dossier led

DOSSIER
LED
UNA NUEVA
FUENTE DE
ILUMINACIÓN
Segunda edición, diciembre de 2011
Introducción
La aparición de los LED está produciendo grandes cambios en el mundo de la iluminación. Al tratarse de una nueva fuente de luz, el LED ha traído consigo una serie de nuevos desarrollos, aplicaciones y desafíos. Por otro lado, los LED evolucionan con mucha rapidez y no resulta fácil
mantenerse al día de las últimas novedades y analizarlas en profundidad.
ETAP trabaja activamente con LED desde 2003 y ha acumulado una amplia experiencia en este segmento. La finalidad de este informe consiste
en presentar información objetiva y técnicamente fundamentada, para disponer de una visión más clara de estos productos tan complejos.
Teniendo en cuenta el desarrollo extremadamente rápido de la tecnología LED, la información sobre estos productos se queda obsoleta en poco
tiempo. Por ello, este documento se revisa con regularidad. Las actualizaciones más recientes aparecen indicadas al margen. Si desea mantenerse al día de las últimas novedades, le recomendamos que consulte nuestra página www.etaplighting.com, donde encontrará la versión más
reciente de este documento.
Segunda edición, diciembre de 2011
© 2011, ETAP
2 | ETAP
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UNA NUEVA
FUENTE DE
ILUMINACIÓN
ÍNDICE
1. El LED como fuente luminosa ............................................................................................................................................................................... 4
1. ¿Cómo funcionan los LED? .............................................................................................................................................................................. 4
2. Tipos de LED ........................................................................................................................................................................................................... 5
3. Ventajas de los LED ............................................................................................................................................................................................. 7
4. Fabricantes de LED ...........................................................................................................................................................................................12
5. El futuro de los LED ..........................................................................................................................................................................................13
2. Diseño de luminarias LED ..................................................................................................................................................................................... 14
1. Posibilidades y desafíos....................................................................................................................................................................................14
2. Distribución adecuada de la luz ..................................................................................................................................................................15
3. Luminancia controlada ...................................................................................................................................................................................17
4. Diseño térmico bien planificado .................................................................................................................................................................17
5. Agrupamiento para una calidad luminosa constante ........................................................................................................................19
6. Seguridad eléctrica ...........................................................................................................................................................................................20
7. Publicación de los datos correctos .............................................................................................................................................................21
8. Normativa de seguridad .................................................................................................................................................................................22
3. Suministros para luminarias LED ...................................................................................................................................................................... 23
1. Criterios de calidad ............................................................................................................................................................................................23
2. Fuentes de corriente frente a fuentes de tensión .................................................................................................................................24
4. Iluminación con LED – aspectos fotométricos .......................................................................................................................................... 26
1. Factor de depreciación y de mantenimiento .........................................................................................................................................26
2. Estudios de iluminación con luminarias LED .........................................................................................................................................27
3. Integración de sistemas de ahorro de energía ......................................................................................................................................27
5. Preguntas y respuestas ........................................................................................................................................................................................... 28
Terminología ....................................................................................................................................................................................................................... 29
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Sección 1: El LED como fuente luminosa
1.
¿CÓMO FUNCIONAN LOS LED?
LED significa “Light Emitting Diode”, o diodo emisor de luz. Un LED es un
semiconductor (diodo) que emite luz cuando pasa corriente a través de él. Los
materiales semiconductores que se emplean en los LED convierten la energía
eléctrica en radiación electromagnética visible; es decir, en luz.
Luz visible
El estímulo consiste en una corriente eléctrica que atraviesa el diodo (o, para ser
más exactos, la unión). Todos los diodos son unidireccionales: solo se produce
luz cuando pasa corriente continua en el sentido “correcto”, es decir, del ánodo
(polo positivo) al cátodo (polo negativo).
Flujo de corriente continua
Ánodo (+)
2.50
2.25
Flujo luminoso normalizado
La cantidad de luz generada es casi proporcional
a la cantidad de corriente que fluye a través del
diodo. A efectos de iluminación, el suministro
siempre está controlado por la corriente
(“corriente constante”), véase la sección 3.
Cátodo (-)
2.00
1.75
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
0
200
400
600
800
1000
1200
Corriente directa (mA)
Impacto de la corriente en el flujo luminoso
La combinación de un LED (semiconductor), una carcasa y una óptica primaria es lo que se conoce como un componente LED.
Este componente LED cubre y protege el LED, garantiza la disipación del calor generado internamente e incluye un sistema de
óptica primaria, es decir, una pequeña lente que recoge y emite la luz generada por el LED en un patrón definido.
Óptica primaria
LED
Unión
Soporte
Cable eléctrico
Composición de un componente LED
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El LED emite luz monocromática. El color de la luz depende de los materiales empleados para producirla. Se puede generar luz LED en todos
los colores saturados del espectro visible, desde el violeta y el azul hasta el rojo, pasando por el verde.
UPDATE
La luz blanca puede conseguirse del modo siguiente:
1. Bicromatismo
- La forma más común consiste en combinar un LED azul con un material luminiscente (emisor de luz), que convierte
parte de la luz azul en luz blanca (o, mejor dicho, “amarilla”). La composición de este material luminiscente determina la
temperatura de color de la luz resultante (para más información sobre la temperatura de color, véase más adelante en
esta sección).
2. Tricromatismo:
- Mezclando luces de color rojo, verde y azul (RGB).
- Mediante combinaciones de LED blancos del tipo descrito en el punto 1 con LED de color rojo o ámbar. Esta opción
permite producir distintas temperaturas de color con un único módulo.
2.
TIPOS DE LED
Las fuentes luminosas LED se pueden clasificar de varias formas. En ETAP distinguimos los siguientes tipos:
TIPO 1. LED CON ÓPTICA PRIMARIA
En este caso, el fabricante de sistemas de iluminación (ETAP) compra los componentes LED, fabrica
circuitos impresos (PCB) a medida y los combina con una óptica secundaria. De este modo se obtiene
la máxima flexibilidad de diseño, puesto que la geometría del módulo de iluminación se puede integrar
por completo en el diseño de la luminaria.
Actualmente solo se utilizan LED SMD (dispositivo de montaje adosado) que van soldados directamente
a la superficie de una placa de circuito impreso y disipan el calor mucho mejor. Este tipo de LED es más reciente y está pensado específicamente
para soportar cargas y flujos luminosos mayores. Su vida útil y su eficiencia son considerablemente superiores. Se encuentran disponibles en
un amplio espectro de potencias: desde los LED de baja potencia (entre 70 mW y 0,5 W) a los de potencia media (entre 1 y 3 W) y los de alta
potencia (hasta 90 W). Los paquetes de lúmenes por LED varían de 4 lm por componente a 6000 lm para las capacidades más altas.
TIPO 2. PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO (PCB) PREENSAMBLADAS
El fabricante de sistemas de iluminación compra al proveedor de LED las PCB preensambladas, que
son placas de circuito impreso en las que se montan uno o varios LED. Las placas de circuito impreso
también cuentan con la electrónica de funcionamiento necesaria, lo que permite conectar los módulos
fácilmente a una fuente de alimentación. Estas PCB preensambladas se encuentran disponibles en
distintas versiones (redondas, lineales o tiras, soportes flexibles, etc.) y se pueden equipar con LED
SMD de baja o de alta potencia. Algunos ejemplos de ello son las PCB lineales de LED Osram o Philips.
Los circuitos impresos preensamblados ofrecen la ventaja de que son módulos de iluminación prefabricados. Pero, por otra parte, los módulos
tienen una forma fija, lo que limita ligeramente la libertad de diseño. Además, la elección del tipo de LED no puede optimizarse por completo
en función de la aplicación prevista.
