LED
UNA NUEVA FUENTE DE ILUMINACIÓN
Quinta edición, octubre de 2014
DOSSIER
Introducción
Los ledes se están imponiendo de forma indiscutible en el sector de la iluminación. A medida que la tecnología alcanza gradualmente su fase de madurez, nuestros conocimientos sobre la vida útil, los materiales y las propiedades de los ledes van creciendo día a día. Como siempre, este documento le ofrece toda la información necesaria para mantenerse al día en este campo tan complejo.
¿Quiere saber cuál es la diferencia entre los ledes de baja potencia, los de alta potencia y la tecnología chip-on-board? ¿Le interesa saber cuáles son las obligaciones legales vigentes en materia de documentación de los sistemas de iluminación led? ¿Quiere saber cuáles son las consecuen- cias de sobredimensionar su instalación led y cómo evitarlas? La quinta edición de este dossier led le ofrece respuestas a estas y a otras muchas preguntas. En el margen se señalan las actualizaciones más recientes del documento. Siempre puede consultar la última versión del informe de led en nuestro sitio web: www.etaplighting.com.
Quinta edición, octubre de 2014
© 2014, ETAP
UNA NUEVA FUENTE DE ILUMINACIÓN
ÍNDICE
1. El led como fuente luminosa ... 4
1. ¿Cómo funcionan los ledes? ... 4
2. Fuentes de luz led ... 5
3. Ventajas de los ledes ... 9
4. Fabricantes de led ...14
5. El futuro de los ledes ...14
6. OLED: una nueva manera de iluminar ...15
2. Diseño de luminarias de led ...18
1. Posibilidades y desafíos ...18
2. Distribución adecuada de la luz ...19
3. Luminancia controlada ...21
4. Diseño térmico bien planificado ...21
5. Agrupamiento para una calidad luminosa constante ...23
6. Seguridad eléctrica ...24
7. Publicación de los datos correctos ...25
8. Información sobre calidad objetiva ...26
9. La seguridad fotobiológica ...27
10. Tubos de led ...29
3. Controladores de luminarias de led ...31
1. Criterios de calidad de los controladores ...31
2. Fuentes de corriente frente a fuentes de tensión ...32
4. Iluminación con led – aspectos fotométricos ...34
1. Factor de depreciación y de mantenimiento ...34
2. Integración de sistemas de ahorro de energía ...38
5. Preguntas y respuestas ...40
Terminología ...41
Anexo 1: Factores de mantenimiento de los productos led ...42
0 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.75 1.50 2.00 2.25 2.50
200 400 600 800 1000 1200
Sección 1: El led como fuente luminosa
1. ¿CÓMO FUNCIONAN LOS LEDES?
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 ledes convierten la energía eléctrica en radiación electromagnética visible; es decir, en luz.
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).
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.
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.
Fig. 3: Estructura de un componente de led
Fig. 2: Impacto de la corriente en el flujo luminoso
Luz visible
Flujo de corriente continua
Ánodo (+) Cátodo (-)
Flujo luminoso normalizado
Corriente directa (mA)
Óptica primaria
Led Unión
Soporte Cable eléctrico
Fig. 1: Funcionamiento de un led
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.
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 ledes 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. FUENTES DE LUZ LED
Las fuentes luminosas led se aplican de distintas formas. De acuerdo con la norma internacional CEI 62504/CIE TC 2-66 (“LED y módulos LED.
Términos y definiciones”), se puede distinguir entre los siguientes niveles de integración:
1. Paquete led o componente led. Componente individual consistente en uno o más chips led, con o sin óptica e interfaces térmicas, mecánicas o eléctricas.
Por ejemplo
2. Módulo led. Un módulo led está formado por varios componentes led montados sobre una placa de circuito impreso, con o sin electrónica integrada.
Por ejemplo
3. Lámparas led. Se trata de un módulo led unido a un casquillo de lámpara.
Por ejemplo
UPDATE
Componente led Bridgelux
UM2 PCB (ETAP)
Lámpara tubular TG Componente led Cree XP-G
Foco TG
4. “LED light engine” Consiste en un módulo o lámpara led al que se acopla un driver y que puede conectarse directamente a la tensión de red.
A la hora de diseñar una luminaria led, los fabricantes de productos de iluminación seleccionan uno de estos cuatro niveles de integración. El nivel 1 ofrece la máxima libertad en términos de control creativo, tanto en lo que respecta al diseño como a las prestaciones y la fotometría.
En cambio, trabajar con los niveles 3 o 4 ofrece otras ventajas, como la capacidad logística del proveedor y, en muchos casos, un menor precio de coste. Para cada una de sus series, ETAP selecciona el nivel más adecuado en función del resultado final deseado.
En la mayoría de los casos (por ejemplo, en las luminarias LED+LENSTM o en las series R8 y UM2), ETAP desarrolla “LED light engines” a partir de componentes led. En nuestros downlights led con reflector secundario convencional (D1, 2 y 3), empleamos módulos led con driver; es decir, un motor de iluminación led ya preparado.
