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DOSSIER LED UNA NUEVA FUENTE DE ILUMINACIÓN Segunda edición, diciembre de 2011 Introducción La aparición de los LED está produciendo grandes cambios en el mundo de la iluminación. Al tratarse de una nueva fuente de luz, el LED ha traído consigo una serie de nuevos desarrollos, aplicaciones y desafíos. Por otro lado, los LED evolucionan con mucha rapidez y no resulta fácil mantenerse al día de las últimas novedades y analizarlas en profundidad. ETAP trabaja activamente con LED desde 2003 y ha acumulado una amplia experiencia en este segmento. La finalidad de este informe consiste en presentar información objetiva y técnicamente fundamentada, para disponer de una visión más clara de estos productos tan complejos. Teniendo en cuenta el desarrollo extremadamente rápido de la tecnología LED, la información sobre estos productos se queda obsoleta en poco tiempo. Por ello, este documento se revisa con regularidad. Las actualizaciones más recientes aparecen indicadas al margen. Si desea mantenerse al día de las últimas novedades, le recomendamos que consulte nuestra página www.etaplighting.com, donde encontrará la versión más reciente de este documento. Segunda edición, diciembre de 2011 © 2011, ETAP 2 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com UNA NUEVA FUENTE DE ILUMINACIÓN ÍNDICE 1. El LED como fuente luminosa ............................................................................................................................................................................... 4 1. ¿Cómo funcionan los LED? .............................................................................................................................................................................. 4 2. Tipos de LED ........................................................................................................................................................................................................... 5 3. Ventajas de los LED ............................................................................................................................................................................................. 7 4. Fabricantes de LED ...........................................................................................................................................................................................12 5. El futuro de los LED ..........................................................................................................................................................................................13 2. Diseño de luminarias LED ..................................................................................................................................................................................... 14 1. Posibilidades y desafíos....................................................................................................................................................................................14 2. Distribución adecuada de la luz ..................................................................................................................................................................15 3. Luminancia controlada ...................................................................................................................................................................................17 4. Diseño térmico bien planificado .................................................................................................................................................................17 5. Agrupamiento para una calidad luminosa constante ........................................................................................................................19 6. Seguridad eléctrica ...........................................................................................................................................................................................20 7. Publicación de los datos correctos .............................................................................................................................................................21 8. Normativa de seguridad .................................................................................................................................................................................22 3. Suministros para luminarias LED ...................................................................................................................................................................... 