Iluminacin LED

Iluminacin LED

Ahorro de Energa

Calculadora de Ahorro de Energa

Partes que conforman un LED

Tipo de Chip: SMD vs COB

Lmenes

Lux

ndice de Reproduccin Cromtica

Temperatura de Color

ngulo de Luz

L70, decrecimiento de lmenes

Vida til

LED y el medio ambiente

Iluminacin LED

A un LED se le conoce como tecnologa de iluminacin de estado slido. Estos focos en lugar de emitir

luz en vaco (como en un foco incandescente) o un gas (como los fluorescentes), emiten luz a partir de un

trozo de materia slida. 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 energa que otras fuentes de luz. De hecho la iluminacin LED tiene el potencial de transformar la

manera en que pensamos acerca de la luz, y la forma en que iluminamos nuestros espacios pblicos y

privados.

El LED de luz blanca ya ha logrado la generacin de luz, una luz blanca de calidad y la eficiencia energtica

que supera con creces a las fuentes incandescentes, y que adems tambin supera a las fuentes de luz

fluorescentes. Las fuentes de luz LED ofrecen el doble de los ahorros de energa de las lmparas

fluorescentes compactas, no contienen plomo o mercurio y ofrecen un nivel de flexibilidad y control que

ningn otro tipo de luz puede igualar.

La iluminacin LED en promedio tiene una vida til de ms 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 durar varios aos antes de

necesitar reemplazo. En promedio, los focos LED duran 3 veces ms que los fluorescentes compactos y 20

veces ms que los focos incandescentes normales. La larga vida til de los LED reduce drsticamente los

costos de mantenimiento y costos de operacin superando ampliamente los costos asociados a las lmparas

incandescentes tradicionales y tubos fluorescentes.

Debido a sus caractersticas nicas, la iluminacin LED es ya un lder en la industria de la iluminacin y se

est en un esfuerzo permanente por desarrollar aun mejores soluciones ecolgicas y sostenibles a un precio

asequible. A medida que los costos se reducen y el gobierno ecuatoriano promueve nuevas directrices e

iniciativas verdes se est creando una enorme oportunidad para la adopcin de la iluminacin LED en todo el

pas. Maviju S.A. est comprometido en apoyar estas iniciativas, identificando e importando los mejores y

ms innovadores productos LED para ofrecerlos al mercado ecuatoriano a precios justos.

Lo invitamos a conocer ms sobre la tecnologa LED y las ventajas que ofrece.

Partes que conforman un LED

Como en cualquier sector, en el mercado de la iluminacin 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 corazn de una lmpara LED. Es una pieza de un material semiconductor (normalmente de

cristales de silicio o galio) de unos 5 milmetros de grosor, capaz de generar luz cuando se le aplica corriente

elctrica. Sobre esta base de silicio se depositan en forma de capas diferentes materiales como el fsforo,

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 semirrgida. 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 pequea pieza depender en gran medida la calidad y duracin de

nuestra lmpara.

El Driver

Los LED no se conectan directamente a la corriente como una bombilla incandescente, sino que requieren de

una fuente de alimentacin previa (o convertidor de tensin), por lo que el aprovechamiento real de la energa

elctrica de un LED depende tambin en gran medida de este convertidor. Una fuente de alimentacin

apropiada influye en la eficiencia y la estabilidad de la luminaria.

El aprovechamiento real de la energa elctrica 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 alimentacin se ha aprovechado. Si es de 0,5 quiere decir que la mitad de energa elctrica se ha

desaprovechado en la conversin. 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 electrnicos, como las conexiones del chip (normalmente mediante hilos de oro) y las vas de

disipacin del calor. Segn el sistema de evacuacin del calor utilizado puede componerse de distintas capas

y materiales (principalmente aluminio y cobre adems de otros materiales conductores).

