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Lámparas de LED

Lámparas de LED

Las lámparas de led son la última frontera de la tecnología: duran mucho tiempo y consumen muy poco. Son una fuente luminosa inteligente, funcional y sostenible, que se adapta fácilmente a las necesidades de los diseñadores.
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Funcionamiento de los ledes El término led es el acrónimo de Light Emitting Diode, literalmente “diodo de emisión luminosa”. El diodo es un componente electrónico semiconductor, con capacidad de conducción eléctrica intermedia entre un conductor y un aislante, cuya función característica es la de permitir el flujo de corriente eléctrica hacia una dirección y de bloquearla en modo casi total del otro lado. El led es un diodo particular que explota las características de materiales específicos que cuando pasa la corriente eléctrica emiten luz en forma de fotones. Además de la iluminación, las principales aplicaciones del led son los dispositivo
Funcionamiento de los ledes El término led es el acrónimo de Light Emitting Diode, literalmente “diodo de emisión luminosa”. El diodo es un componente electrónico semiconductor, con capacidad de conducción eléctrica intermedia entre un conductor y un aislante, cuya función característica es la de permitir el flujo de corriente eléctrica hacia una dirección y de bloquearla en modo casi total del otro lado. El led es un diodo particular que explota las características de materiales específicos que cuando pasa la corriente eléctrica emiten luz en forma de fotones. Además de la iluminación, las principales aplicaciones del led son los dispositivos electrónicos móviles y las enseñas publicitarias. La mayoría de los ledes no emiten luz en todas las direcciones, por lo tanto sus características direccionales influyen marcadamente en el diseño de los sistemas de iluminación, pero las lámparas de led capaces de iluminar hacia todas las direcciones e irradian una luz con un ángulo de 360°, por eso se están volviendo cada vez más comunes. La emisión luminosa del componente led es inferior a la de una bombilla incandescente o fluorescente compacta, por lo que, con el fin de aumentar la luminosidad, que se mide en lumen, las lámparas de led aprovechan muchos diodos uno al lado de otro de alta potencia, o módulos de led, que son grupos de uno o varios diodos de emisión luminosa, instalados sobre un circuito ta establecido. Los principales fabricantes de ledes de iluminación proceden desde el sector de los semiconductores y están concentrados geográficamente principalmente en: Japón, Estados Unidos y Corea. Creación y evolución de los ledes Los primeros ledes han sido investigados y desarrollados durante los años 60, sin embargo eran de baja potencia y sólo difundían una luz de baja frecuencia, es decir, en el espectro del rojo. El primer led con emisión de luz azul marino de alta potencia fue investigado y realizado en 1994 por Shuji Nakamura, un investigador de la Nichia Corporation y eso ha representado un acontecimiento fundamental para el desarrollo de los primeros ledes de luz blanca, de la cual la iluminación siempre necesita. Shuji Nakamura, el primer inventor de los ledes de luz azul marino y los investigadores Isamu Akasaki y Hiroshi Aman, en 2014 han sido ganadores del premio Nobel de la física. Para convertir la luz fría y de color azul marino, que no era lo ideal para la vista, en una luz blanca con un cierto número se colores posibles, pensó en investigar la aplicación de una serie de sustancias hasta llegar a descubrir que el fósforo era el material ideal, pero la función del led azul marino sigue siendo fundamental. Actualmente los dos métodos más simples de producción de led de luz blanca son el sistema de combinación RGB y el uso del fósforo. La eficacia del método que utiliza la combinación RGB se basa en el concepto de fusión cromática de la luz, utilizando contemporáneamente diferentes tarjetas que emiten ondas rojas, verdes y azules de diferentes longitudes que, al combinarse, producen una luz blanca. El método de producción de los ledes que aprovecha el uso del fósforo se basa en la fusión de la luz azul marino con la de un led clásico, la luz gracias al uso del fósforo emite una amplia gama de longitudes de ondas que a nuestra vista resultan cubrir el espectro del verde al amarillo, hasta el rojo, obteniendo finalmente la luz blanca. En 2008, la Philips ha dejado la investigación sobre las fluorescentes compactas y ha comenzado a invertir la mayoría de su presupuesto para la investigación y el desarrollo de la iluminación de led y en septiembre de 2009 fue la primera empresa en presentar las lámparas de led para sustituir la clásica bombilla de 60 W Edison. Sin dudas, al