Iluminación LED

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Iluminación LED Ahorro de Energía Calculadora de Ahorro de d e Energía Partes que conforman un LED Tipo de Chip: SMD vs COB Lúmenes Lux Índice de Reproducc Reproducción ión Cromática Temperatura de Color Ángulo de Luz L70, decrecimiento de lúmenes Vida útil LED y el medio ambiente

Iluminación LED A un LED se le conoce como tecnología de “iluminación de estado sólido”. Estos focos en lugar de emitir luz en vacío (como en un foco incandescente) o un gas (como los fluorescentes), emiten luz a partir de un trozo de materia sólida. En el caso de un LED tradicional, este material es un semiconductor. Dicho de manera muy simple, un LED produce luz cuando los electrones se mueven dentro de la estructura del semiconductor. Las fuentes de luz LED ofrecen una luz blanca o de color de alta calidad, mientras que consumen mucha menos energía que otras fuentes de luz. De hecho la iluminación LED tiene el potencial de transformar la manera en que pensamos acerca de la luz, y la forma en que iluminamos nuestros espacios públicos y  privados. El LED de luz blanca ya ha logrado la generación de luz, luz, una luz blanca de calidad y la eficiencia energética que supera con creces a las fuentes incandescentes, y que además también supera a las fuentes de luz fluorescentes. Las fuentes de luz LED ofrecen el doble de los ahorros de energía de las lámparas fluorescentes compactas, no contienen plomo o mercurio y ofrecen un nivel de flexibilidad y control que ningún otro tipo de luz puede igualar.

La iluminación LED en promedio tiene una vida útil de más de 25,000 horas, frente a las 1,200 horas de los focos incandescentes y los 10,000 de los focos ahorradores. Una luz LED durará varios años antes de necesitar reemplazo. En promedio, los focos LED duran 3 veces más que los fluorescentes compactos y 20

veces más que los focos incandescentes normales. La larga vida útil de los LED reduce drásticamente los costos de mantenimiento y costos de operación superando ampliamente los costos asociados a las lámparas incandescentes tradicionales y tubos fluorescentes.

Debido a sus características únicas, la iluminación LED es ya un líder en la industria de la iluminación y se está en un esfuerzo permanente por desarrollar aun mejores soluciones ecológicas y sostenibles a un precio asequible. A medida que los costos se reducen y el gobierno ecuatoriano promueve nuevas directrices e iniciativas verdes se está creando una enorme oportunidad para la adopción de la i luminación LED en todo el  país. Maviju S.A. está comprometido en apoyar estas iniciativas, identificando e importando los mejores y más innovadores productos LED para ofrecerlos al mercado ecuatoriano a precios justos. Lo invitamos a conocer más sobre la tecnología LED y las ventajas que ofrece.

Partes que conforman un LED Como en cualquier sector, en el mercado de la iluminación LED existen diferentes productos, con distintos  precios y distintas calidades, que se adaptan a las necesidades y nivel de exigencia de cada usuario. Pero todos ellos cuentan con 5 elementos que lo conforman. El Chip 

El chip es el corazón de una lámpara LED. Es una pieza de un material semiconductor (normalmente de cristales de silicio o galio) de unos 5 milímetros de grosor, capaz de generar luz cuando se le aplica corriente eléctrica. Sobre esta base de silicio se depositan en forma de capas diferentes materiales como el fósforo, cuya mezcla es la que da el color y la calidad de la luz. Usualmente el chip se protege del exterior mediante una carcasa de resina o policarbonato semirrígida. Existen en el mercado dos tipos,SMD (Surface Mounted Device) y COB (Chip on Board).

Es conveniente que antes de comprar una luminaria LED investiguemos y preguntemos por el fabricante del chip que se ha instalado, ya que de esa pequeña pieza dependerá en gran medida la calidad y duración de nuestra lámpara.