23 1. Criterios de calidad ............................................................................................................................................................................................23 2. Fuentes de corriente frente a fuentes de tensión .................................................................................................................................24 4. Iluminación con LED – aspectos fotométricos .......................................................................................................................................... 26 1. Factor de depreciación y de mantenimiento .........................................................................................................................................26 2. Estudios de iluminación con luminarias LED .........................................................................................................................................27 3. Integración de sistemas de ahorro de energía ......................................................................................................................................27 5. Preguntas y respuestas ........................................................................................................................................................................................... 28 Terminología ....................................................................................................................................................................................................................... 29 Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 3 | ETAP Sección 1: El LED como fuente luminosa 1. ¿CÓMO FUNCIONAN LOS LED? LED significa “Light Emitting Diode”, o diodo emisor de luz. Un LED es un semiconductor (diodo) que emite luz cuando pasa corriente a través de él. Los materiales semiconductores que se emplean en los LED convierten la energía eléctrica en radiación electromagnética visible; es decir, en luz. Luz visible El estímulo consiste en una corriente eléctrica que atraviesa el diodo (o, para ser más exactos, la unión). Todos los diodos son unidireccionales: solo se produce luz cuando pasa corriente continua en el sentido “correcto”, es decir, del ánodo (polo positivo) al cátodo (polo negativo). Flujo de corriente continua Ánodo (+) 2.50 2.25 Flujo luminoso normalizado La cantidad de luz generada es casi proporcional a la cantidad de corriente que fluye a través del diodo. A efectos de iluminación, el suministro siempre está controlado por la corriente (“corriente constante”), véase la sección 3. Cátodo (-) 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 0 200 400 600 800 1000 1200 Corriente directa (mA) Impacto de la corriente en el flujo luminoso La combinación de un LED (semiconductor), una carcasa y una óptica primaria es lo que se conoce como un componente LED. Este componente LED cubre y protege el LED, garantiza la disipación del calor generado internamente e incluye un sistema de óptica primaria, es decir, una pequeña lente que recoge y emite la luz generada por el LED en un patrón definido. Óptica primaria LED Unión Soporte Cable eléctrico Composición de un componente LED 4 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com El LED emite luz monocromática. El color de la luz depende de los materiales empleados para producirla. Se puede generar luz LED en todos los colores saturados del espectro visible, desde el violeta y el azul hasta el rojo, pasando por el verde. UPDATE La luz blanca puede conseguirse del modo siguiente: 1. Bicromatismo - La forma más común consiste en combinar un LED azul con un material luminiscente (emisor de luz), que convierte parte de la luz azul en luz blanca (o, mejor dicho, “amarilla”). La composición de este material luminiscente determina la temperatura de color de la luz resultante (para más información sobre la temperatura de color, véase más adelante en esta sección). 2. Tricromatismo: - Mezclando luces de color rojo, verde y azul (RGB). - Mediante combinaciones de LED blancos del tipo descrito en el punto 1 con LED de color rojo o ámbar. Esta opción permite producir distintas temperaturas de color con un único módulo. 