principio las lámparas de led tenían un color de la luz bastante diferente del color de las lámparas incandescentes que estaban sustituyendo, por eso se ha desarrollado un estándar solo para ella, el ANSI C78.377-2008, que especifica las gamas de colores aconsejados para los productos utilizados en la iluminación de led y que determina las pautas y métodos de ensayo y análisis de laboratorio para ese tipo de productos. En 2009, la empresa Energy Star ha comenzado a etiquetar las cajas de las lámparas de led producidas con los datos que cumplen con un conjunto de estándares, el IRC (índice de rendimiento cromático) o, utilizando la terminología inglesa, el CRI (Color Rendering Index), la perspectiva de duración, el color y la constancia de rendimiento. El objetivo del programa fue reducir las preocupaciones de los consumidores a raíz de la calidad variable de los productos y para garantizar una mayor transparencia sobre lo que uno estaba comprando. Un programa parecido también fue lanzado en Reino Unido por la Energy Saving Trust, con el fin de identificar los productos de led que cumplen con requisitos de ahorro energético y de desempeño. En enero de 2009 los investigadores de la Cambridge University han desarrollado una bombilla de led de alta eficiencia energética, 12 veces más potente que las bombillas tradicionales, con una perspectiva de duración potencial de 100.000 horas. Contemporáneamente con la investigación han habido muchos ejemplos de aplicación anteriores de la iluminación de led y de gran alcance también, como la Sentry Equipment Corporation en Oconomowoc, Wisconsin (EUA), que en 2008 ha logrado iluminar tanto el interior como el exterior de su nuevo establecimiento casi exclusivamente gracias a los ledes. El coste inicial fue tres veces superior al de una instalación tradicional con lámparas incandescentes y fluorescentes, pero el coste adicional se ha recuperado en el plazo de dos años mediante el ahorro de energía eléctrica y se estima que las lámparas no deberán ser sustituidas durante 20 años. En 2009, la empresa Manapakkam Chennai gastó aproximadamente 80000 dólares para iluminar unos 5300 metros cuadrados que cubrían las oficinas utilizando los ledes, ya que había calculado que de este modo podría amortizar el gasto total dentro de 5 años. En 2009, el gran árbol de Navidad frente a la Catedral de Turku en Finlandia, se alumbró con 710 bombillas de led, cada una con 2 W de potencia. El coste de estas lámparas se ha amortizado en tres años y medio, incluso teniendo en cuenta que han estado encendidas durante 48 días al año. En 2009, en Aveiro, Portugal, se ha estrenado una nueva autopista (la A29), cuya iluminación se basa casi exclusivamente en ledes. Los aspectos positivos de los ledes La tecnología de led sigue avanzando, actualmente el ritmo de su mejora demuestra una duplicación del rendimiento a cada 2 años, a la par que su precio disminuye del 20% en base anual. La vida de los ledes es marcadamente superior a la de las bombillas tradicionales, hasta 100000 horas en laboratorio, 40000 horas en las aplicaciones prácticas, todo eso frente a las 1.000 de las lámparas incandescentes, las 2000 de las lámparas halógenas y las 10000 horas alcanzadas por las lámparas fluorescentes compactas. Por lo tanto, la compra y la sustitución de las lámparas de led es menos frecuente que con cualquier otra y con una inversión sin dudas mejor amortizada. Una lámpara de led tiene un rendimiento variable de 40 a 80 lumen por Watt contra los 16 de la bombilla incandescente tradicional. Una lámpara led de más de 800 lumen, equivalente a una bombilla incandescente de 60 W, gasta entre 9 y 12 Watt. La evolución tecnológica debería mejorar la eficiencia de las lámparas de led para las masas, mediante la realización de ledes ultraluminosos en laboratorio y se están investigando modelos que tienen un rendimiento energético de hasta 300 lumen por Watt. Esto significa que al final podremos obtener lámparas que gastan menos de 4 Watt y que brindan una luminosidad igual a las incandescentes de 75 Watt. Otro aspecto positivo de los ledes es que difunden una iluminación máxima de manera casi instantánea. La densidad hace que los ledes sean una opción muy interesante para la sustitución de las fuentes de luz en los falsos techos, así como los faroles halógenos. Funcionan con una tensión muy baja y, más importante aún, no se sobrecalientan, lo que representa un enorme beneficio para la seguridad eléctrica en el edificio, pues la temperatura de calefacción de ledes con un difusor de calor adecuado es de tan sólo 32°C, comparados con los 150°C que las lámparas incandescentes alcanzan con demasiada facilidad. Además, no son sensibles a los hurtos, por tanto son más resistentes con respecto a