El Driver

Los LED no se conectan directamente a la corriente como una bombilla incandescente, sino que requieren de una fuente de alimentación previa (o convertidor de tensión), por lo que el aprovechamiento real de la energía eléctrica de un LED depende también en gran medida de este convertidor. Una fuente de alimentación apropiada influye en la eficiencia y la estabilidad de la luminaria.

El aprovechamiento real de la energía eléctrica consumida se mide por el valor del factor de potencia (PF o Power Factor o Factor de Poder). Si el valor es igual a 1 significa que toda la electricidad que llega a la fuente de alimentación se ha aprovechado. Si es de 0,5 quiere decir que la mitad de energía eléctrica se ha desaprovechado en la conversión. Usualmente de un driver de calidad se espera a que el valor sea superior a 0,9. Placa Base 

Es la placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board), que soporta las conexiones de los componentes electrónicos, como las conexiones del chip (normalmente mediante hilos de oro) y las vías de disipación del calor. Según el sistema de evacuación del calor utilizado puede componerse de distintas capas y materiales (principalmente aluminio y cobre además de otros materiales conductores). El Sistema de Gesti ón Té rmi ca 

La disipación del calor es una de las claves de la duración de un LED. Es importante explicar que los LED no emiten calor y de hecho pueden tocarse cuando están encendidos sin peligro de quemarse los dedos. Pero eso no significa que no lo generen. Es decir, el calor, al contrario que un foco incandescente, sale en la dirección

contraria a la luz, lo que influye en la duración y funcionamiento de la lámpara LED. Por este motivo es necesario disipar ese calor, ya que hasta el 70% de la energía puede llegar a perderse.

Una buena disipación del calor alargará la vida del chip. Para lograrlo, son claves los materiales empleados y un diseño que favorezca esta disipación. Los disipadores de calor son fabricados de materiales como el aluminio, el cobre y la cerámica y poseen superficies amplias y alas que promueven la rápida disipación de calor. Además de influir en la durabilidad, el calor también puede afectar al color y a la calidad de la luz, de ahí la importancia de una correcta disipación. Recientes avances tecnológicos en la producción de plásticos termo conductivos han permitido que este material sea utilizado como disipador de calor, reduciendo los costos de pr oducción. L ente Ópti co

La óptica secundaria es el conjunto de lentes exteriores que determinan la distribución de la luz emitida por el LED. La norma y composición de las lentes que forman la óptica secundaria puede variar en función de las necesidades de iluminación y distribución de la luz que se requieran. De esta forma, según la forma de la lente, el haz de luz puede hacerse converger o divergir. Es decir, el ángulo de luz puede ser grande o pequeño dependiendo del lente óptico que utilice la luminaria LED. Por esta razón, es conveniente contar con el asesoramiento de un profesional que nos aconseje sobre qué tipo de óptica secundaria es más conveniente  para el uso que vamos a dar a nuestra instalación LED.

Tipo de Chip: SMD vs COB En la iluminación LED existen hoy en día dos configuraciones distintas, existen los LED SMD (Surface Mounted Device) y los LED COB (Chip on Board). ¿Qué diferencias existen entre ambos? Debido a su construcción, básicamente los COB poseen un rendimiento lumínico mayor, una luz más uniforme y disipan mejor el calor que los SMD.