El Sistema de Gestin Trmica

La disipacin del calor es una de las claves de la duracin de un LED. Es importante explicar que los LED no

emiten calor y de hecho pueden tocarse cuando estn 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 direccin

contraria a la luz, lo que influye en la duracin y funcionamiento de la lmpara LED. Por este motivo es

necesario disipar ese calor, ya que hasta el 70% de la energa puede llegar a perderse.

Una buena disipacin del calor alargar la vida del chip. Para lograrlo, son claves los materiales empleados y

un diseo que favorezca esta disipacin. Los disipadores de calor son fabricados de materiales como el

aluminio, el cobre y la cermica y poseen superficies amplias y alas que promueven la rpida disipacin de

calor. Adems de influir en la durabilidad, el calor tambin puede afectar al color y a la calidad de la luz, de

ah la importancia de una correcta disipacin.

Recientes avances tecnolgicos en la produccin de plsticos termo conductivos han permitido que este

material sea utilizado como disipador de calor, reduciendo los costos de produccin.

Lente ptico

La ptica secundaria es el conjunto de lentes exteriores que determinan la distribucin de la luz emitida por el

LED. La norma y composicin de las lentes que forman la ptica secundaria puede variar en funcin de las

necesidades de iluminacin y distribucin de la luz que se requieran. De esta forma, segn la forma de la

lente, el haz de luz puede hacerse converger o divergir. Es decir, el ngulo de luz puede ser grande o pequeo

dependiendo del lente ptico que utilice la luminaria LED. Por esta razn, es conveniente contar con el

asesoramiento de un profesional que nos aconseje sobre qu tipo de ptica secundaria es ms conveniente

para el uso que vamos a dar a nuestra instalacin LED.

Tipo de Chip: SMD vs COB

En la iluminacin LED existen hoy en da dos configuraciones distintas, existen los LED SMD (Surface

Mounted Device) y los LED COB (Chip on Board). Qu diferencias existen entre ambos? Debido a su

construccin, bsicamente los COB poseen un rendimiento lumnico mayor, una luz ms uniforme y disipan

mejor el calor que los SMD.

Pero veamos en detalle las diferencias. El corazn del SMD est compuesto por capas de cristales de silicio y

galio montados sobre una base cermica y usualmente encapsulado en una resina semirrgida. Los COB son

en principio muy parecidos en los materiales que componen el diodo, la diferencia radica en que varios de

estos chips estn montados de manera ms prxima y directamente en la placa base. Para entender la ventaja

de esto, debemos entender el rol que juega la gestin trmica en un LED.

Cuando tocamos una lmpara LED encendida no corremos el riesgo de quemarnos, como si suele ocurrir en

los focos incandescentes y ahorradores, sin embargo, los LED tambin emiten algo de calor, aunque este se

proyecta en direccin 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 disipacin del calor

es una de las claves de la duracin de un LED. Una buena disipacin del calor alargar la vida del chip y

mantendr la calidad de la luz. Para lograrlo, los LED SMD dependen de los materiales utilizados para

fabricarlo y un diseo que favorezca esta disipacin, para esto se utiliza un substrato cermico, disipadores de

calor hechos de aluminio y/o el magnesio y el adhesivo trmico. Sin embargo el uso extensivo de estos

materiales causa que los costos de fabricacin sean superiores en los SMD.

Con el fin de evitar esto y reducir los costos de fabricacin, los LED han ido evolucionando llegando a

desarrollarse el LED COB. El COB lleva insertados varios LED en un mismo encapsulado y est montado

directamente sobre la placa base, es decir por su ubicacin, disipa mejor el calor. Y al mismo tiempo este

chip permite el ahorrar materiales ya que no requiere de un sustrato de cermica, entre otros materiales. De

esta manera el COB soporta el estar encendido constantemente, con lo que es el ms adecuado para instalar

en lugares de trabajo o reas que requieren una luz constante. Adems, los COB tienden a producir una luz

ms uniforme que los SMD ya que la densidad de los chips es mayor. Eso significa que producen un haz de

luz ms consistente, sin puntos de luz individuales visibles.