otras fuentes de iluminación. La posibilidad de crear diferentes colores hace que los ledes sean soluciones eficaces para obtener efectos de luz sin el uso de ningún tipo de filtros. No contienen mercurio y por tanto se pueden eliminar como residuos no peligrosos. Investigaciones recientes han demostrado que las lámparas de led emiten una cantidad de radiaciones electromagnéticas muy inferior a la de las lámparas fluorescentes compactas. Los ledes son productos con muchas posibilidades de aplicación, que pueden tener diferentes tipos de formas y usos, además para el futuro se están investigando revestimientos de paredes y tipos de tapicerías que podrían ser desarrollados gracias a la iluminación de led. La luminosidad es igual o superior a la de productos procedentes de las tecnologías de alumbrado incandescentes o fluorescentes. El nivel de luminosidad de la luz difusa por los ledes permanece constante en el tiempo, se reduce sólo hacia el final de la duración nominal, después de al menos 35000 horas o 12 años con una utilización de 8 horas por día. La iluminación de led se está extendiendo a casi todos los campos y, según un estudio de McKinsey, podría alcanzar la cuota del 70% del total dentro de 2020. La organización para la asignación de los premios Nobel ha afirmado públicamente que el descubrimiento de los ledes ha contribuido en aumentar la calidad de vida de las personas que en todo el mundo tienen un difícil acceso a la electricidad, porque gracias a su bajo consumo energético puede ser alimentado económicamente por la energía solar local. Los aspectos de los ledes que habrá que mejorar Las lámparas de led aún no son las más adecuadas para el sector de la iluminación de alta potencia a causa del excesivo calentamiento producido y por la alta sensibilidad a las temperaturas del medio ambiente en que operan. La temperatura demasiado alta puede provocar el sobrecalentamiento de los ledes y llevar a su rápido desgaste, lo que tiene como consecuencia un uso problemático en los coches, equipamiento médico y militar, que deberán operar con una amplia gama de temperaturas y tener probabilidad mínimas de apagado repentina. Otro punto crítico es el uso de ledes en dispositivos cerrados por completo o en parte, con la consiguiente ruptura de la lámpara y un mayor riesgo de incendios. La investigación se ha centrado ahora en estudios para la realización de lámparas de led de alta luminosidad con menor retención de calor y a la vez una gestión más simple, con adecuados sistemas de dispersión, ventilación y refrigeración. Las lámparas de led están sujetas al ""parpadeo"", el efecto tembloroso que se aprecia en vídeos en cámara lenta y que podría contribuir a la migraña y al cansancio de los ojos. Un estudio publicado a finales de 2010 por la Revista Environmental Science and Technology ha descubierto que los ledes contienen plomo, arsénico y otras sustancias potencialmente peligrosas. Las investigaciones que apuntan en descubrir los efectos sobre la salud y el bienestar de las personas tras la exposición a la luz artificial, han llegado a la conclusión de que la componente azul marino de la luz de led provoca cansancio para la retina. La porción de población más sensible y a riesgo es la de los niños, personas con enfermedades de los ojos y los profesionales expuestos al trabajo con una iluminación de alta intensidad. Las mismas investigaciones toman en cuenta el riesgo de molestias y de malestares visuales causados por los ledes, ya que la emisión de la luz es puntual y concentrada. Por tanto se aconseja a los productores experimentar y utilizar técnicas de difusión y propagación para disminuir esa falla. Resultados de otras investigaciones, publicados en el Journal of Environmental Management, demuestran que la exposición a la luz artificial de los ledes, a causa de un más alto porcentaje de luz azul, reduce de cinco veces la capacidad del cuerpo de producir melatonina, la hormona que ayuda a regular el sueño y a mejorar el humor, con respecto a las lámparas incandescentes que emiten una luz más cálida. En fin, se recomienda mantenerse alejados, con una distancia de al menos 20 cm, de una fuente luminosa de led. Los organismos de control gubernamentales y no, solicitan a todos los fabricantes de dispositivos de iluminación y de lámparas de led a comprobar que sus productos no emitan demasiada luz azul marino, y ha indicado las pautas a seguir, enumeradas en la norma europea EN 62471 y la IEC/TR 62778 a nivel internacional. Su coste de compra sigue siendo demasiado elevado, aunque a la par también se siga aumentando su duración, con la consiguiente disminución del período de amortización. El coste de la iluminación de led está estrictamente vinculado con su eficacia, es decir, la escasa