TIPO 3. MÓDULOS LED (lámparas completas)
Los módulos LED van aún más lejos: la PCB preensamblada se integra en las interfaces eléctrica y
térmica necesarias dentro de su carcasa. También se puede integrar la óptica secundaria.
Módulo Fortimo Philips
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Los módulos LED equivalen a la “bombilla” tradicional. El módulo mecánico estándar se caracteriza por su flujo luminoso y su potencia nominal,
y la tecnología interna está totalmente encapsulada.
Algunos módulos comerciales son, entre otros:
s Los módulos Fortimo LLM (módulos de iluminación lineales) y DLM (módulos de iluminación de downlight) de Philips (ver foto),
que generan luz blanca a partir de LED azules y de la llamada tecnología de fósforo remoto.
s El módulo Tridonic TALEX.
s Osram PrevaLED (LED blancos convencionales).
s Módulos de foco y de arandela de Xicato.
s Tubos LED (ej. Osram, Philips).
LA MEJOR ELECCIÓN
ETAP selecciona entre estos tres tipos de LED (tipo 1, 2 o 3) en función de la aplicación. Por ejemplo, en el alumbrado de emergencia y en los
productos Flare se utilizan componentes del tipo 1 porque la libertad para elegir los LED y el montaje (específico de la tecnología del tipo 1)
permite optimizar el rendimiento en diseños minimalistas.
En otros casos, preferimos explotar al máximo el saber hacer del fabricante de LED (codiseño), sus posibilidades logísticas (porque, al fin y al
cabo, una evolución muy rápida de los LED conlleva una rápida obsolescencia de los stocks) y la evolución de sus LED. De esta forma, nuestras
luminarias pueden adaptarse automáticamente al mismo tiempo que lo hace la tecnología LED del fabricante. Por eso ETAP también emplea
LED de tipo 2 y de tipo 3, por ejemplo para las luminarias con difusor o downlight LED con un reflector secundario clásico.
Tipo 1: K9
Tipo 2: UM2 con LED
Tipo 3: D1 con LED
AÚN EN PAÑALES: ILUMINACIÓN OLED
El diodo luminoso orgánico, u OLED, es una fuente luminosa bidimensional. El
OLED consta de una capa sintética muy fina (de unos 100 o 200 mm) que se
encuentra entre dos electrodos, es decir el ánodo y el cátodo. El ánodo siempre
es transparente mientras que el cátodo puede ser transparente o especular, en
función de la aplicación.
UPDATE
Al aplicar potencia, se produce luz en la capa sintética (como en los LED
convencionales), y se la hace salir por uno de los electrodos. Esta fuente luminosa
presenta la ventaja de que es muy fina: al aplicarse a un soporte de vidrio tiene
un grosor de menos de 2 mm. Los OLED también pueden montarse sobre soportes
flexibles, por ejemplo para producir pantallas flexibles ultrafinas.
Philips Lumiblade: módulo OLED
Aunque ya se comercializan OLED (fundamentalmente en displays de pequeño formato), esta tecnología aún está en su infancia en el campo de
la iluminación, porque todavía presenta muchas limitaciones en términos de eficiencia luminosa, vida útil, estabilidad del color y uniformidad
en superficies más grandes (>10 cm2). Un ejemplo (datos de mediados de 2011): rendimiento actualmente sigue siendo limitado (aprox.
20 lm/W para OLED blancos y 40 lm/W para OLED verdes, para un brillo de 500 cd/m2).
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3.
VENTAJAS DE LOS LED
100
VENTAJA 1: VIDA ÚTIL PROLONGADA
90
80
Flujo luminoso relativo (%)
La vida útil de los LED depende en gran medida de las
condiciones de uso específicas; entre ellas, las más
importantes son la potencia y la temperatura interna (y, por
consiguiente, la temperatura ambiente). Hoy en día, a un LED
de calidad se le presupone una vida útil de 50 000 horas. Se
entiende que este es el periodo en el que, de media, el flujo
luminoso cae hasta el 70% de su valor inicial (ver el cuadro
sobre MTTF). Esta vida útil es alcanzable siempre y cuando
el LED se emplee dentro de sus límites de temperatura
establecidos (normalmente entre 80 y 85 °C).
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
50
100
Tiempo (h x 1000)
Vida útil de los LED
Al determinar la vida útil de un LED es preciso distinguir entre fallo paramétrico (deterioro del rendimiento luminoso) y fallo catastrófico (el LED no emite luz). Cuando los fabricantes hablan de una vida útil L70 se refieren al tiempo en el que un porcentaje específico de
LED disminuye al 70% de su flujo luminoso inicial. Este porcentaje de LED se indica con la letra “B”; así, por ejemplo B50 indica un 50%.
No obstante, al determinar la vida útil, no se tienen en cuenta los LED que pueden fallar, que se retiran de la prueba. Sin embargo, a los
usuarios les importan los LED defectuosos. Cuando se determina la vida útil teniendo en cuenta los LED que fallan, se hace referencia
a una vida útil F, que normalmente será inferior a la vida útil B. Por ejemplo, L70F10 indica el periodo en el que un 10% disminuye a
menos del 70% del flujo luminoso inicial o falla por cualquier motivo. Las normas y recomendaciones internacionales promoverán
cada vez más e incluso terminarán por imponer la definición F para la vida útil de los LED.
Otra ventaja de las fuentes luminosas LED es que no contienen componentes vulnerables o móviles tales como vidrio, filamentos o gases.
Como consecuencia de ello, las soluciones LED bien diseñadas son bastante robustas y presentan una elevada resistencia a las vibraciones u
otras tensiones mecánicas.
Pese a su solidez mecánica, los componentes LED (al igual que otros componentes electrónicos) son extremadamente sensibles a las influencias
electrostáticas. Por eso, los circuitos LED solo deben tocarse con la protección de una conexión a tierra adecuada. Debe evitarse la conexión
directa de LED con un cable conductor. Una subida de tensión puede destruir por completo un LED.
Halógeno
LED = 18x Cree XP-E Q4 4000K @ 350 mA
B50/L70
5000
8000
Fluorescente compacto
Tiempo de funcionamiento (Kh)
UPDATE
Es importante tener en cuenta que la vida útil de los LED
Depreciación del flujo luminoso con el paso del tiempo
depende en gran medida de los requisitos impuestos por su
aplicación. Por ejemplo, para aplicaciones arquitectónicas
o residenciales específicas, es aceptable una reducción
luminosa del 30% o más y la vida útil puede superar las 50 000 horas. Para otras aplicaciones de iluminación profesional, es inaceptable un
fallo del 50% con una reducción luminosa del 30%, con lo que la vida útil real es más corta.
10000
H.I.D. compacta (CDM-T)
Vapor de mercurio a
alta presión (H.I.D.)
12000
20000
Fluorescente lineal
LED
50000
120
100
80
60
40
20
0
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
horas
Valores típicos para la vida útil (simplificación)
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60
70
80
90
100
110
120
Temperatura en la unión del LED - Tj (°C)
Influencia de la temperatura de unión en la vida útil
7 | ETAP
Ventaja 2: Posibilidad de alta eficiencia energética
Actualmente los LED en blanco frío con una temperatura de color de entre 5000 y 7000 K (grados Kelvin) alcanzan más de 160 lm/W en las
condiciones de referencia y se prevé que para 2013 estarán disponibles comercialmente. Los LED con temperaturas de color inferiores de
entre 2700 y 4000 K (los que se utilizan mayoritariamente en soluciones de iluminación en Europa) normalmente presentan un rendimiento
ligeramente inferior. Para estas temperaturas de color, en 2011 se comercializaron LED con rendimientos luminosos de hasta 80 lm/W.