Formas de construcción de los paquetes led
Dentro de la categoría de paquetes led diferenciamos tres formas de construcción, en función de la potencia:
- Ledes de baja potencia () 1 W) - Ledes de alta potencia (1-10 W) - Chip-on-board (5-50 W)
En el caso de los ledes de baja potencia (figura 4 - izquierda), el chip led se suele situar en el llamado “marco de conexión” (ver figura 5), alrededor del cual se monta una carcasa de plástico. La cavidad central se rellena con una capa de silicona que contiene fósforo. En esta construcción, tanto el marco de conexión como la carcasa actúan como reflectores de una parte de la luz emitida. Esta también es la razón por la cual las propiedades ópticas —entre otras, la potencia reflectora y el envejecimiento del material— contribuyen al mantenimiento del nivel de iluminación a largo plazo: cuanto mejor mantenga el material sus propiedades reflectantes, menor será la depreciación. La selección del plástico
Osram prevaled
Luminaria led 2. Módulo led
3. Lámpara led
1. Paquete led 4. “LED light engine”
Por ejemplo
UPDATE
Fig. 4: Formas de construcción led (de izquierda a derecha): carcasa de plástico, sustrato cerámico, chip-on-board
se realiza en función de las propiedades ópticas, si bien también se tiene en cuenta el coste y la facilidad de procesamiento. Los materiales que más comúnmente se utilizan en la carcasa son termoplásticos como PPA (poliftalamida) y PCT (tereftalato de policiclohexilenodimetileno), así como materiales termoestables como el EMC y, en algunos casos, incluso siliconas.
La mayoría de los ledes de alta potencia (figura 4 - centro) incorporan un chip led montado sobre un sustrato cerámico. Sobre este sustrato se coloca una capa de fósforo y una óptica primaria, normalmente de silicona. Esta forma de construcción presenta las siguientes propiedades:
- Buena disipación del calor de la PCB (resistencia térmica interna más baja) - Emisión directa de luz, con escasa reflexión
- Buena estabilidad del color, en todo el ángulo de emisión
Fig. 5: Marco de conexión led con carcasa de plástico (ledes de baja potencia)
Fig. 6: Montaje de un led de alta potencia PARTE SUPERIOR
carcasa de plástico
marco de conexión
contactos eléctricos
disipación de calor
disipación de calor y reflexión (opcional)
PARTE INFERIOR
lentes de silicona
chip led
soldaduras de hilos
disipación de calor Sustrato cerámico
contactos eléctricos
UPDATE
En la tecnología chip-on-board o COB (figura 4 - derecha) se colocan varios chips juntos sobre un sustrato y se conectan eléctricamente entre sí. Encima de ellos se coloca una capa de cobertura de silicona con fósforo. Normalmente, el sustrato consiste en un material cerámico o en aluminio altamente reflectante (pulido).
La evolución de las propiedades ópticas a lo largo del tiempo bajo la influencia de la luz y del calor influye considerablemente en el factor de mantenimiento de los ledes. La estabilidad es óptima para los componentes de alta potencia (por ejemplo, alta potencia y COB) y se reduce en el caso de los ledes de baja potencia de plástico. Pero si se cuenta con un diseño innovador, los ledes de baja potencia también ofrecen buenos resultados.
sustrato
(cerámico o aluminio) chips led
capa reflectante
barrera soldaduras de hilos
conexión eléctrica
ABIERTO
silicona + fósforo CERRADO
Fig. 7: Estructura de la tecnología Chip-on-board
UPDATE
1 0 10 20 30 40 80 70 60 50 100 90
10 100
0 10000
5000
8000
10000
12000
20000
50000
20000 30000 40000 50000* 60000 60
0 20 40 60 80 100 120
70 80 90 100 110 120
B50/L70
LED = 18x Cree XP-G2 4000K @ 350 mA
3. VENTAJAS DE LOS LEDES
VENTAJA 1: VIDA ÚTIL PROLONGADA
La vida útil de los ledes 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). Si se emplean los ledes y el diseño adecuados, esta cifra puede ser considerablemente mayor (véase sección 4).
Vida útil de los ledes
Al determinar la vida útil de un led es preciso distinguir entre fallo paramétrico (deterioro del rendimiento luminoso) y fallo catastró- fico (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 ledes disminuye al 70% de su flujo luminoso inicial. Este porcentaje de ledes 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 ledes que pueden fallar, que se retiran de la prueba. Sin embargo, a los usuarios les importan los ledes defectuosos. Cuando se determina la vida útil teniendo en cuenta los ledes 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 ledes. ETAP no especifica para sus luminarias un valor L70/B50 por la sencilla de razón de que este valor no es aplicable a los estudios de iluminación. Nuestro punto de partida es una especificación de horas de funcionamiento (específica de cada proyecto) a partir de la cual calculamos el manteni- miento de lúmenes. En las aplicaciones de oficina e industriales, los valores estándar son 25.000 y 50.000 horas de funcionamiento, respectivamente (ver también el anexo 1).
Los ledes tienen una vida útil más larga, pero son sensibles a las tensiones térmicas cíclicas y a las influencias químicas y 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.
Fig. 8: Depreciación del flujo luminoso con el paso del tiempo
Fig. 9: Valores típicos para la vida útil (simplificación) Fig. 10: Influencia de la temperatura de unión en la vida útil
Flujo luminoso relativo (%)
Tiempo (h x 1000)
Halógeno
Fluorescente compacto
H.I.D. compacta (CDM-T) Vapor de mercurio a alta presión (H.I.D.)