luminosidad de los ledes, que se compensa por el uso simultáneo de varios ledes y una misma bombilla. Resolver este problema representa disminuir la demanda del número de ledes, es decir, una reducción de los costes. Los materiales más utilizados para la fabricación de los ledes son el indio y el galio, pero desafortunadamente se están agotando, de hecho el compromiso de la investigación es reducir y sustituir estos materiales. Guía para la elección de lámparas de led La elección de una bombilla de led no es fácil, especialmente por la gran cantidad de modelos, tipos, marcas y precios que se encuentran disponibles en el mercado, en segundo lugar para los nuevos términos y símbolos a tomar en cuenta. Parámetros de evaluación: en el sector de los ledes estos son bastante distintos a los que se emplean para las lámparas tradicionales, por ejemplo, al comprarlos habría que saber que su luminosidad se indica en lumen y no en Watt, aunque, para una elección más consciente, hay que tener en cuenta los dos. Al contrario de lo que se suele pensar, el valor de los Watt no indica la luminosidad, sino la cantidad de energía eléctrica consumida por la bombilla, aunque hay una correlación directa sobre todo en los sistemas de iluminación incandescente. El valor de lúmenes (lm) es la verdadera medida de la luminosidad brindada por una bombilla, y es lo que se debe evaluar a la hora de comprar una bombilla de led, además de conocer su consumo, es decir el valor de los Watt. Tenemos más de una tabla de conversión lumen-Watt ya que no hay un cálculo exacto y que el consumo varía incluso en relación al color de la luz emitida y, a paridad de Watt, podemos encontrar lámparas con diferentes valores de lumen. El color de la luz se mide en grados Kelvin (°K) y, en general, pero sobre todo en el caso de los ledes, es posible tener diferentes tonos, pero los tres principales son: luz caliente, luz neutra y luz fría. La luz caliente (2000-3500°K) tira al amarillo, es la que más se aproxima a la luz generada por las clásicas bombillas incandescentes, la neutra (3500-4500°K) tiende más al blanco y la fría (4500-6000°K) emite una luz con un color con los reflejos del hielo, es decir, hacia el azul. Sin embargo se puede concluir que, por lo general, una lámpara de led que cuenta con una luminosidad de 1000 lumen y determina un consumo de unos 11W, contra los 100W de una bombilla de incandescencia, los 75W del halógena y los 20W de una lámpara de bajo consumo. Compatibilidad de los ledes: durante la elección de una lámpara de led se debería tomar en cuenta que no todos los diodos son compatibles con los interruptores tradicionales, por lo que es necesaria una evaluación cuidadosa de los productos antes de la compra, para no tener que sustituir ni la lámpara ni los interruptores tradicionales. Además, puesto que no todos los aparatos de iluminación son propensos a la utilización de los ledes, necesariamente se deberá profundizar con atención el problema antes de la compra y de la colocación de una lámpara que podría no funcionar o agotarse repentinamente antes de lo previsto. Emisión de calor: también las bombillas de led generan calor, el cual debería ser disipado por un disipador en la base de la bombilla, al dispersarse en el aire y manteniendo la bombilla fría, contribuye en conservar por más tiempo su duración. Si la bombilla de led está colocada en un compartimento cerrado, el calor no tendrá forma de dispersarse y contribuirá a que la bombilla se desgaste y,evidentemente, a que su duración disminuya. Por tanto, antes de la compra se debe considerar: dónde se desea posicionar las bombillas de led y si sus sedes están completamente o parcialmente cerrados, por tanto es necesario buscar modelos diseñados especialmente para los espacios empotradas o cerrados. Luz puntual: elegir, posiblemente, un producto con la superficie del bulbo de cuadrícula óptico y no lisa, permitirá la dispersión de manera amplia y uniforme de la luz que, como se ha visto, tiende a ser concentrada y puntual. Índice de rendimiento cromático: es útil asegurarse cuál es el índice de rendimiento cromático (IRC o CRI), que certifica la calidad de la luz brindada por el led, es decir la capacidad de devolver la verdadera naturaleza de los colores. Cuanto más su valor se acerca a 100, mayor será la calidad de la luz, porque el valor IRC de la luz natural solar, convencionalmente, es igual a 100. El valor de las lámparas incandescentes está muy cercano a ese valor (rondando 90 /95), las mejores lámparas de led actualmente tienen un IRC más bajo, variable generalmente de 85 a 90. Los ledes con un índice inferior a 80 no son recomendables para la iluminación de los ambientes interiores.
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