UPDATE
120
100
4000 K
6500 K
80
Eficacia (lm/W)
UM2 led
E1
E1con
ledLED
FLARE
60
K9 Lighting
Estas curvas se basan en los valores
máximos de los tipos de LED de alta potencia
disponibles en el mercado (sin medias ni
rendimientos de laboratorio). Las curvas
varían en función de la temperatura de la
unión – véase la Sección 2.4.
(segunda generación)
40
K9 iluminación (primera generación)
20
GUIDE
0
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
Evolución del flujo luminoso específico de los LED para 2 temperaturas de color
con indicación de algunos productos de ETAP, a la temperatura en
la unión en condiciones normales de uso (lúmenes calientes)
Eficacia: lm/W
Los datos indicados se siguen expresando en lm/W (lúmenes por vatio) de la “lámpara” (como en la iluminación fluorescente convencional) en
unas condiciones de referencia (con una temperatura en la unión Tj de 25 °C para los LED). En condiciones de uso reales, la eficiencia es inferior.
La eficiencia que ofrece la luminaria es aún menor.
Para ilustrarlo veamos el ejemplo de E1 con LED y UM2 LED:
LED
(medido en flash test a 25 ºC)
LED
(medido en flash test a 25 ºC)
100 lm/W (luz en blanco frío)
LED
(condiciones de uso normales)
LED
(condiciones de uso normales)
87 lm/W
LED
con controlador comercial
20
40
60
98 lm/W
Luminaria
(óptica y lente incluidas)
70 lm/W (reflector abierto)
0
112 lm/W
LED
con controlador comercial
74 lm/W
Luminaria
(óptica y lente incluidas)
117 lm/W
80
100
120
lumen/watt
87 lm/W
0
20
E1 con LED
40
60
80
100
120 140
lumen/watt
UM2 con LED
A modo de comparación: luminaria con reflector U5 con una lámpara fluorescente x 35 W
94,3 lm/W
Lámpara fluorescente
86,8 lm/W
Lámpara fluorescente con balasto
81,6 lm/W
Luminaria con lámpara fluorescente
0
20
40
60
80
100
lumen/watt
Luminaria con reflector U5
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UPDATE
Los LED con una temperatura de color más alta, y por tanto con una luz más fría, ofrecen un nivel de eficiencia superior que los mismos LED
con temperaturas de color más bajas. El material luminiscente utilizado para crear el blanco cálido contiene más rojo y el rendimiento de este
componente rojo es inferior al del amarillo. Por eso, el rendimiento general del LED es menor.
A modo de comparación:
2012-2015
LED
Lámparas de halogenuro
metálico
Lámparas fluorescentes
Lámparas de vapor de
mercurio a alta presión
Lámparas incandescentes
halógenas de baja tensión
Lámparas incandescentes
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
lumem/W
Valores típicos para la eficiencia de fuentes luminosas
Ventaja 3: Reproducción de colores de alta calidad, elección de la temperatura de color
Temperatura de color
La temperatura de color de una fuente luminosa de luz blanca se define como “la temperatura de un cuerpo negro para la cual la luz emitida
produce la misma impresión de color que la fuente luminosa”. La temperatura de color se expresa en grados kelvin (K). La luz azulada tiene
una temperatura de color más alta y parece “más fría” que la luz con una temperatura de color más baja.
Existen varias subdivisiones y designaciones, cada una de ellas con su referencia a temperaturas de color reconocibles.
Bluede
Led
Chip
LEDchip
azul
Phosphor
6000K
Fósforo
6000
K
Phosphor
3000K
Fósforo
3000
K
10,000
Luz desde el norte (ciel azul)
y
0.9
9,000
520
0.8
540
8,000
0.7
7,000
6,000
5,000
Luz natural, cielo cubierto
500
Luz natural de mediodia
Luz solar directa
Lámparas electrónicas de destello
4,000
3,000
2,000
1,000
Bombillas de iluminacion residencial
Luz del amanecer
Luz de tungsteno
Luz de vela
580
0.5
Tc (°K)
5000
3000
0.0
6000
0.4
2000 1500
10000
0.3
Indicación de temperatura de color
UPDATE
560
0.6
490
600
620
700
0.0
0.2
480
0.1
470
460
0.0
0.0
0.1
380
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
x
Principio de generación de la luz blanca
por medio de material luminiscente
En los LED RGB de luz blanca (por combinación de rojo, verde y azul) son posibles todas las temperaturas de color, aunque el control a largo
plazo es complicado porque los tres colores tienen una dependencia de la temperatura distinta. Por eso se emplea con menos frecuencia en
iluminación.
En los LED con conversión por material luminiscente, la temperatura de color viene dada, por una parte, por el tono de azul del LED y, por otra,
por el material luminiscente.
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9 | ETAP
UPDATE
¿Qué hay del alumbrado de emergencia?
Para el alumbrado de emergencia, ETAP opta decididamente por las altas temperaturas de color. Las lámparas
LED con altas temperaturas de color son energéticamente más eficientes, y por tanto las baterías requieren
menos energía. Además, el ojo humano es más sensible a la luz azulada a bajos niveles lumínicos.
Reproducción de los colores
El CRI o índice de reproducción de los colores de una fuente luminosa refleja la calidad de reproducción de los colores de los objetos iluminados
por la fuente luminosa. Para obtener este índice, se compara la reproducción de los colores de los objetos iluminados por la fuente luminosa
con la reproducción de los colores de esos mismos objetos iluminados por un reflector negro (con la misma temperatura de color).
La reproducción de los colores de los LED se compara con la de las lámparas fluorescentes y, en función de la temperatura de color, fluctúa
entre 60 y 98.
s
s
Para las aplicaciones de iluminación convencionales en blanco cálido o blanco neutro, ETAP opta por LED con una reproducción de
colores de 80.
En los sistemas de alumbrado de emergencia alimentados por baterías, la eficiencia es más importante que la reproducción del
color (solo se requiere una reproducción de colores mínima de 40). Por eso, para el alumbrado de emergencia utilizamos LED de
alto rendimiento en blanco frío con una reproducción de los colores de aproximadamente 60.
En los LED blancos con conversión por material luminiscente, la reproducción de los colores también depende de la elección del material
luminiscente (por ejemplo, fósforo). En la combinación de colores RGB, se mezclan los tres colores básicos saturados y se pueden obtener
excelentes reproducciones de color. Pero incluso en este caso, el control es más complejo.
A modo de comparación:
Fluorescente:
LED:
Lámpara incandescente:
CDM:
Lámpara de sodio:
Ra entre 60 y
Ra entre 60 y
Ra de 100
Ra entre 80 y
Ra de 0
98
98
95
¿Sabía que…?
Un LED con una temperatura de color baja (es decir, un blanco cálido) tiene normalmente una mayor (mejor) reproducción de los colores
que un LED con una temperatura de color más alta (blanco frío).
10 | ETAP
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Las lámparas fluorescentes no emiten inmediatamente
todo su flujo luminoso desde el momento en que
se encienden. En contraste, los LED reaccionan
inmediatamente a los cambios en el suministro
eléctrico. Una vez encendidos, alcanzan en un instante
su flujo luminoso máximo, con lo que son sumamente
adecuados para aplicaciones con encendidos y
apagados frecuentes, sobe todo si la luz se utiliza solo
durante breves espacios de tiempo.
Esto también ocurre a temperaturas ambiente bajas,
en las que incluso funcionan mejor. Esta ventaja se
aprecia, por ejemplo, en las luminarias E1 con LED
para aplicaciones de ultracongelación.