Fluorescente lineal
Led
horas
Tiempo de funcionamiento (Kh)
Temperatura en la unión del led - Tj (°C)
Aplicaciones ETAP con ledes de alta potencia
Ledes de baja potencia
* Basado en datos de medición de, como mínimo, 10.000 h (TM-21)
2014 0
20 40 60 80 100 120
2004 2006 2008 2010 2012
140
2016
0 20 40 60 80 100 120 140
20 40 60 80 100 110 120
128 lm/W
111 lm/W 89 lm/W 87 lm/W
118 lm/W 110 lm/W
Ventaja 2: Posibilidad de alta eficiencia energética
Actualmente los ledes en blanco frío con una temperatura de color de 5000 K (grados Kelvin) alcanzan más de 160 lm/W en las condiciones de referencia. Los ledes con temperaturas de color inferiores de entre 2700 y 4000 K (los que se utilizan mayoritariamente en soluciones de iluminación en Europa) suelen tener una menor eficiencia. Para estas temperaturas de color, actualmente se encuentran disponibles eficiencias
de 120 lm/W y superiores.
Esta curva se basa en el rendimiento real de los ledes en aplicaciones concretas y puede diferir de los datos publicados por el fabricante como consecuencia del control eléctrico y del comportamiento térmico específicos del producto.
Fig. 11: Evolución del flujo luminoso específico de las luminarias led a 3000 K con indicación de algunos productos de ETAP, a la temperatura en
la unión en condiciones normales de uso (lúmenes calientes)
T5 High Output ECO (a 35 °C)
lumen/watt Lámpara fluorescente con
balasto (90%) Luminaria con lámpara fluorescente (reflector HRSilverTM incluido)
lumen/watt Led medido en prueba de
impulsos, a 85 °, comparable a condiciones reales Led con controlador (90%) Luminaria de led (óptica y lente incluidas)
Eficacia (lm/W)
Fig. 13: Luminaria con reflector U5 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 ledes). En condiciones de uso reales, la eficiencia es inferior. La eficiencia que ofrece la luminaria es aún menor.
Para ilustrarlo veamos el ejemplo de R7 con led:
A modo de comparación: luminaria con reflector U5 con una lámpara fluorescente x 32 W Fig. 12: R7
UPDATE
D4 (1.a gen).
U7/R7 (1.a gen.)
U7/R7 (2.a gen.)
D4 (2.a gen.) UM2
R8
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
2014-2015
1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000
0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
y
x
520
500
490
480 470
460 380 540
560
580
600 620
700 0.0
0.0
10000 6000 Tc (°K)50003000
20001500 Blue Led chip Phosphor 6000K Phosphor 3000K
Los ledes con una temperatura de color más alta, y por tanto con una luz más fría, ofrecen un nivel de eficiencia superior que los mismos ledes 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:
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.
En los ledes 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 ledes con conversión por material luminiscente, la temperatura de color viene dada, por una parte, por la elección del material luminiscente.
Fig. 14: Valores típicos para la eficiencia de fuentes luminosas
Fig. 15: Indicación de temperatura de color Fig. 16: Principio de generación de la luz blanca por medio de material luminiscente
Led Lámparas de halogenuro
metálico Lámparas fluorescentes
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Lámparas incandescentes halógenas de baja tensión
Lámparas incandescentes
lumem/W
Luz desde el norte (ciel azul)
Luz natural, cielo cubierto Luz natural de mediodia Luz solar directa
Lámparas electrónicas de destello
Bombillas de iluminacion residencial Luz del amanecer
Luz de tungsteno Luz de vela
Chip de led azul Fósforo 6000 K Fósforo 3000 K
-30,0 -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 90,0
85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 95,0 100,0 105,0 110,0 115,0
¿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 (Color Rendering Index) 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 ledes se compara con la de las lámparas fluorescentes y, en función de la temperatura de color, fluctúa entre 60 y 98.
• Para las aplicaciones de iluminación convencionales en blanco cálido o blanco neutro, ETAP emplea por ledes con una reproducción de colores de 80 (de acuerdo con EN 12464-1).
• 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 ledes de alto rendimiento en blanco frío con una reproducción de los colores de aproximadamente 60.
En los ledes blancos con conversión por material luminiscente, la reproducción de los colores también depende de la elección del material luminiscente (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: Ra entre 60 y 98
Led: Ra entre 60 y 98
Lámpara incandescente: Ra de 100
CDM: Ra entre 80 y 95
Lámpara de sodio: Ra de 0
Ventaja 4: Rendimiento estable en todo el intervalo de temperatura
En comparación con las lámparas fluorescen- tes, los ledes son menos sensibles a la tem- peratura ambiente. El flujo luminoso de las lámparas fluorescentes decae drásticamente a temperaturas ambiente por encima o por debajo de 25 °C; en cambio, los ledes solo exhiben una reducción gradual a tempera- turas ambiente más altas. Eso supone una ventaja notable en entornos con tempera- turas inusuales (por encima o por debajo de 25 °C) o que están sometidos a variaciones importantes de temperatura (por ejemplo, en la industria).
Con todo, eso no resta importancia al diseño térmico: un control de temperatura bien pensado es fundamental para que la vida útil y el rendimiento luminoso sean máximos (ver también el capítulo 2.4).
Flujo luminoso relativo %
Temperatura ambiente °C Lámpara fluorescente
LED
Fig. 17: Influencia de la temperatura ambiente en el flujo luminoso relativo
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 0,0
20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 140,0 120,0
Ventaja 5: Eficiencia luminosa inmediata desde el mismo momento del encendido
Las lámparas fluorescentes no emiten inmediatamente todo su flujo luminoso desde el momento en que se encienden. En contraste, los ledes 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.
Además, los ledes - a diferencia de las lámparas CDM, por ejemplo - pueden volver a encenderse sin problemas aunque aún estén calientes y, en la mayoría de los casos, la conmutación frecuente no repercute negativamente en la vida útil.
Ventaja 6: Fácilmente regulables en un amplio intervalo
Los ledes 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, 1 -10 V o TouchDim. En los ledes, 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.