Pero veamos en detalle las diferencias. El corazón del SMD está compuesto por capas de cristales de silicio y galio montados sobre una base cerámica y usualmente encapsulado en una resina semirrígida. Los COB son en principio muy parecidos en los materiales que componen el diodo, la diferencia radica en que varios de estos chips están montados de manera más próxima y directamente en la placa base. Para entender la ventaja de esto, debemos entender el rol que juega la gestión térmica en un LED. Cuando tocamos una lámpara LED encendida no corremos el riesgo de quemarnos, como si suele ocurrir en los focos incandescentes y ahorradores, sin embargo, los LED también emiten algo de calor, aunque este se  proyecta en dirección contraria a la luz. En consecuencia, el calor se concentra en la parte posterior del chip y  para que esta parte no se recaliente, es necesario que el calor se disipe correctamente. La disipación del calor es una de las claves de la duración de un LED. Una buena disipación del calor alargará la vida del chip y mantendrá la calidad de la luz. Para lograrlo, los LED SMD dependen de los materiales utilizados para fabricarlo y un diseño que favorezca esta disipación, para esto se utiliza un substrato cerámico, disipadores de calor hechos de aluminio y/o el magnesio y el adhesivo térmico. Sin embargo el uso extensivo de estos materiales causa que los costos de fabricación sean superiores en los SMD. Con el fin de evitar esto y reducir los costos de fabricación, los LED han ido evolucionando llegando a desarrollarse el LED COB. El COB lleva insertados varios LED en un mismo encapsulado y está montado directamente sobre la placa base, es decir por su ubicación, disipa mejor el calor. Y al mismo tiempo este chip permite el ahorrar materiales ya que no requiere de un sustrato de cerámica, entre otros materiales. De esta manera el COB soporta el estar encendido constantemente, con lo que es el más adecuado para instalar en lugares de trabajo o áreas que requieren una luz constante. Además, los COB tienden a producir una luz más uniforme que los SMD ya que la densidad de los chips es mayor. Eso significa que producen un haz de luz más consistente, sin puntos de luz individuales visibles.

Lúmenes Por mucho tiempo el factor más importante a la hora de comprar un foco incandescente, halógeno o ahorrador han sido los vatios. Los vatios representan la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar un foco. Si queríamos una luz fuerte comprábamos un foco con más vatios, y si queríamos una luz más tenue, un foco de menores vatios. Es decir, asociamos vatios a luminosidad, a más vatios más luz. El problema con estos tipos de focos tradicionales es que sólo un porcentaje muy pequeño de los vatios consumidos eran convertidos a luz, la gran mayoría se convertían en calor. Esto es muy fácil de comprobar, es imposible no quemarse los dedos si se toca un foco incandescente que ha estado encendido por menos de 5 minutos. Los LED se diferencian de los otros focos en que son mucho más eficientes convirtiendo los vatios a luz. Un foco LED utiliza el 30-40% de esos vatios para generar luz, el resto se convierte en calor. En otras palabras, requiere menos consumo de vatios para generar la misma cantidad de luz. Debido a esto, no podemos comparar los focos tradicionales y los LEDs por cuantos vatios consumen si no por la luminosidad que  producen. Esta luminosidad se le conoce como flujo luminoso o lumínico y se mide en lúmenes (lm). Los lúmenes son la cantidad de luz percibida por el ojo de una determinada fuente de luz. En términos simple los lúmenes miden que tan brillante es un foco o cuanta luz esta emite.

En iluminación lo que se busca hoy en día es calidad de luz y eficiencia energética que se traduce en eficacia lumínica. La eficacia lumínica indica la cantidad de luz emitida en relación a la energía consumida, esta se mide por lúmenes por watt (lm/W). Los LEDs le ganan ampliamente en eficiencia energética a los demás tipos de focos. Veamos un ejemplo práctico. Un foco incandescente de 60W produce aproximadamente 800 lúmenes, o una eficacia lumínica de 13 lm/W. Por otro lado, un foco ahorrador sólo necesita 20W para producir los mismos lúmenes, o 40 lm/W. Si queremos sustituir este foco incandescente de 60W o el foco ahorrador de 20W por un focos LED, debemos buscar el equivalente en lúmenes, pero no en vatios. En este caso, una bombilla LED de sólo 9W nos podría dar los mismos lúmenes que necesitamos pero con una mayor eficiencia energética, es decir 88 lm/W. Esta eficiencia energética lograda por los LEDs es lo que al final del mes se traduce en ahorro para el consumidor ya que se consume menos energía eléctrica para generar la misma cantidad de luz.