Flujo luminoso relativo en comparación con tamb = 20°C (%)
Ventaja 4: Eficiencia luminosa inmediata desde el mismo momento del encendido
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
0:00
0:05
0:10
0:15
0:20
0:25
0:30
0:35
0:40
0:45
0:50
0:55
1:00
Tijd (hh:mm)
E1 CON LED
FLUORESCENTE E1 CON LÁMPARAS ADAPTADAS Y BALASTOS ADECUADOS PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA
Además, los LED –a diferencia de las lámparas
CDM, por ejemplo– pueden volver a encenderse
sin problemas aunque aún estén calientes y la
conmutación frecuente no repercute negativamente
en la vida útil.
FLUORESCENTE E2 CON BALASTO ADECUADO PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA
Comparación del comportamiento de puesta en servicio
del LED vs. fluorescente a -30°
Ventaja 5: Fácilmente regulables en un amplio intervalo
Potencia de entrada (W)
Los LED pueden regularse de manera eficaz en un amplio intervalo (casi desde el 0% al 100%) o controlarse de forma dinámica empleando
métodos de regulación estandarizados como DALI, DMX o 1–10 V. En los LED, las pérdidas asociadas al regulador en los intervalos de regulación
más bajos son comparables a las de los reguladores de lámparas fluorescentes con los balastos regulables mas avanzados. Con una modulación
completa, el consumo de energía residual puede bajar hasta el 10% del consumo nominal.
Corriente de LED (mA)
Efecto de la regulación en el consumo de energía
En consecuencia, los LED son muy adecuados para integrarse en entornos programados y dinámicos.
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11 | ETAP
No obstante, también hay diferencia en el grado de regulación. Los LED son extremadamente regulables; por ejemplo, pueden modularse hasta
en pasos del 0,1%*. No puede decirse lo mismo de las luces fluorescentes, cuyo límite de regulación en la práctica es de un 3% (más allá suelen
producirse problemas de arranque o de estabilidad en las luces fluorescentes).
* Este porcentaje depende del controlador empleado.
Ventaja 6: Respetuosos con el medio ambiente
De acuerdo con los resultados de ACV* (Análisis del Ciclo de Vida; examinan el impacto ecológico de un producto desde su producción hasta el
reciclaje y procesamiento), en comparación con otras fuentes luminosas los LED tienen potencial para que su huella ecológica sea en el futuro
la más pequeña de todas. Además no contienen mercurio, a diferencia de las lámparas fluorescentes.
* Evaluación de lámparas ultraeficientes, Navigant Consulting Europe, 5 de mayo de 2009.
Ventaja 7: Sin radiación infrarroja ni ultravioleta
El haz de luz LED no contiene radiación ultravioleta (UVA) ni 1infrarroja (IR). Eso los hace muy adecuados para entornos en los que interese
evitar este tipo de radiaciones, como museos, comercios con productos alimenticios o tiendas de ropa.
Aunque el LED en sí genera calor, lo dirige hacia su parte trasera, lejos del objeto que se desea iluminar (volveremos sobre esta cuestión más
adelante – véase la sección 2).
4.
FABRICANTES DE LED
Actualmente son pocas las empresas importantes que cuentan con producción propia de semiconductores (para LED blancos). Algunas de ellas
son Cree (EE.UU.), Philips Lumileds (EE.UU.), Osram (Alemania), Nichia (Japón) y Toyoda Gosei (Japón).
Además, un gran número de fabricantes compran materiales semiconductores y luminiscentes, y posteriormente los convierten en componentes
LED de tipo 1 o de tipo 2. Algunos ejemplos son Citizen, Bridgelux, Luminus, GE, Edison, Seoul Semiconductor, Samsung, Panasonic, Toshiba
y LG.
En ETAP seleccionamos a los fabricantes con los que colaboramos en base a una serie de criterios. Los principales son el rendimiento, el precio,
la documentación (datos demostrables en relación con normas válidas) y la disponibilidad a largo plazo (importante para la continuidad de
nuestra producción de luminarias).
ETAP trabaja con varios de los proveedores citados, siempre en función de las aplicaciones.
12 | ETAP
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5.
EL FUTURO DE LOS LED
UPDATE
La tecnología LED está evolucionando con rapidez.
s
s
s
s
El flujo luminoso específico de los LED está aumentando vertiginosamente. Hoy en día se encuentran muy por delante de las
lámparas halógenas e incandescentes en términos de rendimiento luminoso. Además, actualmente los LED son altamente
competitivos en comparación con las lámparas fluorescentes compactas. Se espera que pronto también sean capaces de competir
con las soluciones fluorescentes lineales más eficientes. Prácticamente se puede decir que cada año el precio cae un 10% para el
mismo paquete de lúmenes, o que por el mismo precio se consigue un flujo luminoso específico un 10% más alto. Sin embargo,
en general, se prevé un límite de entre 180 y 200 lm/W para los colores cálidos.
Las nuevas tecnologías siguen evolucionando para mejorar la eficiencia y el coste a largo plazo.
Se están poniendo en marcha iniciativas de una mayor estandarización en el área de los módulos, con paquetes luminosos
establecidos e interfaces mecánicas bien definidas (como Zhaga, un consorcio para la normalización del “exterior” de los módulos
LED, es decir, las interfaces). ETAP es miembro de
El control del color es cada vez mejor; el resultado es un agrupamiento de colores más logrado (más información sobre el
agrupamiento en la sección 2).
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13 | ETAP
Sección 2: Diseño de luminarias LED
1.
POSIBILIDADES Y DESAFÍOS
Los LED son muy pequeños en comparación con las fuentes luminosas más tradicionales como las lámparas fluorescentes. O lo que es lo
mismo, la fuente luminosa total puede dividirse, lo que permite crear luminarias más esbeltas y diseños mucho más innovadores.
Sin embargo, el diseño de luminarias LED plantea más de un desafío. Primero debemos seleccionar el LED adecuado a la aplicación prevista.
La potencia, el rendimiento luminoso, el comportamiento térmico, la vida útil, la temperatura de color y el coste son parámetros importantes
que es preciso tener en cuenta. El diseño y la integración de la óptica (lentes, difusores, reflectores) garantizan una distribución de la luz según
las especificaciones. La gestión térmica de las luminarias LED también es importante para sus prestaciones. Y todo ello debe combinarse con
un diseño atractivo.
Diseño
óptico
Diseño
mecánico
Diseño
eléctrico
Diseño
térmico
Diseño
cosmético
14 | ETAP
Nuevas técnicas de
diseño y producción 3D
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2.
DISTRIBUCIÓN ADECUADA DE LA LUZ
En su mayoría, los LED tienen una amplia distribución luminosa y emiten luz en un ángulo de entre 80 y 140° (ángulo completo). Con ayuda
de la óptica secundaria y terciaria (lentes, difusores, reflectores o combinaciones de ellos), es posible conseguir una distribución de la luz más
específica. Es importante que la luz esté distribuida de forma adecuada para que la alimentación específica y, por ende, el consumo de energía
de cada aplicación sean lo más bajos posibles.
Algunos ejemplos:
LED desnudos
Ejemplo: Pluto
Los LED desnudos normalmente reflejan la luz por igual en todas
las direcciones (lo que se conoce como reflectancia de Lambert).
Estos se emplean cada vez menos debido a sus altos picos de
luminancia.
Lentes disponibles en el mercado
Lentes disponibles en el mercado
Lentes específicas de ETAP
Ejemplo de iluminación: downlights D4 con lentes patentadas por
ETAP para una distribución extensiva de la luz.
Ejemplo de alumbrado de emergencia:
K9 antipánico, iluminación de distribución extensiva extrema
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15 | ETAP
Reflectores
Ejemplo: E1 con LED
γ
Ejemplo: D1 con LED
UPDATE
Combinación de lentes y reflectores
Ejemplo: K9 para vías de evacuación
Difusores
Ejemplo: UW
Ejemplo: K7
Difusores o láminas, como MesoOpticsTM
Ejemplo: UM2 con LED
16 | ETAP
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3.