Lmenes

Por mucho tiempo el factor ms importante a la hora de comprar un foco incandescente, halgeno o

ahorrador han sido los vatios. Los vatios representan la cantidad de energa necesaria para hacer funcionar un

foco. Si queramos una luz fuerte comprbamos un foco con ms vatios, y si queramos una luz ms tenue, un

foco de menores vatios. Es decir, asociamos vatios a luminosidad, a ms vatios ms luz. El problema con

estos tipos de focos tradicionales es que slo un porcentaje muy pequeo de los vatios consumidos eran

convertidos a luz, la gran mayora se convertan en calor. Esto es muy fcil 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 ms 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 lumnico y se mide en lmenes (lm). Los

lmenes son la cantidad de luz percibida por el ojo de una determinada fuente de luz. En trminos simple los

lmenes miden que tan brillante es un foco o cuanta luz esta emite.

En iluminacin lo que se busca hoy en da es calidad de luz y eficiencia energtica que se traduce en eficacia

lumnica. La eficacia lumnica indica la cantidad de luz emitida en relacin a la energa consumida, esta se

mide por lmenes por watt (lm/W). Los LEDs le ganan ampliamente en eficiencia energtica a los dems

tipos de focos.

Veamos un ejemplo prctico. Un foco incandescente de 60W produce aproximadamente 800 lmenes, o una

eficacia lumnica de 13 lm/W. Por otro lado, un foco ahorrador slo necesita 20W para producir los mismos

lmenes, 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 lmenes, pero no en vatios. En este caso, una bombilla LED

de slo 9W nos podra dar los mismos lmenes que necesitamos pero con una mayor eficiencia energtica, es

decir 88 lm/W. Esta eficiencia energtica lograda por los LEDs es lo que al final del mes se traduce en

ahorro para el consumidor ya que se consume menos energa elctrica para generar la misma cantidad de luz.

Lux

Un trmino que en ocasiones se confunde con los lmenes es el lux. Lux es la medida de la intensidad

aparente de luz que llega o pasa a travs 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 tendr un lux mucho

mayor que si estuviera a 10 metros de distancia. Por ejemplo, 1000 lmenes concentrados sobre un metro

cuadrado iluminan esa superficie con 1000 lux. Los mismos mil lmenes distribuidos sobre 10 metros

cuadrados producen una iluminancia de slo 100 lux.

A la hora de considerar los lux que se pueden obtener de una luminaria se debe considerar que estos

dependern de 4 factores:

1. La cantidad de lmenes que emite la fuente de luz.

2. El ngulo de la luz.

3. La distancia entre la fuente de luz y la superficie que se desea iluminar.

4. El color y la reflectividad de las superficies que rodean el rea.

En referencia a la iluminacin LED, los lux que proporcionar la luminaria depender primeramente de los

lmenes que esta sea capaz de emitir. Las luminarias LED para el hogar y oficinas estn en capacidad de

producir los mismos lmenes que las fuentes de iluminacin tradicionales, lo mismo ocurre en ambientes

industriales o de iluminacin pblica donde ya se encuentran disponibles en el mercado luminarias capaces

de producir ms de 20,000 lmenes.

ndice de Reproduccin Cromtica

El ndice de Reproduccin Cromtica (IRC) es un sistema internacional que mide la capacidad de una fuente

de luz para reproducir los colores fielmente. La medicin se realiza con la luz del da como referencia. Es

decir, el Color Rendering Index o CRI en ingls de la luz del da 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 ndice de Reproduccin Cromtica son independientes entre s,

aunque ambos juegan un rol importante a la hora de elegir una lmpara u otra.

Si queremos comparar dos lmparas distintas, para comprobar cul de ellas reproduce los colores con mayor

calidad, es indispensable que ambas lmparas tenga una temperatura de color similar, ya que algunas

lmparas pueden resaltar tonalidades en funcin de la temperatura de color de la luz que emitan. El color de

un objeto iluminado por dos lmparas con el mismo CRI variar si cada una de las lmparas tiene una

temperatura de color diferente.