Lux Un término que en ocasiones se confunde con los lúmenes es el lux. Lux es la medida de la intensidad aparente de luz que llega o pasa a través de una superficie a una distancia dada. Un lux equivale a 1 lumen  por metro cuadrado. La diferencia entre el lux y el lumen consiste en que el lux toma en cuenta la superficie sobre la que el flujo luminoso se distribuye. Una fuente de luz a 1 metro de la fuente tendrá un lux mucho mayor que si estuviera a 10 metros de distancia. Por ejemplo, 1000 lúmenes concentrados sobre un metro cuadrado iluminan esa superficie con 1000 lux. Los mismos mil lúmenes distribuidos sobre 10 metros cuadrados producen una iluminancia de sólo 100 lux.

A la hora de considerar los lux que se pueden obtener de una luminaria se debe considerar que estos dependerán de 4 factores: 1. 2. 3. 4.

La cantidad de lúmenes que emite la fuente de luz. El ángulo de la luz. La distancia entre la fuente de luz y la superficie que se desea iluminar. El color y la reflectividad de las superficies que rodean el área.

En referencia a la iluminación LED, los lux que proporcionará la luminaria dependerá primeramente de los lúmenes que esta sea capaz de emitir. Las luminarias LED para el hogar y oficinas están en capacidad de  producir los mismos lúmenes que las fuentes de iluminación tradicionales, lo mismo ocurre en ambientes industriales o de iluminación pública donde ya se encuentran disponibles en el mercado luminarias capaces de producir más de 20,000 lúmenes.

Índice de Reproducción Cromática El Índice de Reproducción Cromática (IRC) es un sistema internacional que mide la capacidad de una fuente de luz para reproducir los colores fielmente. La medición se realiza con la luz del día como referencia. Es decir, el Color Rendering Index o CRI en inglés de la luz del día es de 100, es decir, toda la gama de colores se reproducen perfectamente. La escala utilizada para medir el CRI de una fuente de luz va del 1 al 100. Los conceptos de temperatura de color e Índice de Reproducción Cromática son independientes entre sí, aunque ambos juegan un rol importante a la hora de elegir una lámpara u otra.

Si queremos comparar dos lámparas distintas, para comprobar cuál de ellas reproduce los colores con mayor calidad, es indispensable que ambas lámparas tenga una temperatura de color similar, ya que algunas lámparas pueden resaltar tonalidades en función de la temperatura de color de la luz que emitan. El color de un objeto iluminado por dos lámparas con el mismo CRI variará si cada una de las lámparas tiene una temperatura de color diferente.

Cuando hablamos de iluminación para interiores, ya sea doméstico o para ambientes de oficinas, se espera que el CRI sea siempre superior a 70, siendo 80 el valor óptimo. Lo contrario ocurre cuando hablamos de iluminación pública, un CRI de 30 es aceptable en ese caso ya que lo que se busca es la visibilidad de los objetos más no distinguir colores. Por último, valores superiores a 90 son comúnmente requeridos en ambientes de diseño, arte, fotografía y locales comerciales donde la fidelidad de los colores juega un rol fundamental, como por ejemplo una tienda de ropa o una joyería. Los LED que se comercializan hoy en el mercado cuentan con CRIs entre 70 y 90. Siendo el CRI de 80 el más común y el cual aplica perfectamente a la mayoría de proyectos residenciales, comerciales y de oficina. Es importante mencionar que la tecnología LED ha avanzado mucho en los últimos años, logrando que existan LED capaces de producir CRIs superiores a 90, sin embargo estos son aún muy costosos.

Temperatura de Color La luz produce diferentes sensaciones de color, las hay frías (azul), neutrales y cálidas (ámbar). La temperatura de color también se define como la sensación que percibe el ojo humano ante una luz, siendo cálida si predomina el color ámbar o fría si predomina el azul. En il uminación las característica de color de la luz se describe utilizando la temperatura de color y se expresa en grados Kelvin (°K). ¿Cómo así medimos el tono de la luz como una “temperatura”? Esta práctica se inició a finales de 1800,

cuando el físico británico William Kelvin calentó un bloque de carbono. Al calentarse este comenzó a brillar  produciendo una gama de diferentes colores a diferentes temperaturas. El cuerpo negro al inicio producía una luz roja tenue, aumentando a un amarillo brillante a medida que la temperatura subió y llegó a producir un resplandor blanco azulado brillante en las temperaturas más altas.