LUMINANCIA CONTROLADA
Paralelamente al constante aumento del rendimiento y de la potencia máxima del LED, también está aumentando con rapidez la luminancia
de las fuentes luminosas. Esta luminancia puede aumentar fácilmente de 10 a 100 millones cd/m?. Cuanto más pequeña es la superficie desde
la que emana la luz, mayor es la luminancia de la fuente luminosa.
Algunos ejemplos de luminancias de fuentes:
s
s
s
s
s
Fluorescente lineal - T8
Fluorescente lineal – T5
Fluorescente compacto, ej., 26 W
LED desnudo de 3 W (100 lm)
Luz solar
14 000 cd/m2
15 000 - 20 000 cd/m2 ¬ 17 000 cd/m2 (HE) y 20 000 - 33 000 cd/m2 (HO)
50 000 cd/m2
100 000 000 cd/m2
1 000 000 000 cd/m22 (=10x LED)
Resulta evidente que hace falta un diseño óptico bien planificado para difundir de forma adecuada la luz de estas fuentes puntuales brillantes,
evitar la exposición directa y reducir el deslumbramiento. Para ello, podemos utilizar lentes, reflectores y difusores. Algunos ejemplos:
s
s
4.
Downlights Flare (UGR<19, luminancia <1000 cd/m2 a 65°):
ƕ
Difusión de la fuente luminosa a lo largo de superficies amplias para limitar la luminancia.
ƕ
Uso de lentes con superficies texturizadas para difundir la luminancia de la fuente y evitar el deslumbramiento por
exposición directa.
UM2 con LED: la fuente luminosa se distribuye por toda la longitud de la luminaria. El difusor MesoOpticsTM limita la luminancia y
permite una distribución de la luz controlada.
DISEÑO TÉRMICO BIEN PLANIFICADO
La gestión de la temperatura (refrigeración) es, sin duda, el
aspecto más importante a la hora de desarrollar una iluminación
LED de alta calidad. En función del rendimiento del LED, entre un
25 y un 30% de la energía se convierte en luz visible y el 70%
restante en calor dentro del componente (disipación).
25-30% DE LUZ
70-75%
DE CALOR
A modo de comparación: las lámparas fluorescentes también
emiten en torno al 25% de la potencia consumida en luz visible.
La diferencia reside en que, en la iluminación fluorescente, cerca
del 40% de la energía también se emite en forma de radiación
infrarroja o térmica.
A temperaturas más bajas, aumenta el rendimiento
luminoso: los LED siempre funcionan mejor a temperaturas
más bajas.
led = 18x Cree XP-E Q4 4000K @ 350 mA
1380
1360
Salida de la luminaria (lm)
El rendimiento luminoso de los LED disminuye gradualmente a
medida que aumenta la temperatura en la unión. Los flujos y
rendimientos luminosos de los LED publicados se aplican a una
temperatura de unión de 25 °C. En la práctica, los valores reales
serán cada vez menores. De vez en cuando, se publica un lumen
caliente, que es el flujo luminoso a la temperatura de unión de
85 °C, por ejemplo.
1340
1320
1300
1280
1260
1240
1220
1200
1180
1160
60
70
80
90
100
110
120
Temperatura en la unión del LED (°C)
Influencia de la temperatura de unión en
el rendimiento de la luminaria
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17 | ETAP
Rendimiento luminoso relativo
El rendimiento luminoso no solo depende de la temperatura. La vida útil funcional también se ve afectada cuando se supera una temperatura
crítica.
Tiempo de funcionamiento (h)
Depreciación del flujo luminoso con el tiempo para distintas temperaturas en la unión
Por ello, es fundamental una buena gestión de la temperatura. La disipación del calor del LED al medio
ambiente se produce en varios pasos sucesivos (a través de varias resistencias):
s
El calor generado por el LED se traslada a través del chip hasta el punto de soldadura (1,
dentro del LED).
s
Desde allí, el calor se transfiere a la placa de circuito impreso del LED (2).
s
El calor se distribuye por el soporte (3), a través de una interfase térmica, que transfiere
calor de la placa al el cuerpo de refrigeración.
s
El calor se libera al entorno (4) por convección y radiación.
Para una correcta disipación del calor, es esencial que exista un flujo de aire sin obstáculos alrededor de la luminaria. Por este motivo, el comportamiento
térmico de un producto LED no es el mismo para una luminaria adosadas que para una empotrada. En el caso de las empotradas, es preciso dejar el
espacio libre necesario alrededor de la luminaria (sin aislamiento).
Diseño térmico de D1 y D4
18 | ETAP
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5.
AGRUPAMIENTO PARA UNA CALIDAD LUMINOSA CONSTANTE
Durante la producción, los LED de un mismo lote o serie presentan variaciones
en propiedades tales como su intensidad y color. El uso de unos LED distintos
en una misma luminaria crearía inevitablemente distintos niveles de intensidad
luminosa y tonalidades de luz. Por eso aplicamos el “agrupamiento”.
El “agrupamiento” es una clasificación de los LED según criterios específicos
como:
s
s
s
GRUPO
BIN 1 1
GRUPO
BIN 2 2
GRUPO
BIN 3 3
Agrupamiento por color: clasificación según las coordenadas de color
(x, y), centrado en torno a temperaturas de color individuales.
Agrupamiento por flujo: clasificación según el flujo luminoso, medido
en lúmenes (lm).
Agrupamiento por tensión: clasificación según la tensión directa,
medida en voltios.
Principio del agrupamiento
y
0.9
520
0.8
540
0.7
Al seleccionar un “grupo de color” específico, se garantiza una calidad luminosa
constante. Los LED del mismo grupo tienen el mismo aspecto. Las diferencias
en los grupos de color atraen la atención cuando se ilumina una superficie de
forma uniforme.
560
0.6
500
580
0.5
0.4
600
620
UPDATE
0.3
En los estudios de visión del color, se utiliza la denominada elipse de McAdam
(ver figura), que es una región de un diagrama CIE con todos los colores que el
ojo humano promedio no puede distinguir respecto al color situado en el centro
de la elipse. Los fabricantes de LED utilizan la SDCM (desviación estándar de la
correspondencia de colores), según la cual 1 SDCM equivale a 1 McAdam.
490
700
0.2
480
0.1
470
460
0.0
0.0
0.1
380
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
x
Visualización de las elipses de McAdam
(fuente: Wikipedia)
UPDATE
¿Cómo aplica ETAP el agrupamiento?
ETAP aplica un enfoque sistemático para garantizar la uniformidad a todos los niveles.
s
s
s
s
Siempre utilizamos LED con una variación inferior a 2
SDCM en cada luminaria.
Marcamos los distintos circuitos ensamblados de
acuerdo con el grupo de color utilizado, con lo que
siempre podemos saber en qué grupo de color se
originan los LED.
Dentro de la misma entrega parcial, siempre entregamos
luminarias con el mismo código de color.
Para entregas parciales extendidas a lo largo del tiempo,
esto no está garantizado. En ese caso las desviaciónes de
color pueden ser hasta de 7 SDCM.
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Colour bin
Flux bin
19 | ETAP
UPDATE
Ilustración de los grupos para distintas temperaturas de color
(verde 5 2 SDCM; rojo 5 7 SDCM)
6.
SEGURIDAD ELÉCTRICA
Los LED funcionan a baja tensión (normalmente a aproximadamente 3 V), con lo que a menudo la seguridad eléctrica no se considera un
problema. Actualmente, las soluciones de iluminación con LED pueden funcionar con tensiones de 100 V o más. Como consecuencia, es
preciso tomar medidas adicionales para que resulte seguro tocar los equipos.