En consecuencia, los ledes son muy adecuados para integrarse en entornos programados y dinámicos.
Fig. 18: Comparación del comportamiento de puesta en servicio del led vs. fluorescente a -30°
Fig. 19: Efecto de la regulación en el consumo de energía
Flujo luminoso relativo en relación a la temperatura ambiente = 20°C (%)
E1 CON LED
FLUORESCENTE E1 CON LÁMPARAS ADAPTADAS Y BALASTOS ADECUADOS PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA FLUORESCENTE E2 CON BALASTO ADECUADO PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA
Tiempo (h:mm)
Potencia de entrada (W)
Corriente de LED (mA)
Ventaja 7: 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 ledes 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 8: Sin radiación infrarroja ni ultravioleta
El haz de luz led no contiene radiación ultravioleta (UVA) ni infrarroja (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). Igualmente, el haz de luz radiado representa energía que se convierte en calor cuando se absorbe.
* En cambio, la carcasa genera radiación IR (en forma de calor).
4. FABRICANTES DE LED
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 distintos proveedores, dependiendo de la plataforma, a los cuales se aplican los requisitos mencionados anteriormente.
5. EL FUTURO DE LOS LED
La tecnología led está llegando gradualmente a la fase de madurez.
• El flujo luminoso específico de los ledes es cada vez mayor. Actualmente superan de largo a las lámparas halógenas, incandescentes y fluorescentes compactas en términos de rendimiento luminoso. En cuanto a la eficiencia y/o potencia específica, algunas luminarias de led (por ejemplo, las series U7 o R7) actuales incluso superan a las soluciones fluorescentes más eficientes. En términos generales, se puede decir que, en los años recientes, el precio del mismo paquete de lúmenes se ha reducido en un 25%, o que por el mismo precio se puede comprar un 10% más de flujo luminoso específico. Actualmente se puede esperar un límite de 200 a 240 lm/W para colores cálidos.
• Se siguen desarrollando nuevas tecnologías para mejorar a largo plazo la eficiencia, la calidad del color y el coste.
• El control del color no ha dejado de mejorar; el resultado es un agrupamiento (o binning) con tolerancias más estrechas, hasta el punto de que algunos fabricantes ofrecen un solo bin (3 SDCN). (Más información sobre el agrupamiento en la sección 2.5).
6. OLED: UNA NUEVA MANERA DE ILUMINAR
Un OLED es un diodo orgánico emisor de luz. Como su nombre sugiere, se trata de una variante del led convencional. Si los ledes se elaboran empleando material inorgánico cristalino (por ejemplo, nitruro de galio), los OLED se basan en macromoléculas orgánicas a base de compuestos de hidrocarburos capaces de producir luz.
Punto vs. superficie
La diferencia entre el OLED y el led no reside solo en el material, sino también en la manera de iluminar. Mientras que un led es un punto de luz convencional, los OLED se utilizan para dispersar la luz por una superficie determinada. Más concretamente, las pequeñas partículas orgánicas productoras de luz se insertan en una finísima capa sobre una placa de vidrio o de otro material transparente y se enlazan a un cátodo y a un ánodo. Esta capa se ilumina cuando se aplica una corriente eléctrica entre el cátodo y al ánodo. Mediante una selección de materiales adecuada, los OLED pueden generar luz de un color determinado.
OLED de distintas formas (por ejemplo Philips Lumiblade)
placa de vidrio
cátodo metálico capa orgánica ánodo transparente sustrato de vidrio
luz
Fig. 20: Estructura de un OLED
Complementarias de los ledes
Debido a esta diferencia fundamental entre el led y el OLED, ambas tecnologías son complementarias y coexistirán en el futuro. Los OLED producen una luz suave, difusa y no deslumbrante en una superficie determinada; en cambio, los ledes son perfectos para crear haces luminosos que se pueden orientar y dispersar. El hecho de que los OLED sean una fuente capaz de crear superficies de iluminación muy uniformes los hace muy adecuados para aplicaciones tales como las luminarias de señalización. También parecen muy prometedores en aplicaciones de iluminación general, como los paneles luminosos.
Rendimiento
La tecnología OLED se encuentra todavía en desarrollo. El rendimiento y la vida útil aún no están a la altura de los ledes. Los OLED tienen rendimientos lumínicos de 80 lm/W frente a los 160 lm/W de los ledes. En aplicaciones de señalización sí ofrecen casi las mismas prestaciones que determinados productos led porque, por su naturaleza, son mejores para estas aplicaciones. Al igual que sucede con los ledes, es de esperar que se siga produciendo avances que mejoren el rendimiento de los OLED.
Asimismo, todas las superficies que pueden iluminarse con un único módulo OLED están también en evolución. En los aparatos de televisión, la pantalla consta de una serie de píxeles de OLED porque la resolución de la pantalla es importante. En aplicaciones de iluminación procuramos iluminar una superficie tan extensa como sea posible con un solo módulo de OLED. Las ventajas son que los podemos redireccionar fácilmente y que no hay efecto alguno de granulado. Hoy en día, ya se encuentran disponibles paneles luminosos de 15 cm x 15 cm como medida estándar. Seguramente, en un futuro será posible iluminar superficies de hasta 1 m2.
El empleo de materiales orgánicos —que tienen un desgaste relativamente rápido y que son sensibles al aire y a la humedad— hace que su vida útil sea relativamente limitada. Actualmente se suponen por defecto 20 000 horas de funcionamiento (con una reducción de flujo luminoso del 30% y un direccionamiento continuo de 6 000 cd/m2). Un mayor desarrollo de los materiales utilizados, el empleo más capas protectoras y unas mejores técnicas de producción deberían aportar grandes mejoras.