Cuando hablamos de iluminacin para interiores, ya sea domstico o para ambientes de oficinas, se espera

que el CRI sea siempre superior a 70, siendo 80 el valor ptimo. Lo contrario ocurre cuando hablamos de

iluminacin pblica, un CRI de 30 es aceptable en ese caso ya que lo que se busca es la visibilidad de los

objetos ms no distinguir colores. Por ltimo, valores superiores a 90 son comnmente requeridos en

ambientes de diseo, arte, fotografa y locales comerciales donde la fidelidad de los colores juega un rol

fundamental, como por ejemplo una tienda de ropa o una joyera.

Los LED que se comercializan hoy en el mercado cuentan con CRIs entre 70 y 90. Siendo el CRI de 80 el

ms comn y el cual aplica perfectamente a la mayora de proyectos residenciales, comerciales y de oficina.

Es importante mencionar que la tecnologa LED ha avanzado mucho en los ltimos aos, logrando que

existan LED capaces de producir CRIs superiores a 90, sin embargo estos son an muy costosos.

Temperatura de Color

La luz produce diferentes sensaciones de color, las hay fras (azul), neutrales y clidas (mbar). La

temperatura de color tambin se define como la sensacin que percibe el ojo humano ante una luz, siendo

clida si predomina el color mbar o fra si predomina el azul. En iluminacin las caracterstica de color de la

luz se describe utilizando la temperatura de color y se expresa en grados Kelvin (K).

Cmo as medimos el tono de la luz como una temperatura? Esta prctica se inici a finales de 1800,

cuando el fsico britnico William Kelvin calent un bloque de carbono. Al calentarse este comenz a brillar

produciendo una gama de diferentes colores a diferentes temperaturas. El cuerpo negro al inicio produca una

luz roja tenue, aumentando a un amarillo brillante a medida que la temperatura subi y lleg a producir un

resplandor blanco azulado brillante en las temperaturas ms altas.

La temperatura de color es muy importante en los centros de trabajo, puesto que tiene mucha influencia en el

rendimiento y la concentracin. La temperatura alta, superior a 5000K se asemeja a la luz al medio da y

muchas personas se concentran ms con ella, sin embargo, si lo que se quiere es conseguir un efecto

relajante, la luz de temperatura deber ser baja, puesto que es ms 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 sensacin de que es fra y esas fuentes de luz tendrn una temperatura de color

fra.

La iluminacin LED es capaz de producir luces con diferentes tonalidades. Es comn encontrar en el

mercado focos LED de luz clida o luz fra. Siendo las temperaturas ms comunes las de 2700, 3500, 5400 y

6500K.

La luz clida de la iluminacin LED suele tener una temperatura entre 3000-3500K, la luz blanca neutral se

sita en los 5000K y la fra empieza de los 6000K hacia adelante. Cuando queremos elegir lmparas para uso

en el dormitorio o ambiente comn, las ms adecuadas son las que poseen una temperatura alrededor de los

3000 grados kelvin, porque generan un ambiente clido y confortable. Para cocinas, reas de estudio, oficinas

y tiendas se recomienda una luz de 5000K a 6500K, una luz neutral o fra que se asemeja a la luz del da y

favorece la concentracin.

ngulo de Luz

El ngulo de luz refiere al ngulo entre los dos planos de la luz donde la intensidad es al menos un 50% de la

intensidad mxima obtenida en el centro del haz de luz.

Los ngulos de haz ms pequeas son los que tienen 20 grados o menos. Un ngulo de luz pequeo se utiliza

cuando se prefiere un haz concentrado de luz. Su aplicacin 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 rea pequea, por lo tanto no es necesaria una luz de alta intensidad.