La temperatura de color es muy importante en los centros de trabajo, puesto que tiene mucha influencia en el rendimiento y la concentración. La temperatura alta, superior a 5000K se asemeja a la luz al medio día y muchas personas se concentran más con ella, sin embargo, si lo que se quiere es conseguir un efecto relajante, la luz de temperatura deberá ser baja, puesto que es más suave para los ojos. Por ello, da igual la cantidad de calor que produzca la fuente de luz, si la luz predominante tiene una tonalidad azul, tendremos la sensación de que es fría y esas fuentes de luz tendrán una temperatura de color fría. La iluminación LED es capaz de producir luces con diferentes tonalidades. Es común encontrar en el mercado focos LED de luz cálida o luz fría. Siendo las temperaturas más comunes las de 2700, 3500, 5400 y 6500K.

La luz cálida de la iluminación LED suele tener una temperatura entre 3000-3500K, la luz blanca neutral se sitúa en los 5000K y la fría empieza de los 6000K hacia adelante. Cuando queremos elegir lámparas para uso en el dormitorio o ambiente común, las más adecuadas son las que poseen una temperatura alrededor de los 3000 grados kelvin, porque generan un ambiente cálido y confortable. Para cocinas, áreas de estudio, oficinas y tiendas se recomienda una luz de 5000K a 6500K, una luz neutral o fría que se asemeja a la luz del día y favorece la concentración.

Ángulo de Luz El ángulo de luz refiere al ángulo entre los dos planos de la luz donde la intensidad es al menos un 50% de la intensidad máxima obtenida en el centro del haz de luz.

Los ángulos de haz más pequeñas son los que tienen 20 grados o menos. Un ángulo de luz pequeño se utiliza cuando se prefiere un haz concentrado de luz. Su aplicación es realzar un objeto, por ejemplo un cuadro, un adorno o cualquier objeto en general. Este tipo de foco tiende a ser de menos vatios ya que la luz se concentra sobre un área pequeña, por lo tanto no es necesaria una luz de alta intensidad. Los ángulos de haz más grandes son los que tienen 20 grados o más. Ángulos de haz de gran tamaño son los más adecuados para lámparas de alta potencia. Estos focos son superiores a 10W. Ángulos de haz grandes funcionan bien para áreas de superficies extensas donde las lámparas están espaciadas o áreas con techos  bajos donde se desea una cobertura de luz homogénea y fuerte. La iluminación LED sobresale en este sentido, ya que es posible utilizar lentes ópticos para converger o divergir la luz. Esto permite tener una amplia gama de productos LED capaces de producir ángulos de luz que van desde el spot (5° a 20°), el reflector (20° a 40°), el reflector ancho (40° a 55°) y el reflector amplio (60° o mayor). Como se puede apreciar la iluminación LED es sinónimo de versatilidad, adaptándose a las necesidades de cualquier proyecto de iluminación.

Para uso doméstico, la elección entre los ángulos de haz pequeño o grande es una preferencia personal y depende de cómo le gustaría que el haz de luz se enfoque. En el plano comercial y público existen pautas y regulaciones para definir el ángulo apropiado a utilizar dependiendo del lugar u objetos que se necesitan iluminar. Por ejemplo, los ángulos a utilizar variarán en tamaño si es que se desea iluminar una oficina, un  paso peatonal, un cuadro de arte, un área de manufactura o una vía.

L70, decrecimiento de lúmenes La vida útil de las fuentes de luz tradicionales (incandescentes, fluorescentes y alta intensidad) se estima a través de estándares y procedimientos de calificación. Típicamente se logra a través de pruebas de laboratorio utilizando una muestra significativa donde se operan los focos hasta que el 50% ha fallado, en ese punto se define la “vida nominal” para esa luminaria.