Hoja de ruta de los OLED
Año 2014 2016 2018
Flujo luminoso específico 50 lm/W 80 lm/W 120 lm/W
Vida útil (L70 @ 6 000 cd/m2) 20 000 h 35 000 h 50 000 h
Luminosidad 4 500 cd/m2 6 000 cd/m2 9 000 cd/m2
Salida de lúmenes 15 000 lm/m2 20 000 lm/m2 30 000 lm/m2
Reproducción de los colores (CRI) > 90 > 92 > 95
Dimensiones máximas 120*120 mm 170*170 mm 400*400 mm
Fig. 21: Rendimiento actual y previsto de los OLED (fuente: Philips)
UPDATE
¿Flexible y transparente?
A día de hoy, los OLED están compuestos exclusivamente de vidrio.
La investigación se concentra ahora en estudiar las posibilidades de elaborar OLED también con materiales más flexibles y, de ese modo, crear paneles de iluminación maleables. Con ello, cada superficie — plana, curva o incluso elástica— se convertiría en una fuente luminosa potencial. Pensemos por un momento en las paredes, los muebles, las cortinas o las prendas de ropa luminosas.
Otro campo de investigación es el desarrollo de paneles OLED transparentes. Actualmente, un OLED no iluminado es una superficie reflectante. Un panel transparente podría funcionar como una ventana durante el día. Y, a medida que fuera oscureciendo, podría proporcionar una grata iluminación ambiental. Esto convierte a los OLED en una peculiar y prometedora tecnología lumínica con una cantidad casi infinita de nuevas aplicaciones.
ETAP introduce la tecnología OLED en el alumbrado de emergencia
ETAP fue el primer fabricante en presentar una luminaria de señalización con tecnología OLED a finales de 2013. Por su bajo nivel luminoso y su flujo homogéneo, los OLED resultan muy idóneos para este tipo de aplicaciones.
Los OLED como espejo interactivo
K4, serie de señalización con OLED
Sección 2: Diseño de luminarias de led
1. POSIBILIDADES Y DESAFÍOS
Los ledes 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 distribuirse por toda la superficie, 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 mecánico
Diseño térmico
Diseño cosmético
Diseño óptico
Diseño eléctrico
Nuevas técnicas de diseño y producción 3D Fig. 22: Diseño del downlight D4
2. DISTRIBUCIÓN ADECUADA DE LA LUZ
En su mayoría, los ledes 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.
a. Refractores y lentes
Lentes disponibles en el mercado
Ejemplo: focos Flare con un pico de émision luminosa muy elevado
Ejemplo de alumbrado de emergencia:
K9 antipánico, iluminación de distribución extensiva extrema Lentes específicas de ETAP
Ejemplo de iluminación:
Serie LED+LENSTM (por ejemplo, R7 con lentes de distribución extensiva)
b. Reflectores
Ejemplo: D1 con módulo de led
d. Edge lighting
Ejemplo de iluminación: UW
Ejemplo de alumbrado de emergencia: K7
c. Difusores y láminas de tratamiento de la luz
Ejemplo: UM2 con led y MesoOpticsTM
Ejemplo: R8 con led y difusor HaloOptics®
60 70 80 90 100 110 120 led = 18x Cree XP-G2 R2 4000K @ 350 mA
100%
98%
96%
94%
92%
90%
88%
102%
104%
106%
108%
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/m2. 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:
• Fluorescente lineal - T8 14 000 cd/m2
• Fluorescente lineal – T5 15 000 - 20 000 cd/m2 ¬ 17 000 cd/m2 (HE) y 20 000 - 33 000 cd/m2 (HO)
• Fluorescente compacto, ej., 26 W 50 000 cd/m2
• Led desnudo de 3 W (100 lm) 100 000 000 cd/m2
• Luz solar 1 000 000 000 cd/m2 (=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:
• 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.
• UM2 con led: la fuente luminosa se distribuye por toda la longitud de la luminaria. El difusor MesoOpticsTM elimina luminancias molestas y permite una distribución de la luz controlada.
4. 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, 35% de la energía se convierte en luz visible y el 65%
restante en calor dentro del componente (disipación).
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. El 35% restante se transforma en calor interno y radiación UV.
El rendimiento luminoso de los ledes disminuye gradualmente a medida que aumenta la temperatura en la unión.
A temperaturas más bajas, aumenta el rendimiento luminoso: los ledes siempre funcionan mejor a temperaturas más bajas.
35% DE LUZ
65% DE CALOR
Salida de la luminaria (lm)
Temperatura en la unión del led (°C)
Fig. 23: Influencia de la temperatura de unión en el rendimiento de la luminaria (ref. 85 °C)
4
3
2 1
El rendimiento luminoso no solo depende de la temperatura. La vida útil funcional también se ve afectada cuando se supera una temperatura crítica.
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):
• El calor generado por el led se traslada a través del soporte hasta el punto de soldadura (1, dentro del led).
• Desde allí, el calor se transfiere a la placa de circuito impreso del led (2).
• El calor se distribuye por el disipador de calor (4), a través de una interfase térmica (3) o TIM (Thermal Interface Material), que transfiere calor de la placa al el cuerpo de refrigeración.
• El calor se libera al entorno 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). El mantenimiento del disipador de calor (debe estar libre de polvo) también es una medida importante para un correcto control de la temperatura.