2. TIPOS DE LED Las fuentes luminosas LED se pueden clasificar de varias formas. En ETAP distinguimos los siguientes tipos: TIPO 1. LED CON ÓPTICA PRIMARIA En este caso, el fabricante de sistemas de iluminación (ETAP) compra los componentes LED, fabrica circuitos impresos (PCB) a medida y los combina con una óptica secundaria. De este modo se obtiene la máxima flexibilidad de diseño, puesto que la geometría del módulo de iluminación se puede integrar por completo en el diseño de la luminaria. Actualmente solo se utilizan LED SMD (dispositivo de montaje adosado) que van soldados directamente a la superficie de una placa de circuito impreso y disipan el calor mucho mejor. Este tipo de LED es más reciente y está pensado específicamente para soportar cargas y flujos luminosos mayores. Su vida útil y su eficiencia son considerablemente superiores. Se encuentran disponibles en un amplio espectro de potencias: desde los LED de baja potencia (entre 70 mW y 0,5 W) a los de potencia media (entre 1 y 3 W) y los de alta potencia (hasta 90 W). Los paquetes de lúmenes por LED varían de 4 lm por componente a 6000 lm para las capacidades más altas. TIPO 2. PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO (PCB) PREENSAMBLADAS El fabricante de sistemas de iluminación compra al proveedor de LED las PCB preensambladas, que son placas de circuito impreso en las que se montan uno o varios LED. Las placas de circuito impreso también cuentan con la electrónica de funcionamiento necesaria, lo que permite conectar los módulos fácilmente a una fuente de alimentación. Estas PCB preensambladas se encuentran disponibles en distintas versiones (redondas, lineales o tiras, soportes flexibles, etc.) y se pueden equipar con LED SMD de baja o de alta potencia. Algunos ejemplos de ello son las PCB lineales de LED Osram o Philips. Los circuitos impresos preensamblados ofrecen la ventaja de que son módulos de iluminación prefabricados. Pero, por otra parte, los módulos tienen una forma fija, lo que limita ligeramente la libertad de diseño. Además, la elección del tipo de LED no puede optimizarse por completo en función de la aplicación prevista. TIPO 3. MÓDULOS LED (lámparas completas) Los módulos LED van aún más lejos: la PCB preensamblada se integra en las interfaces eléctrica y térmica necesarias dentro de su carcasa. También se puede integrar la óptica secundaria. Módulo Fortimo Philips Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 5 | ETAP Los módulos LED equivalen a la “bombilla” tradicional. El módulo mecánico estándar se caracteriza por su flujo luminoso y su potencia nominal, y la tecnología interna está totalmente encapsulada. Algunos módulos comerciales son, entre otros: s Los módulos Fortimo LLM (módulos de iluminación lineales) y DLM (módulos de iluminación de downlight) de Philips (ver foto), que generan luz blanca a partir de LED azules y de la llamada tecnología de fósforo remoto. s El módulo Tridonic TALEX. s Osram PrevaLED (LED blancos convencionales). s Módulos de foco y de arandela de Xicato. s Tubos LED (ej. Osram, Philips). LA MEJOR ELECCIÓN ETAP selecciona entre estos tres tipos de LED (tipo 1, 2 o 3) en función de la aplicación. Por ejemplo, en el alumbrado de emergencia y en los productos Flare se utilizan componentes del tipo 1 porque la libertad para elegir los LED y el montaje (específico de la tecnología del tipo 1) permite optimizar el rendimiento en diseños minimalistas. En otros casos, preferimos explotar al máximo el saber hacer del fabricante de LED (codiseño), sus posibilidades logísticas (porque, al fin y al cabo, una evolución muy rápida de los LED conlleva una rápida obsolescencia de los stocks) y la evolución de sus LED. De esta forma, nuestras luminarias pueden adaptarse automáticamente al mismo tiempo que lo hace la tecnología LED del fabricante. Por eso ETAP también emplea LED de tipo 2 y de tipo 3, por ejemplo para las luminarias con difusor o downlight LED con un reflector secundario clásico. Tipo 1: K9 Tipo 2: UM2 con LED Tipo 3: D1 con LED AÚN EN PAÑALES: ILUMINACIÓN OLED El diodo luminoso orgánico, u OLED, es una fuente luminosa bidimensional. El OLED consta de una capa sintética muy fina (de unos 100 o 200 mm) que se encuentra entre dos electrodos, es decir el ánodo y el cátodo. El ánodo siempre es transparente mientras que el cátodo puede ser transparente o especular, en función de la aplicación. UPDATE Al aplicar potencia, se produce luz en la capa sintética (como en los LED convencionales), y se la hace salir por uno de los electrodos. Esta fuente luminosa presenta la ventaja de que es muy fina: al aplicarse a un soporte de vidrio tiene un grosor de menos de 2 mm. Los OLED también pueden montarse sobre soportes flexibles, por ejemplo para producir pantallas flexibles ultrafinas. Philips Lumiblade: módulo OLED Aunque ya se comercializan OLED (fundamentalmente en displays de pequeño formato), esta tecnología aún está en su infancia en el campo de la iluminación, porque todavía presenta muchas limitaciones en términos de eficiencia luminosa, vida útil, estabilidad del color y uniformidad en superficies más grandes (>10 cm2). Un ejemplo (datos de mediados de 2011): rendimiento actualmente sigue siendo limitado (aprox. 20 lm/W para OLED blancos y 40 lm/W para OLED verdes, para un brillo de 500 cd/m2). 