La tecnología LED cambia varios aspectos de este enfoque tradicional: 1. Los LED generalmente no fallan bruscamente como las fuentes de luz tradicionales, en cambio su emisión de luz disminuye lentamente con el tiempo. 2. Las fuentes de luz LED pueden tener vidas tan largas que las pruebas de vida no se pueden realizar en el tiempo que el producto se mantiene en vigencia. 3. La emisión de luz y la vida útil del LED dependen de las condiciones eléctricas y térmicas en la que se opera la lámpara.

Para los LED la definición de la vida útil se da por las horas de funcionamiento en el que la luz (lúmenes)  proporcionados por el LED ha disminuido en 30% de la producción inicial (abreviado como L70 o LM70). La industria eligió el valor de 30% debido a que estudios sobre la visión humana indican que en aplicaciones de iluminación general, el ojo humano típico no detecta la disminución de la luz mientras esta no supere el

30% de decrecimiento. Es decir, que el tiempo de vida útil de una luminaria LED indica el momento en que está brillará a un 70% de su luminosidad original. Para determinar el L70 de un LED, los fabricantes hacen proyecciones basadas en pruebas extendidas de laboratorio y la extrapolación estadística, teniendo en cuenta los efectos de la corriente y la temperatura de los disipadores de calor y del dispositivo LED en funcionamiento. Estas pruebas se rigen bajo el estándar IES LM-80 que describe cómo debe realizarse las pruebas de mantenimiento del flujo luminoso de los LED. Debido a esto, cuando compre un LED es importante verificar que este provenga de un fabricante de calidad que pruebe de manera científica y confiable el rendimiento del LED y que además el producto este amparado  por una garantía de fábrica.

Vida útil Los LED se diferencian de los focos tradicionales por la eficiencia energética que logran, sin embargo esto no es lo único que los distingue. Otra principal ventaja de los focos LED es su larga vida útil. La mayoría de focos LED duran más de 25,000 horas o aproximadamente 18 años (en uso 4 horas al día). Inclusive hoy en día algunos focos LED ya ofrecen una vida útil de 50,000 hasta 100,000 horas. Sin embargo, existe cierta confusión con el término vida útil en relación a los LED. A menudo se piensa que esta hace referencia al tiempo que tardará en dejar de funcionar, lo que en realidad se le conoce como la vida media. Una falla total es inusual en un LED. Por lo que la forma de medir la vida útil es el tiempo durante el cual el foco funciona sin perder rendimiento luminoso.  En la práctica se espera que un foco LED mantenga el 70% de su luminosidad durante su vida útil.

Aunque por lo general se espera que los LED duren mucho tiempo hay que tomar en consideración lo siguiente. Aunque los LED no generan tanto calor como los focos tradicionales, para que el foco LED funcione correctamente y su vida útil sea la máxima posible es fundamental disipar eficientemente el calor que se acumula. El exceso de temperatura puede llegar a reducir considerablemente la vida de una luminaria

LED y puede afectar también la calidad de la luz emitida. Inclusive, en casos extremos de calor el foco LED  podría dejar de funcionar.

LED y el medio ambiente Desde el inicio el LED se han distinguido por ser eco-amigable. Los LED son amigables para el medio ambiente ya que estos no contienen químicos, gases ni materiales que contaminan. Además, debido al ahorro de energíaque proporcionan, ya que son más eficientes en la generación de luz, estos reducen la huella de carbono reduciendo las emisiones de CO2 a la atmósfera. Y debido a su larga vida y alta durabilidad, estos no tienen que ser desechados de manera recurrente como ocurre con los focos tradicionales, lo cual reduce la emisión de desechos. Inclusive, cuando estos tienen que ser desechados algunos de los componentes que conforman el LED pueden ser reciclados y nuevamente utilizados para la fabricación de otros productos. Al utilizar LED en su hogar u oficina, no sólo estará ahorrando pero además estará ayudando a conservar el  planeta.