Fig. 25-26: Diseño térmico de D3 (izquierda) y E7 (derecha)
Fig. 24: Depreciación del flujo luminoso con el tiempo para distintas temperaturas en la unión
Rendimiento luminoso relativo
Tiempo de funcionamiento (h)
BIN 1 BIN 2 BIN 3
0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
y
x
520
500
490
480 470
460 380 540
560
580
600 620
700
5. AGRUPAMIENTO PARA UNA CALIDAD LUMINOSA CONSTANTE
Durante la producción, los ledes de un mismo lote o serie presentan variaciones en propiedades tales como su intensidad y color. El uso de unos ledes 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 ledes según criterios específicos como:
• 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.
Al seleccionar un “grupo de color” específico, se garantiza una calidad luminosa constante. Los ledes 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.
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.
¿Cómo aplica ETAP el agrupamiento a sus luminarias de iluminación?
ETAP aplica un enfoque sistemático para garantizar la uniformidad a todos los niveles.
• En las luminarias LED+LENSTM siempre utilizamos ledes con una variación inferior a 2 SDCM (desviación estándar de la correspondencia de colores). Este valor puede variar para determinadas ópticas. Por ejemplo, en el caso de los difusores y softlights, la variación es de 4 SDCM, ya que en esta óptica los ledes no son visibles de forma independiente y, por lo tanto, las diferencias de color
<4 SDCM tampoco son visibles. En los downlights led equipados con módulos led, la variación es de 3 SDCM a nivel de clúster.
• 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 ledes.
• 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 4 SDCM.
Fig. 27: Principio del agrupamiento
Fig. 28: Visualización de las elipses de McAdam (fuente: Wikipedia)
Flux bin Colour bin
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
UPDATE
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
6. SEGURIDAD ELÉCTRICA
Los ledes 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 ledes en serie aumentan la tensión
En las luminarias de iluminación, los ledes 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 ledes es que funcionan a baja tensión y que cada led requiere una diferencia de potencial de aproximadamente 3 V. Pero si conectamos 30 ledes 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 ledes y los demás componentes que conducen corriente no deben resultar accesibles desde el exterior. La construcción debe garantizar que solo sea posible tocar los ledes 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.
Fig. 29: Ilustración de los grupos para distintas temperaturas de color (verde 5 2 SDCM; rojo 5 7 SDCM)
Fig. 30: De acuerdo con las normas internacionales CEI 61347, no existe riesgo al contacto (verde) hasta 24 V CA o 60 V CC.
En las luminarias de led con una tensión de salida superior (rojo) se precisan medidas de seguridad adicionales.
* La clase de aislamiento del driver determina si deben tomarse medidas adicionales de seguridad.
7. PUBLICACIÓN DE LOS DATOS CORRECTOS
El flujo luminoso específico como 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). 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 ledes 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 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, 100 lm/W es un consumo muy bajo para una luminaria, pero a medida que los ledes sigan desarrollándose, el listón también estará cada vez más alto.
Fig. 31: En las fichas técnicas de los productos ETAP de nuestro sitio web se indican el
Además del flujo luminoso específico, en la página web de ETAP encontrará información adicional sobre los LED:
• Clase de seguridad fotobiológica
• Temperatura de color
• Consumo de energia
• Tipo de controlador: regulable o no
• Factor de potencia
• Factor de depreciación
8. INFORMACIÓN SOBRE CALIDAD OBJETIVA
Hasta hace poco en Europa no existía ninguna directiva o marco normativo que regulara la publicación de datos de calidad de las luminarias led. Desde luego, los fabricantes publicaban información, pero el consumidor no podía compararla con otros datos fiables. Por ejemplo:
algunos fabricantes publicaron buenos datos de vida útil, pero sin mencionar cómo los habían obtenido. Otro ejemplo era la publicación de rendimientos lumínicos y vida útil de la fuente luminosa led, a pesar de que esos factores dependen en gran medida de la óptica y del diseño de la luminaria. La falta de uniformidad confundía a los consumidores que, a menudo, se veían en la tesitura de comparar peras con manzanas.
Legislación europea
Por este motivo, la federación europea de asociaciones nacionales de fabricantes de luminarias y componentes electrotécnicos (Lighting Europe) publicó una guía sobre criterios de calidad para luminarias led, en la que ETAP participó activamente. Entretanto, la Comisión Europea elaboró un
texto legislativo (Reglamento europeo 1194/2012: diseño ecológico para lámparas direccionales, lámparas led y equipos relacionados), que ya ha sido aprobado. En este reglamento se establecen requisitos en relación con el rendimiento energético, la funcionalidad y la información sobre los productos. El reglamento describe, entre otras cosas, cómo se deben medir y publicar los datos de rendimiento y calidad de luminarias completas; por ejemplo:
• La potencia asignada (W) de la luminaria, incluida la alimentación, el flujo luminoso de salida (lm) y el rendimiento = salida/entrada (lm/W).
• Representación de la intensidad luminosa (cd) en un diagrama polar.
• Un código fotométrico que ofrezca una indicación de la calidad de iluminación (temperatura de color de la luz, índice de reproducción de los colores, cromaticidad y flujo luminoso).
• Un código de mantenimiento que ofrezca una indicación de la depreciación del flujo luminoso con el transcurso del tiempo, con indicación de la vida útil prevista, el porcentaje de flujo que se mantiene al final de la vida útil y el índice de fallos presente en ese momento (ver más adelante).
• La temperatura ambiente (°C) para la que son válidos los valores publicados.