6 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 3. VENTAJAS DE LOS LED 100 VENTAJA 1: VIDA ÚTIL PROLONGADA 90 80 Flujo luminoso relativo (%) La vida útil de los LED depende en gran medida de las condiciones de uso específicas; entre ellas, las más importantes son la potencia y la temperatura interna (y, por consiguiente, la temperatura ambiente). Hoy en día, a un LED de calidad se le presupone una vida útil de 50 000 horas. Se entiende que este es el periodo en el que, de media, el flujo luminoso cae hasta el 70% de su valor inicial (ver el cuadro sobre MTTF). Esta vida útil es alcanzable siempre y cuando el LED se emplee dentro de sus límites de temperatura establecidos (normalmente entre 80 y 85 °C). 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 50 100 Tiempo (h x 1000) Vida útil de los LED Al determinar la vida útil de un LED es preciso distinguir entre fallo paramétrico (deterioro del rendimiento luminoso) y fallo catastrófico (el LED no emite luz). Cuando los fabricantes hablan de una vida útil L70 se refieren al tiempo en el que un porcentaje específico de LED disminuye al 70% de su flujo luminoso inicial. Este porcentaje de LED se indica con la letra “B”; así, por ejemplo B50 indica un 50%. No obstante, al determinar la vida útil, no se tienen en cuenta los LED que pueden fallar, que se retiran de la prueba. Sin embargo, a los usuarios les importan los LED defectuosos. Cuando se determina la vida útil teniendo en cuenta los LED que fallan, se hace referencia a una vida útil F, que normalmente será inferior a la vida útil B. Por ejemplo, L70F10 indica el periodo en el que un 10% disminuye a menos del 70% del flujo luminoso inicial o falla por cualquier motivo. Las normas y recomendaciones internacionales promoverán cada vez más e incluso terminarán por imponer la definición F para la vida útil de los LED. Otra ventaja de las fuentes luminosas LED es que no contienen componentes vulnerables o móviles tales como vidrio, filamentos o gases. Como consecuencia de ello, las soluciones LED bien diseñadas son bastante robustas y presentan una elevada resistencia a las vibraciones u otras tensiones mecánicas. Pese a su solidez mecánica, los componentes LED (al igual que otros componentes electrónicos) son extremadamente sensibles a las influencias electrostáticas. Por eso, los circuitos LED solo deben tocarse con la protección de una conexión a tierra adecuada. Debe evitarse la conexión directa de LED con un cable conductor. Una subida de tensión puede destruir por completo un LED. Halógeno LED = 18x Cree XP-E Q4 4000K @ 350 mA B50/L70 5000 8000 Fluorescente compacto Tiempo de funcionamiento (Kh) UPDATE Es importante tener en cuenta que la vida útil de los LED Depreciación del flujo luminoso con el paso del tiempo depende en gran medida de los requisitos impuestos por su aplicación. Por ejemplo, para aplicaciones arquitectónicas o residenciales específicas, es aceptable una reducción luminosa del 30% o más y la vida útil puede superar las 50 000 horas. Para otras aplicaciones de iluminación profesional, es inaceptable un fallo del 50% con una reducción luminosa del 30%, con lo que la vida útil real es más corta. 10000 H.I.D. compacta (CDM-T) Vapor de mercurio a alta presión (H.I.D.) 12000 20000 Fluorescente lineal LED 50000 120 100 80 60 40 20 0 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 horas Valores típicos para la vida útil (simplificación) Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 60 70 80 90 100 110 120 Temperatura en la unión del LED - Tj (°C) Influencia de la temperatura de unión en la vida útil 7 | ETAP Ventaja 2: Posibilidad de alta eficiencia energética Actualmente los LED en blanco frío con una temperatura de color de entre 5000 y 7000 K (grados Kelvin) alcanzan más de 160 lm/W en las condiciones de referencia y se prevé que para 2013 estarán disponibles comercialmente. Los LED con temperaturas de color inferiores de entre 2700 y 4000 K (los que se utilizan mayoritariamente en soluciones de iluminación en Europa) normalmente presentan un rendimiento ligeramente inferior. Para estas temperaturas de color, en 2011 se comercializaron LED con rendimientos luminosos de hasta 80 lm/W. UPDATE 120 100 4000 K 6500 K 80 Eficacia (lm/W) UM2 led E1 E1con ledLED FLARE 60 K9 Lighting Estas curvas se basan en los valores máximos de los tipos de LED de alta potencia disponibles en el mercado (sin medias ni rendimientos de laboratorio). Las curvas varían en función de la temperatura de la unión – véase la Sección 2.4. (segunda generación) 40 K9 iluminación (primera generación) 20 GUIDE 0 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Evolución del flujo luminoso específico de los LED para 2 temperaturas