Los LED en serie aumentan la tensión
En las luminarias de iluminación, los LED se conectan en serie siempre que es posible. El resultado lógico de este tipo de conexión es un
aumento de la tensión. Una de las ventajas de los LED es que funcionan a baja tensión y que cada LED requiere una diferencia de potencial
de aproximadamente 3 V. Pero si conectamos 30 LED en serie en una misma luminaria, ya tenemos 90 V. Incluso existen drivers para LED que
generan tensiones de salida superiores a 200 V. Este tipo de instalaciones requiere una protección eléctrica adicional.
Se requiere aislamiento adicional a partir de 24 V
Las normas internacionales (CEI 61347) especifican que, por encima de 24 V*, deben tomarse medidas adicionales para garantizar que
una luminaria resulte segura. Los LED y los demás componentes que conducen corriente no deben resultar accesibles desde el exterior. La
construcción debe garantizar que solo sea posible tocar los LED después de abrir la luminaria con ayuda de herramientas especiales. Por otro
lado, debe existir un buen aislamiento básico entre todas las partes de la luminaria que sean de materiales conductores y todas las partes
por las que pase corriente. En términos prácticos, ETAP deja un espacio vacío suficiente, deja también espacio para labores de mantenimiento
y emplea materiales con aislamiento eléctrico, manteniendo una buena gestión térmica.
AC
DC
V< 25 VRMS (IRMS < 0,7 mA)
< 60 VDC (IDC < 2 mA)
25 VRMS < V < 60 VRMS
< 60 VDC < V < 120 VDC
60 VRMS < V < 120 VRMS
De acuerdo con las normas internacionales IEC 61247, no existe riesgo de contacto (verde) hasta 24 V (CA) o 60 V (CC).
En el caso de las luminarias LED con tensiones de salida superiores (rojo), es preciso tomar medidas de seguridad adicionales.
* La clase de aislamiento del driver determina si deben tomarse medidas adicionales de seguridad.
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UPDATE
7.
PUBLICACIÓN DE LOS DATOS CORRECTOS
La eficacia lumínica, el nuevo criterio
Desde hace años, la eficiencia de las luminarias fluorescentes se viene expresando en términos de porcentaje, una indicación del grado de
eficiencia con el que la luminaria utiliza la luz. Pero en la era del LED, hablamos de lumen por vatio, es decir, rendimiento luminoso por
unidad de consumo energético. En este contexto, es importante tener en cuenta la eficiencia específica de toda la solución, tanto de la
fuente luminosa como de la luminaria.
La eficiencia de una luminaria fluorescente se determina comparando el flujo luminoso de una luminaria con una lámpara desnuda. La
indicación de eficiencia en términos de porcentaje es fácilmente demostrable. Muestra con qué grado de eficiencia gestiona una luminaria
una cantidad de luz. Por este motivo, esta indicación se ha convertido en la norma para soluciones fluorescentes. También es muy fácil de
determinar: basta con medir el flujo luminoso de una luminaria con lámpara y compararlo con el flujo luminoso de la lámpara desnuda.
Las lámparas desnudas no pueden tomarse como referencia
No obstante, esto no es posible en soluciones con LED ya que el flujo luminoso de un LED desnudo no es una referencia válida. Para empezar,
hay muchos tipos distintos de LED (el producto no está estandarizado). Además, existe una variación (en fábrica) en el rendimiento luminoso
y la temperatura de color. Actualmente no existe ningún método de medición estándar que se pueda emplear para medir el flujo luminoso
de un LED desnudo. Y lo que es más importante, el flujo luminoso es muy sensible a la temperatura. Los LED tienen un comportamiento
mucho mejor a 25 °C que cuando se calientan en una luminaria. Por esto una indicación en términos de porcentaje podría, como poco,
inducir a error.
Eficacia luminosa específica de lámpara+luminaria
Esta es la razón por la que el mercado de la iluminación opta cada vez más por un concepto distinto. Ya no analizamos solo la luminaria,
sino el binomio lámpara/luminaria. Trabajamos con lm/W, basándonos en la cantidad de energía que necesita una luminaria para alcanzar
un determinado flujo luminoso. Puede que esto no resulte tan claro como un porcentaje, pero en cambio es más preciso. El comportamiento
de las soluciones LED dependen de muchos factores, como la refrigeración, el controlador, la densidad de potencia, el factor frío/calor (hasta
qué punto el flujo luminoso baja cuando la temperatura aumenta), etc. La indicación en lm/W tiene en cuenta lo siguiente: cuánto más
favorables sean estos factores, mayor será el flujo luminoso para la misma potencia. En ETAP nos esforzamos continuamente por alcanzar
un nuevo nivel con nuestras luminarias LED. Actualmente, 80 lm/W es un consumo muy bajo para una luminaria, pero a medida que los LED
sigan desarrollándose, el listón también estará cada vez más alto.
Detalle de la web ETAP, con información detallada de producto.
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21 | ETAP
UPDATE
Además del flujo luminoso específico, en la página web de ETAP encontrará información adicional sobre los LED:
s
s
s
s
s
s
8.
Tipo de controlador: regulable o no
Factor de potencia
Clase de seguridad fotobiológica
Temperatura de color
Potencia de la lámpara
Consumo de energía
CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVA DE SEGURIDAD
Las luminarias LED deben clasificarse en base a sus posibles efectos perjudiciales para la piel y los ojos de conformidad con la norma UNE-EN
62471-2009 (relativa a la seguridad fotobiológica de lámparas y aparatos que utilizan lámparas). Para los LED blancos y azules, el efecto del
componente azul es prácticamente el único relevante en términos de lesiones oculares.
Basándose en el tiempo de exposición máximo sin consecuencias perjudiciales, las luminarias se clasifican en cuatro categorías de riesgo, que
van desde un tiempo de exposición ilimitado hasta una lesión casi instantánea en caso de exposición o visión directa.
La mayoría de las luminarias de ETAP no suponen un riesgo durante una exposición limitada a distancias de visión normales (= 500 lux). Los
posibles riesgos surgen con fuentes con una intensidad muy alta y picos de luminancias (como el módulo Fortimo) y en especial con los LED
azules puros (como el módulo Fortimo, después de abrirlo y retirar la tapa de fósforo remota: ¡no se debe mirar directamente bajo ninguna
circunstancia!)
Ejemplos:
s Flare D4:
s K9 AP:
s D9 Fortimo de 2000 lm:
Grupo “exento” (exposición ilimitada)
RG 1 (riesgo bajo – exposición limitada <3 h)
Grupo “exento”(exposición ilimitada)
Las luminarias deben corresponder a los grupos “exento” o RG 1.
22 | ETAP
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UPDATE
Sección 3: Suministros para luminarias LED
1.
CRITERIOS DE CALIDAD DE LOS SUMINISTROS PARA LUMINARIAS
El suministro eléctrico es uno de los componentes más decisivos en las soluciones LED, como bien se sabe hoy en día. La calidad de las
luminarias LED no solo depende de la fuente luminosa y del diseño óptico del LED, sino también de la eficiencia y fiabilidad del suministro
eléctrico. Para que el suministro eléctrico de un LED sea adecuado debe cumplir seis requisitos:
Vida útil. Como mínimo, el suministro eléctrico debe tener la misma vida útil que los
LED, que normalmente duran 50 000 horas (con el 70% del flujo luminoso).
Eficiencia. Uno de los factores que han contribuido al éxito de los LED es la eficiencia
energética. Como consecuencia, la conversión de la tensión de red en corriente debe
ser lo más eficiente posible. Un buen suministro eléctrico de LED tiene una eficiencia
de al menos un 85%.