La documentación de ETAP responde a estos requisitos europeos, así como a las normas internacionales aplicables (Public Available Specification) de la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) relativos a los requisitos de rendimiento de:
• Luminarias de iluminación (CEI/PAS62722-1)
• Luminarias led (CEI/PAS62722-1)
• Módulos led (CEI/PAS62717)
¿Utiliza su proveedor un factor de mantenimiento fiable?
El código de factores de mantenimiento que se menciona en el reglamento de la UE es un atributo de calidad de las luminarias verificable y medible. En la práctica, ese código se determina típicamente durante un periodo de 6000 horas, o a lo sumo 12.000. Pero en los estudios de iluminación trabajamos con depreciaciones después de 25.000 horas (lo que en muchas aplicaciones estándar se corresponde con 10 años), 35.000 o incluso 50.000 horas de funcionamiento. Para obtener esos valores, no hay otra solución que realizar extrapolaciones. El reglamento no define con precisión cómo realizar estas extrapolaciones; por ello, ETAP aplica la norma estadounidense TM21. Partiendo de lo dispuesto en esa norma, ETAP extrapola sus datos con el fin de tener en cuenta un factor de mantenimiento correcto para cada proyecto. De esta manera garantiza que su iluminación cumpla todas las expectativas de vida útil previstas. Además, en la vida útil de la luminaria también influye la conmutación de los ledes (en serie o en paralelo) y en el envejecimiento de la óptica. ETAP también tiene en cuenta esos factores. Por último, el reglamento europeo no establece requisitos mínimos de depreciación. Naturalmente, un factor de mantenimiento alto —y calculado con precisión— es muy importante.
Por un lado, el cliente puede estar seguro de que su instalación de iluminación tendrá un sobredimensionamiento mínimo y, por otro lado, cuenta con la garantía de que las luminarias seguirán teniendo un nivel de iluminación aceptable al final de su vida útil (ver 4.1).
UPDATE
0 20 40 60 80 100
450
400 500 550 600 650 700 750
4000K
Wavelength (nm)
Relative Radiant Power (%)
ENEC+
Recientemente se presentó el certificado europeo ENEC+. Mientras que el certificado ENEC se refiere a la seguridad eléctrica y fotobiológica de los aparatos eléctricos, el ENEC+ incide en el rendimiento de las luminarias de iluminación. Atención: ENEC+ no tiene en cuenta la depreciación y la vida útil de las luminarias led. El flujo luminoso solo se mide durante las primeras 1000 horas de funcionamiento. ETAP calcula el nivel de iluminación que tendrá su instalación después de 25.000, 30.000 o 50.000 horas de funcionamiento con el método anteriormente mencionado, que se puede consultar en el anexo 1 de nuestro sitio web.
9. SEGURIDAD FOTOBIOLÓGICA
La norma europea de seguridad fotobiológica EN 62471 describe un sistema de clasificación que indica si una lámpara o luminaria de iluminación supone un riesgo de lesiones oculares o cutáneas. Las potentes luminarias que existen en muchos de los LED de alta potencia conllevan el peligro de daño ocular. Por eso es importante medir correctamente la seguridad fotobiológica y publicar sus datos con claridad.
La luz led apenas contiene luz del espectro ultravioleta o infrarrojo y tampoco es peligrosa para la piel. Sí contiene, sin embargo, un elevado pico en el espectro azul, por lo que mirar (de manera prolongada) a una fuente luminosa intensa puede provocar daños irreversibles en la retina, el denominado Blue Light Hazard (BLH).
Fig. 32: Para extrapolaciones, ETAP aplica la directiva Americana TM21 (p.ej. UM2 con led con Lamp Lumen Maintenance Factor)
Fig. 33: La luz led contiene un elevado pico en el espectro azul, por lo que debe prestarse
generic data LLMF (%)
F (lm) P (W) lm/W 25.000 h 35.000 h
UM2**/LEDW45 3107 38 82 95 89
UM2**/LEDN45 3295 38 87 95 89
UPDATE
0 cm
RG 2 RG 1
...
x cm
Cuatro grupos de riesgo
La existencia de un riesgo real dependerá de varios factores: la capacidad del led, la temperatura de color, y también la distribución de la luz y la distancia con respecto a la luminaria desempeñan un papel importante. Para que los consumidores puedan evaluar el peligro, la norma EN 62471 establece una clasificación de las lámparas y luminarias en cuatro grupos de riesgo. Para el riesgo de Blue Light Hazard se definen los siguientes grupos:
• Grupo de riesgo 0 (grupo “exento”): esto significa que no existe ningún riesgo, ni siquiera por mirar indefinidamente a la fuente luminosa.
• Grupo de riesgo 1: el riesgo es limitado, se permite mirar fijamente 10.000 segundos como máximo (algo menos de 3 horas).
• Grupo de riesgo 2: se permite mirar fijamente 100 segundos como máximo.
• Grupo de riesgo 3: se permite mirar fijamente 0,25 segundos como máximo. Esto es más breve que el reflejo de aversión natural del ojo.
El sistema de EN 62471 es una clasificación teórica definida en base a una distancia de visión fija. Adicionalmente, se han desarrollado unas directrices prácticas (CEI/TR 62477). En realidad, el riesgo por luz azul (BLH) depende también de la distancia de visión (es decir, de la distancia entre el ojo y el led). Normalmente, no se mira hacia las luminarias desde distancias cortas, aunque eso tampoco es descartable, por ejemplo, en trabajos de mantenimiento técnico. CEI/TR 62477 describe las distancias a las cuales una fuente luminosa dada pertenece a un grupo de riesgo BLH específico (lo que se llaman “distancias límite”).