de color con indicación de algunos productos de ETAP, a la temperatura en la unión en condiciones normales de uso (lúmenes calientes) Eficacia: lm/W Los datos indicados se siguen expresando en lm/W (lúmenes por vatio) de la “lámpara” (como en la iluminación fluorescente convencional) en unas condiciones de referencia (con una temperatura en la unión Tj de 25 °C para los LED). En condiciones de uso reales, la eficiencia es inferior. La eficiencia que ofrece la luminaria es aún menor. Para ilustrarlo veamos el ejemplo de E1 con LED y UM2 LED: LED (medido en flash test a 25 ºC) LED (medido en flash test a 25 ºC) 100 lm/W (luz en blanco frío) LED (condiciones de uso normales) LED (condiciones de uso normales) 87 lm/W LED con controlador comercial 20 40 60 98 lm/W Luminaria (óptica y lente incluidas) 70 lm/W (reflector abierto) 0 112 lm/W LED con controlador comercial 74 lm/W Luminaria (óptica y lente incluidas) 117 lm/W 80 100 120 lumen/watt 87 lm/W 0 20 E1 con LED 40 60 80 100 120 140 lumen/watt UM2 con LED A modo de comparación: luminaria con reflector U5 con una lámpara fluorescente x 35 W 94,3 lm/W Lámpara fluorescente 86,8 lm/W Lámpara fluorescente con balasto 81,6 lm/W Luminaria con lámpara fluorescente 0 20 40 60 80 100 lumen/watt Luminaria con reflector U5 8 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com UPDATE Los LED con una temperatura de color más alta, y por tanto con una luz más fría, ofrecen un nivel de eficiencia superior que los mismos LED con temperaturas de color más bajas. El material luminiscente utilizado para crear el blanco cálido contiene más rojo y el rendimiento de este componente rojo es inferior al del amarillo. Por eso, el rendimiento general del LED es menor. A modo de comparación: 2012-2015 LED Lámparas de halogenuro metálico Lámparas fluorescentes Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Lámparas incandescentes halógenas de baja tensión Lámparas incandescentes 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 lumem/W Valores típicos para la eficiencia de fuentes luminosas Ventaja 3: Reproducción de colores de alta calidad, elección de la temperatura de color Temperatura de color La temperatura de color de una fuente luminosa de luz blanca se define como “la temperatura de un cuerpo negro para la cual la luz emitida produce la misma impresión de color que la fuente luminosa”. La temperatura de color se expresa en grados kelvin (K). La luz azulada tiene una temperatura de color más alta y parece “más fría” que la luz con una temperatura de color más baja. Existen varias subdivisiones y designaciones, cada una de ellas con su referencia a temperaturas de color reconocibles. Bluede Led Chip LEDchip azul Phosphor 6000K Fósforo 6000 K Phosphor 3000K Fósforo 3000 K 10,000 Luz desde el norte (ciel azul) y 0.9 9,000 520 0.8 540 8,000 0.7 7,000 6,000 5,000 Luz natural, cielo cubierto 500 Luz natural de mediodia Luz solar directa Lámparas electrónicas de destello 4,000 3,000 2,000 1,000 Bombillas de iluminacion residencial Luz del amanecer Luz de tungsteno Luz de vela 580 0.5 Tc (°K) 5000 3000 0.0 6000 0.4 2000 1500 10000 0.3 Indicación de temperatura de color UPDATE 560 0.6 490 600 620 700 0.0 0.2 480 0.1 470 460 0.0 0.0 0.1 380 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x Principio de generación de la luz blanca por medio de material luminiscente En los LED RGB de luz blanca (por combinación de rojo, verde y azul) son posibles todas las temperaturas de color, aunque el control a largo plazo es complicado porque los tres colores tienen una dependencia de la temperatura distinta. Por eso se emplea con menos frecuencia en iluminación. En los LED con conversión por material luminiscente, la temperatura de color viene dada, por una parte, por el tono de azul del LED y, por otra, por el material luminiscente. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 9 | ETAP UPDATE ¿Qué hay del alumbrado de emergencia? Para el alumbrado de emergencia, ETAP opta decididamente por las altas temperaturas de color. Las lámparas LED con altas temperaturas de color son energéticamente más eficientes, y por tanto las baterías requieren menos energía. Además, el ojo humano es más sensible a la luz azulada a bajos niveles lumínicos. Reproducción de los colores El CRI o índice de reproducción de los colores de una fuente luminosa refleja la calidad de reproducción de los colores de los objetos iluminados por la fuente luminosa. Para obtener este índice, se compara la reproducción de los colores de los objetos iluminados por la fuente luminosa con la reproducción de los colores de esos mismos objetos iluminados por un reflector negro (con la misma temperatura de color). La reproducción de los colores de los