Factor de potencia. El factor de potencia es un indicador técnico que muestra hasta qué
punto la forma de la onda de la corriente se acerca a la referencia sinusoidal de la tensión.
El factor de potencia consta de dos partes: el desfase entre tensión y corriente (cos ) y la
distorsión de la corriente (armónica o la distorsión armónica total). Cuanto más pequeños
sean el desfase y la distorsión de la forma de onda, menos pérdidas y contaminación se
producirán en la red de distribución del proveedor de energía. Los suministros de ETAP
para LED de potencia tienen como finalidad alcanzar un factor de potencia superior a 0,9.
Para suministros eléctricos con un factor de potencia alto (izquierda), la forma de onda de la corriente (azul) muestra una distorsión y un cambio
ligeros en comparación con los de la tensión (amarillo). Este es el caso, no obstante, de los suministros con un factor de potencia bajo (derecha).
Compatibilidad electromagnética (EMC). El suministro eléctrico debe minimizar la interferencia electromagnética en el entorno inmediato
y, al mismo tiempo, verse afectado en la menor medida de lo posible por la interferencia electromagnética del entorno inmediato. Por ello es
crucial una compatibilidad electromagnética adecuada.
Corriente de conmutación (corriente de irrupción). Al encender un suministro eléctrico de LED se detectan altos picos de corriente en la
red durante un breve periodo de tiempo (una fracción de una milésima de segundo), porque al principio los condensadores se cargan. En los
suministros con baja corriente de conmutación, las protecciones del circuito no se desactivan cuando se encienden varias luminarias.
Seguridad eléctrica. La tensión de salida del suministro eléctrico debe mantenerse preferiblemente baja. En caso de tensiones superiores a
120 V será preciso adoptar precauciones adicionales al integrar el módulo LED en la luminaria. En este caso, el fabricante es el responsable de
tomar las precauciones de seguridad necesarias.
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23 | ETAP
UPDATE
Fichas técnicas
Por ello, los suministros eléctricos son componentes cruciales en cualquier solución LED. Para
corroborar la alta calidad de un suministro eléctrico basta con solicitar las fichas técnicas al
fabricante y comprobar si se cumplen los requisitos de calidad mencionados. ETAP siempre
proporciona suministros eléctricos para LED de calidad, perfectamente adaptados a la solución y
sometidos a exhaustivas pruebas en nuestros laboratorios.
2.
FUENTES DE CORRIENTE VS. FUENTES DE TENSIÓN
Los LED son componentes controlados por corriente. La corriente es la responsable directa del flujo luminoso y, en consecuencia, debe ajustarse
con sumo cuidado. Se emplean dos métodos de control:
s
Fuentes de corriente constante
Convierten directamente la tensión de red en una corriente constante. Este método es el más eficiente y rentable. Tiene el
inconveniente de que los módulos con una fuente de corriente constante solo pueden conectarse en serie, lo cual dificulta la
instalación. Además, para conseguir niveles superiores se necesita una tensión de salida mucho mayor (>100 V).
Ejemplos:
ƕ
Foco Flare de 500 mA, DIPP4, etc.
ƕ
Downlight D4 Flare
corriente constante
230 V
Controlador
de LED
AC
s
Fuentes de tensión constante
Son fuentes de alimentación que convierten la tensión de red en una tensión cuidadosamente controlada. Cuando se utilizan con
LED o módulos LED, estas fuentes de alimentación siempre deben equiparse con un limitador de corriente (como una resistencia) o
un circuito electrónico que convierta la tensión de corriente continua en una corriente constante. La principal ventaja de las fuentes
de tensión es que permiten conectar en paralelo varios módulos fácilmente.
Ejemplos:
ƕ
Regleta de LED con alimentación de 24 V (limitación por resistencias en serie)
ƕ
Foco Flare de 24 V (transformador de tensión en corriente integrado en el cable)
tensión constante
230 V
AC
controlador LED CC
alimentación
Los códigos para las luminarias con fuentes de corriente constante terminan en “C” (de “corriente”), mientras que las de fuentes de tensión
constante terminan en “V” (de “tensión”, “voltage” en inglés).
24 | ETAP
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Ejemplo: este controlador de 75 W (amarillo)
muestra una eficiencia bastante estable de una
tensión de aprox. el 50%. Para tensiones inferiores
la eficiencia se reduce muy rápido. Para tensiones
del 10% (7,5 W), el consumo de energía es de
cerca de 10,5 W (eficiencia del 70%).
1,00
0,90
0,80
0,70
Eficiencia controlador
UPDATE
También para luminarias regulables
El suministro eléctrico no solo debe ser fiable y eficiente, también debe ofrecer la flexibilidad de poder utilizarse en cualquier instalación
de iluminación moderna. En muchos casos, es preciso regular el nivel de iluminación, por medio por ejemplo de un sistema de control de
iluminación como ELS o un sistema de regulación externo. Nota: es importante mantener la eficiencia y el factor de potencia al utilizar un
sistema de regulación.
0,60
25W
75W
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Tensión del controlador en % de la corriente nominal
Efecto de la tensión del driver en la eficiencia, para un driver de
baja potencia (azul) y un driver de alta potencia (amarillo)
En la práctica hay dos técnicas de regulación: reduciendo el nivel de corriente o reduciendo la corriente en impulsos de una duración cada
vez más corta (PWM o modulación por ancho de pulso). El uso de una técnica u otra dependerá de la aplicación. Nuestros especialistas
estarán encantados de asesorarle en su caso concreto.
En teoría, todos los sistemas de regulación conocidos pueden aplicarse también a la
iluminación LED.
s
s
s
s
DALI
1-10 V (aplicado con menos frecuencia en la iluminación LED)
TouchDim
DMX (menos aplicado en iluminación, utilizado principalmente en aplicaciones
teatrales)
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25 | ETAP
Sección 4: Iluminación con LED – aspectos fotométricos
FACTOR DE DEPRECIACIÓN Y DE MANTENIMIENTO
Con el paso del tiempo, el rendimiento luminoso de
una lámpara va disminuyendo. Esto se conoce como
depreciación. Para tener en cuenta esta pérdida, se
utiliza un factor de mantenimiento en los estudios
de iluminación (un número entre 0 y 1), para que la
iluminancia no caiga por debajo de un determinado
nivel con el paso del tiempo.
Por una parte, los LED tienen una vida útil muy
larga desde el punto de vista eléctrico, si se utilizan
correctamente. Por otra parte, el flujo luminoso de los
LED disminuye (se deprecia) a lo largo de ese tiempo tan
prolongado. La gestión de la temperatura y el control
eléctrico influyen significativamente en esta caída. La
reducción del flujo luminoso se debe principalmente a
la decoloración de la carcasa del chip y a la pérdida de
eficiencia de la capa de luminiscencia.
100
90
80
Flujo luminoso relativo (%)
3.
70
60
50
40
30
20
10
0
10
0
50
100
Tiempo (h x 1000)
Depreciación del flujo luminoso con el tiempo
Depreciación de la iluminación fluorescente
En los estudios de iluminación con luminarias fluorescentes, con frecuencia utilizamos una depreciación total (pérdida de flujo luminoso) del
15%, de la que aproximadamente un 10% se debe al envejecimiento de la lámpara. Una depreciación del 15% corresponde a un factor de
mantenimiento de 0,85.
