la evacuación térmica del calor, han conseguido que la tecnología LED haya alcanzado una alta eficiencia y durabilidad.
El LED se alimenta en corriente continua a través de un convertidor electrónico, un dispositivo que actúa como estabilizador de la tensión y hace que el circuito interno que alimenta el diodo no sea sensible a los cambios o variaciones en el voltaje del sistema. También se utiliza un conductor de protección para el sobrecalentamiento que a la vez protege la vida del producto en su conjunto.
En la imagen siguiente se muestra la diferencia entre los dos tipos de fuentes de luz. El hecho de no tener que utilizar reflectores para la concentración del haz luminoso, hace alcanzar un nivel muy alto en la eficiencia del sistema y también unos niveles extremadamente altos de uniformidad.
Finalmente, otra cuestión clave, relacionada con las características específicas de los equipos, es el hecho de que la fuente de luz está formada por múltiples cadenas independientes de LEDs, cada una conectada a la línea de suministro de un transformador eléctrico de alta eficiencia. En caso de una avería de las cadenas del LED que componen la luminaria o una fuente de alimentación, (aunque es un hecho muy raro), la cadena de los correspondientes leds apaga, mientras que el resto (la mayoría) de cadenas siguen funcionando, al ser equipos independientes entre sí. Por lo tanto el daño de una cadena (debido a un mal funcionamiento o una fuente de alimentación LED) no afecta al funcionamiento del equipo, y sólo causa la reducción de la intensidad de la luz.
A continuación se resumen las ventajas de los dispositivos que utilizan iluminación LED en comparación con las lámparas de descarga convencional.
CALIDAD DE LA LUZ
La luz emitida por el sodio es de color amarillo, que no corresponde al pico de sensibilidad del ojo humano: este hecho hace que los colores no se reproduzcan adecuadamente y por lo tanto necesita más intensidad lumínica para garantizar una visión segura. Las lámparas LED en cambio, emiten una luz blanca y fría que le permite llegar a la iluminación segura para usuarios del vial público (menor tiempo de reacción por una causa inesperada), y con menor consumo de energía.
La luz blanca emitida por un LED también tiene mejor comportamiento con zonas de niebla y permite que los vehículos sean más visibles y por lo tanto aumenta la seguridad, respecto a la lámpara tradicional de sodio. También el LED aumenta la calidad de las imágenes captadas por cámaras de seguridad.
La temperatura de color de una fuente de luz es una forma de comparar la blancura de la luz emitida. A baja temperatura de color (típicamente 3.000 ° K) da un color blanco cálido.
Cuanto más alta sea la temperatura de color, la luz parece más fría. El blanco frío tiene una temperatura de 4.200 ° K, o incluso 6.500 º K. La temperatura de color se mide en grados Kelvin (ºK). Esto se relaciona con el color de la luz, que sería la producida por una lámpara de filamento de tungsteno con el filamento en la temperatura de color utilizando la escala de temperatura Kelvin.
DURABILIDAD
La clave de la duración de las lámparas de tecnología Led, es la gestión térmica. La duración de una unidad depende fundamentalmente de la temperatura de la unión de los chips LED.
El siguiente gráfico muestra la decadencia de las curvas de la corriente de todas las lámparas. Es fácil ver como las luces LED son claramente superiores en términos de duración. Se estima que la vida útil de una lámpara LED es de entre 50.000 y 60.000 horas de funcionamiento, aunque la tasa de caída del flujo luminoso de LED en las primeras 5.000 horas aumenta ligeramente. Con el tiempo también tienen un deterioro del flujo del 30% sobre el estado inicial. Las lámparas convencionales de sodio, después de 12.000 horas muestran una reducción en el flujo de hasta un 50%.
(*) Al final de la vida útil.
Ventajas de la tecnología LED
En la eficiencia energética
La eficacia luminosa de una fuente de luz o rendimiento luminoso mide la parte de energía elèctrica que se utiliza para iluminar y se obtiene dividiendo el flujo luminoso emitido (en lúmenes) y la potencia eléctrica consumida en vatios.
Los lúmenes por vatio real de cualquier lámpara que genera luz depende de muchos factores, tales como las pérdidas de energía, las pérdidas debido al control óptico y las relacionadas con la temperatura. En cualquier dispositivo de lámparas de descarga (fuentes de sodio o de halogenuros metálicos), estas pérdidas pueden disminuir a la mitad la eficacia inicial (en lúmenes por vatio). A diferencia de los productos LED.
En conclusión, en términos de ahorro de energético, los beneficios de la tecnología LED respecto a las lámparas tradicionales, son los siguientes:
- Al ser de alta eficiencia lumínica proporciona con la misma calidad de iluminación un ahorro energético de más del 50%.
- En las lámparas de descarga con alto índice de reproducción cromática (Ra> 60) el ahorro de energía es de hasta un 30-40%.
- En las lámparas de descarga con bajo índice de reproducción cromática (Ra <30), el ahorro energético es superior al 55%.
- Máxima seguridad eléctrica (corriente continua de baja tensión de alimentación) y la conmutación de alta velocidad (100 nanosegundos). Además, estos dispositivos pueden proporcionar un control remoto electrónico que proporciona información sobre el consumo en tiempo real.
- Posibilidad de incorporar un sistema de regulación de intensidad lumínica que permite reducir el consumo para diferentes franjas horarias con un pequeño incremento de coste respecto a la lámpara original. El sistema se transforma con una malla que hace que se regule de forma conjunta.
Impactos ambientales
Los dispositivos LED tienen varias ventajas en términos de impacto ambiental:
- La ausencia de sustancias tóxicas o peligrosas en los componentes, tales como vapor de mercurio o gas, sodio, etc.
- La ausencia de emisión de calor y de radiación ultravioleta, este hecho hace que el LED no atraiga a los insectos.
- El LED al no tener que utilizar reflectores para la concentración del haz luminoso, hace que no genere contaminación lumínica, y por tanto no se tenga que diseñar dispositivos para evitarla.
- Como consecuencia de un ahorro del 50% en el consumo eléctrico en comparación a las lámparas tradicionales, contribuye a reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.