Los ngulos de haz ms grandes son los que tienen 20 grados o ms. ngulos de haz de gran tamao son los

ms adecuados para lmparas de alta potencia. Estos focos son superiores a 10W. ngulos de haz grandes

funcionan bien para reas de superficies extensas donde las lmparas estn espaciadas o reas con techos

bajos donde se desea una cobertura de luz homognea y fuerte.

La iluminacin LED sobresale en este sentido, ya que es posible utilizar lentes pticos para converger o

divergir la luz. Esto permite tener una amplia gama de productos LED capaces de producir ngulos 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 iluminacin LED es sinnimo de versatilidad, adaptndose a las

necesidades de cualquier proyecto de iluminacin.

Para uso domstico, la eleccin entre los ngulos de haz pequeo o grande es una preferencia personal y

depende de cmo le gustara que el haz de luz se enfoque. En el plano comercial y pblico existen pautas y

regulaciones para definir el ngulo apropiado a utilizar dependiendo del lugar u objetos que se necesitan

iluminar. Por ejemplo, los ngulos a utilizar variarn en tamao si es que se desea iluminar una oficina, un

paso peatonal, un cuadro de arte, un rea de manufactura o una va.

L70, decrecimiento de lmenes

La vida til de las fuentes de luz tradicionales (incandescentes, fluorescentes y alta intensidad) se estima a

travs de estndares y procedimientos de calificacin. Tpicamente se logra a travs 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 tecnologa LED cambia varios aspectos de este enfoque tradicional:

1. Los LED generalmente no fallan bruscamente como las fuentes de luz tradicionales, en cambio su

emisin 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 emisin de luz y la vida til del LED dependen de las condiciones elctricas y trmicas en la que se

opera la lmpara.

Para los LED la definicin de la vida til se da por las horas de funcionamiento en el que la luz (lmenes)

proporcionados por el LED ha disminuido en 30% de la produccin inicial (abreviado como L70 o LM70).

La industria eligi el valor de 30% debido a que estudios sobre la visin humana indican que en aplicaciones

de iluminacin general, el ojo humano tpico no detecta la disminucin de la luz mientras esta no supere el

30% de decrecimiento. Es decir, que el tiempo de vida til de una luminaria LED indica el momento en que

est brillar 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 extrapolacin estadstica, 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 estndar IES

LM-80 que describe cmo 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 cientfica y confiable el rendimiento del LED y que adems el producto este amparado

por una garanta de fbrica.

Vida til

Los LED se diferencian de los focos tradicionales por la eficiencia energtica que logran, sin embargo esto

no es lo nico que los distingue. Otra principal ventaja de los focos LED es su larga vida til. La mayora de

focos LED duran ms de 25,000 horas o aproximadamente 18 aos (en uso 4 horas al da). Inclusive hoy en

da algunos focos LED ya ofrecen una vida til de 50,000 hasta 100,000 horas. Sin embargo, existe cierta

confusin con el trmino vida til en relacin a los LED. A menudo se piensa que esta hace referencia al

tiempo que tardar 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 til es el tiempo durante el cual el foco funciona

sin perder rendimiento luminoso. En la prctica se espera que un foco LED mantenga el 70% de su

luminosidad durante su vida til.

Aunque por lo general se espera que los LED duren mucho tiempo hay que tomar en consideracin lo

siguiente. Aunque los LED no generan tanto calor como los focos tradicionales, para que el foco LED

funcione correctamente y su vida til sea la mxima 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 tambin la calidad de la luz emitida. Inclusive, en casos extremos de calor el foco LED

podra 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 qumicos, gases ni materiales que contaminan. Adems, debido al ahorro

de energaque proporcionan, ya que son ms eficientes en la generacin de luz, estos reducen la huella de

carbono reduciendo las emisiones de CO2 a la atmsfera. 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

emisin 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 fabricacin de otros productos.

Al utilizar LED en su hogar u oficina, no slo estar ahorrando pero adems estar ayudando a conservar el

planeta.