Mantenimiento (MF)
Niveles de contaminación por polvo
minimo
bajo
medio
alto
Luminarias abiertas para iluminación directa (T5 - Ø16 mm of T8 - Ø26 mm: Ra > 85)
Sustitución en grupo
0,85
0,80
0,75
0,70
Sustituir lámpara rota + sustitución en grupo
0,90
0,85
0,80
0,70
Factor de corrección para
Luminarias con cubierta para iluminación directa
Luminarias con reflector pintado
BF x 0,95
BF x 0,90
Algunos factores de mantenimiento típicos empleados con la iluminación fluorescente
Depreciación de la iluminación LED
La vida útil con la que actualmente se publicitan los LED implica una pérdida de luz media del 30%, lo que influye en la forma en que
abordamos los factores de depreciación en los estudios de iluminación con LED.
En circunstancias normales, ETAP siempre sigue las prácticas del mercado, pero el problema es que actualmente no existe una normativa de
mercado sobre los LED. Por ello, utilizamos los factores de mantenimiento correspondientes a una vida útil de aproximadamente 25 000 horas
(aprox. 10 años en condiciones normales). Además, contamos con una tabla general para trabajar con tiempos de vida útil ajustados (véase el
punto 2, “Estudios de iluminación con luminarias LED”).
26 | ETAP
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4.
ESTUDIOS DE ILUMINACIÓN CON LUMINARIAS LED
Los estudios con luminarias LED son muy similares a los que emplean otras luminarias. La mayor diferencia es la gestión del factor de
mantenimiento. Ya hemos comentado cuál es el método de trabajo estándar: trabajamos con una vida útil de 25 000 horas y después
calculamos el factor de mantenimiento correspondiente. Para las vidas útiles que se desvían de la media, utilizamos una tabla que muestra la
conexión entre el tipo de producto, el tipo de alimentación, la vida útil y el factor de mantenimiento. La tabla es actualizada por el Grupo de
productos de iluminación. Más abajo se muestra un ejemplo para Flare (datos de 2010). Estas tablas se actualizan regularmente, en línea con
los últimos avances tecnológicos.
25,000 h
D42/LEDN20S
D42/LEDW20S
D42/LEDN39S
D42/LEDW39S
F (lm)
1290
1120
2490
2150
350mA
P (W)
lm/W
22,4
58
22,4
50
43,4
57
43,4
50
FLARE-1x/LEDN10C (x=0/1/2)
FLARE-1x/LEDN6C (x=0/1/2)
FLARE-1x/LEDN5C (x=0/1/2)
FLARE-1x/LEDW10C (x=0/1/2)
FLARE-1x/LEDW6C (x=0/1/2)
FLARE-1x/LEDW5C (x=0/1/2)
d (%)
89
89
88
87
F (lm)
629
376
287
547
327
250
500mA
P (W)
lm/W
12,6
7,2
5,5
12,2
7,2
5,5
50
52
52
45
45
45
d (%)
78
89
91
78
89
91
Extracto de la tabla de rendimientos luminosos y factores de depreciación
para la serie Flare (estado 2011), incluyendo un 5% de contaminación
5.
INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE AHORRO DE ENERGÍA
Regulación y conmutación
Como ya se ha mencionado anteriormente, los LED son muy
adecuados para aplicaciones con regulación y conmutación, y son
compatibles con sistemas como 1-10 V, DALI, etc.
Sistemas de control de iluminación integrados
En teoría, las luminarias de LED se pueden combinar con sistemas
de control de iluminación integrados como ELS, MDS y EMD. Sin
embargo, estos sistemas (actualmente) son muy sensibles a la
temperatura (ELS) o a la radiación infrarroja (MDS y EMD). Para
integrarlos se requiere un diseño de producto integral, que tenga
en cuenta la gestión térmica en la luminaria y las propiedades
del sensor. Por eso, en algunos casos la integración se rige por
las normas de “luminarias especiales” y en otros casos no (por
ejemplo, D4+ELS es estándar). La combinación de luminarias LED y
sensores montados por separado en el techo no plantea problema.
Sistemas de gestión de salas o edificios (como ELM)
Dado que la mayoría de las veces las luminarias LED se encuentran disponibles en distintas versiones (como DALI, 1-10 V, etc.), normalmente
resulta sencillo combinarlas con sistemas de gestión de salas o de edificios estándar.
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27 | ETAP
Sección 5: Preguntas y respuestas
P: ¿La información publicada por los fabricantes de LED también se puede utilizar en las publicaciones de ETAP?
R: No, ya que son muchos los factores que influyen en el posible rendimiento de una luminaria LED. Entre ellos, propiedades intrínsecas del
LED, como el comportamiento a altas temperaturas y de la luminaria, como las opciones de control y refrigeración. Por ejemplo, un LED de un
fabricante A para el que se publica un rendimiento muy alto puede tener en la práctica un rendimiento luminoso menor que otro LED de un
fabricante B con una eficiencia ligeramente inferior debido, por ejemplo, a una mayor resistencia térmica interna y a una menor estabilidad a
alta temperatura.
P: ¿Las lámparas LED lineales son una alternativa válida para sustituir a las lámparas fluorescentes convencionales?
UPDATE
R: Las soluciones LED ofrecen un enorme potencial a largo plazo. A corto plazo, es preciso tener en cuenta varias cuestiones: en lo que respecta
a la seguridad eléctrica, conviene señalar que la responsabilidad del fabricante cesa en el momento en que se adoptan lámparas LED lineales,
alterando con ello la construcción original. La sustitución de las lámparas también supone un cierto riesgo. En lo que respecta al rendimiento
técnico de la luz, la potencia y el flujo luminoso de las lámparas de sustitución suelen ser más bajos que los de las lámparas fluorescentes
originales. También es frecuente que se produzcan alteraciones en la distribución global de la luz, puesto que la mayoría de las lámparas LED
lineales apenas emiten luz hemisférica.
P: ¿Los lúmenes LED son superiores a los lúmenes fluorescentes?
R: No, son idénticos. Sin embargo, a niveles de iluminación muy bajos (como en el alumbrado de emergencia, aplicaciones exteriores), el ojo
humano resulta más sensible a los tonos verdes/azules (visión mesópica). En estas circunstancias, resulta por tanto más económico utilizar
fuentes luminosas que emitan más luz en tonos verdes/azules, como los LED de color azul verdoso o los LED blancos con un alto componente
azul (blanco frío, 6500 K).
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Terminología
Agrupamiento
Clasificación de (en este caso) LED en grupos con propiedades similares, como por ejemplo por temperatura de color.
Componente LED
Combinación del LED, la carcasa y la óptica primaria.
Diodo
Semiconductor o corriente eléctrica conductiva muy buena en una dirección, pero no en la otra.
LED
Abreviatura de “Light Emitting Diode”, diodo emisor de luz.
Lumen caliente
Flujo luminoso medido a la temperatura de unión cercana a la temperatura de uso práctico (normalmente 85 ºC).
Lumen frío
Flujo luminoso medido a 25 ºC a la temperatura de unión.
Luminiscencia
Proceso por el que se genera una partícula de luz (fotón) cuando un átomo pasa de un estado energético superior a otro inferior.
Módulo LED
El LED equivalente a una lámpara convencional para en versión LED. Según la terminología de ETAP, corresponde a un LED de tipo 3 (véase la
sección 1).
PCB
Placa de circuito impreso.
Tecnología de fósforo remota
Tecnología por la que el fósforo necesario para generar luz blanca no se proyecta directamente en el LED azul sino en un soporte (de vidrio o
plástico) a cierta distancia del LED. Como consecuencia, el fósforo funciona a una temperatura inferior y, en algunos casos, puede contribuir
a una mayor eficiencia.
Temperatura en la unión
Temperatura dentro del material semiconductor (en la unión PN – véase más abajo).
Unión
Zona activa en el material en estado sólido en el que se genera la luz.
Vida útil
Vida útil con relevancia económica para una aplicación concreta, que es inferior a la vida útil media.
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Notas
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