Algunos ejemplos:
- Los difusores pertenecen al grupo RG 0, independientemente de la distancia de visión;
por ejemplo, Kardó, R8, UM2.
- Los downlights y las luminarias LED+LENSTM pertenecen al grupo RG 1, independientemente de la distancia de visión.
- Para la fuente luminosa de la figura 34 se aplica RG 1/RG 2 con una distancia límite x cm. Eso significa que la fuente luminosa hasta RG 2 corresponde a distancias de visión inferiores a x cm.
El tipo de medidas de protección requeridas depende de la aplicación. Si las fuentes luminosas tienen una distancia límite RG 1/RG 2, deben especificarse como tales, y debe incluirse la advertencia de que no se debe mirar directamente a la fuente de luz. Actualmente, los ledes blancos desnudos (empleados en iluminación general) pertenecen en el peor de los casos al grupo 2, nunca al grupo 3. En la mayoría de las luminarias existe una lente o un difusor por detrás de los ledes, que amplía ópticamente la imagen de la fuente, lo cual reduce los picos de luminancia.
En la mayoría de los casos, esto se traduce en una clase de riesgo inferior.
* versión con lente Fresnel: alumbrado de vías de evacuación con altura de montaje >3,5 m
Medir correctamente, editar de forma clara
El grupo al que pertenece la luminaria se establece según un procedimiento de medición específico, mediante instrumentos de medición especializados. ETAP dispone del montaje e instrumentos adecuados para realizar estas mediciones en casa. Esto significa que ETAP puede comprobar minuciosamente la seguridad fotobiológica de todas las luminarias. El posible grupo de riesgo de la solución se publica en su sitio web y en la documentación del producto.
ETAP dispone de los instrumentos adecuados para realizar las mediciones.
Fig. 34: Ilustración de las distancias límite
Distancia de visión
10. TUBOS DE LED
Los tubos de led son lámparas de led listas para su instalación en los soportes de las luminarias fluorescentes. ETAP advierte sobre un inconveniente de algunas de estas soluciones: la seguridad no siempre está garantizada, y la calidad y el confort rara vez son óptimos.
En luminarias específicamente diseñadas, las lámparas led pueden ofrecer importantes ventajas. Pero cuando las lámparas fluorescentes simplemente se sustituyen por lámparas led en luminarias existentes se reduce la calidad, el confort y, en ocasiones, la seguridad.
La UE prohíbe las lámparas led inseguras
La Unión Europea ha retirado del mercado diversos tubos led a través del Sistema de alerta rápida porque no son conformes con la directiva 2006/95/CE de baja tensión ni con la norma EN 60598 sobre luminarias. Estos productos presentan, entre otras cosas, un riesgo de electrocución durante la instalación, ya que algunos componentes externos se pueden cargar con electricidad. En definitiva, no todas las lámparas led son fiables y seguras.
¿Controlador interno o externo?
Los tubos led pueden tener un controlador interno o externo. Un controlador externo permite atenuar la intensidad de las lámparas, lo cual ayuda a cambiarlas más fácilmente (en caso necesario).
Fig. 35: En las fichas de producto de nuestra página web encontrará además la información adecuada sobre la clasificación de riesgo de nuestras luminarias led (captura de pantalla de página web , estado septiembre 2014).
UPDATE
Responsabilidad
Las lámparas fluorescentes no pueden sustituirse por tubos de led sin más. Es habitual que se deba adaptar el cableado o que sea preciso cambiar o puentear componentes de la luminaria. En cuanto se hace cualquier modificación, la responsabilidad del fabricante original de la luminaria expira inmediatamente. La empresa que se ocupa de la transformación está obligada a demostrar la conformidad de la instalación, así como a proporcionar una declaración CE, pero esto raramente se hace en la práctica.
Sobreiluminación e infrailuminación
Por último, cabe destacar que la calidad de iluminación tampoco suele ser la esperada. Cada luminaria se diseña para ofrecer una distribución luminosa y un rendimiento lumínico determinados. Con los tubos led se pierde esa correlación y es muy posible que se obtenga un nivel de iluminación inferior y una peor uniformidad luminosa. También es probable que se produzcan deslumbramientos. En resumen, se produce una pérdida de confort. También se debe tener en cuenta la mayor pérdida de luminosidad: en el caso de los tubos led, esta pérdida puede llegar a superar el 30% al final de su vida útil. Por último, es necesario disponer de información sobre la temperatura de color y la distribución. También es frecuente que se produzcan problemas de calidad en relación a esto.
Ventajas de los tubos led
Una luminaria diseñada para emplear tubos led puede ofrecer una serie de ventajas específicas.
Los tubos led se caracterizan por un bajo consumo de energía y una larga vida útil; además, su mantenimiento es sencillo. Existen incluso tubos led en carcasas totalmente estancas, aptas para uso en entornos con presencia de productos químicos. Los tubos led de las luminarias con reflector permiten extraer el aire a través del reflector, creando con ello un efecto de autolimpieza.
Fig. 36: Mientras que un E12/136HFW (con 1 lámpara fluorescente de 36 W) alcanza un flujo luminoso de 3350 lm y un flujo luminoso específico de 72 lm/W, el mismo aparato con tubo led solo alcanza 1340 lm y 61 lm/W, respectivamente. Con el tubo LED (derecha),
la distribución luminosa también es diferente a la de la lámpara fluorescente (izquierda).
La serie LEDA con tubos led.