LED se compara con la de las lámparas fluorescentes y, en función de la temperatura de color, fluctúa entre 60 y 98. s s Para las aplicaciones de iluminación convencionales en blanco cálido o blanco neutro, ETAP opta por LED con una reproducción de colores de 80. En los sistemas de alumbrado de emergencia alimentados por baterías, la eficiencia es más importante que la reproducción del color (solo se requiere una reproducción de colores mínima de 40). Por eso, para el alumbrado de emergencia utilizamos LED de alto rendimiento en blanco frío con una reproducción de los colores de aproximadamente 60. En los LED blancos con conversión por material luminiscente, la reproducción de los colores también depende de la elección del material luminiscente (por ejemplo, fósforo). En la combinación de colores RGB, se mezclan los tres colores básicos saturados y se pueden obtener excelentes reproducciones de color. Pero incluso en este caso, el control es más complejo. A modo de comparación: Fluorescente: LED: Lámpara incandescente: CDM: Lámpara de sodio: Ra entre 60 y Ra entre 60 y Ra de 100 Ra entre 80 y Ra de 0 98 98 95 ¿Sabía que…? Un LED con una temperatura de color baja (es decir, un blanco cálido) tiene normalmente una mayor (mejor) reproducción de los colores que un LED con una temperatura de color más alta (blanco frío). 10 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com Las lámparas fluorescentes no emiten inmediatamente todo su flujo luminoso desde el momento en que se encienden. En contraste, los LED reaccionan inmediatamente a los cambios en el suministro eléctrico. Una vez encendidos, alcanzan en un instante su flujo luminoso máximo, con lo que son sumamente adecuados para aplicaciones con encendidos y apagados frecuentes, sobe todo si la luz se utiliza solo durante breves espacios de tiempo. Esto también ocurre a temperaturas ambiente bajas, en las que incluso funcionan mejor. Esta ventaja se aprecia, por ejemplo, en las luminarias E1 con LED para aplicaciones de ultracongelación. Flujo luminoso relativo en comparación con tamb = 20°C (%) Ventaja 4: Eficiencia luminosa inmediata desde el mismo momento del encendido 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25 0:30 0:35 0:40 0:45 0:50 0:55 1:00 Tijd (hh:mm) E1 CON LED FLUORESCENTE E1 CON LÁMPARAS ADAPTADAS Y BALASTOS ADECUADOS PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA Además, los LED –a diferencia de las lámparas CDM, por ejemplo– pueden volver a encenderse sin problemas aunque aún estén calientes y la conmutación frecuente no repercute negativamente en la vida útil. FLUORESCENTE E2 CON BALASTO ADECUADO PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA Comparación del comportamiento de puesta en servicio del LED vs. fluorescente a -30° Ventaja 5: Fácilmente regulables en un amplio intervalo Potencia de entrada (W) Los LED pueden regularse de manera eficaz en un amplio intervalo (casi desde el 0% al 100%) o controlarse de forma dinámica empleando métodos de regulación estandarizados como DALI, DMX o 1–10 V. En los LED, las pérdidas asociadas al regulador en los intervalos de regulación más bajos son comparables a las de los reguladores de lámparas fluorescentes con los balastos regulables mas avanzados. Con una modulación completa, el consumo de energía residual puede bajar hasta el 10% del consumo nominal. Corriente de LED (mA) Efecto de la regulación en el consumo de energía En consecuencia, los LED son muy adecuados para integrarse en entornos programados y dinámicos. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 11 | ETAP No obstante, también hay diferencia en el grado de regulación. Los LED son extremadamente regulables; por ejemplo, pueden modularse hasta en pasos del 0,1%*. No puede decirse lo mismo de las luces fluorescentes, cuyo límite de regulación en la práctica es de un 3% (más allá suelen producirse problemas de arranque o de estabilidad en las luces fluorescentes). * Este porcentaje depende del controlador empleado. Ventaja 6: Respetuosos con el medio ambiente De acuerdo con los resultados de ACV* (Análisis del Ciclo de Vida; examinan el impacto ecológico de un producto desde su producción hasta el reciclaje y procesamiento), en comparación con otras fuentes luminosas los LED tienen potencial para que su huella ecológica sea en el futuro la más pequeña de todas. Además no contienen mercurio, a diferencia de las lámparas fluorescentes. * Evaluación de lámparas ultraeficientes, Navigant Consulting Europe, 5 de mayo de 2009. Ventaja 7: Sin radiación infrarroja ni ultravioleta El haz de luz LED no contiene radiación ultravioleta (UVA) ni 1infrarroja (IR). Eso los hace muy adecuados para entornos en los que interese evitar este tipo de radiaciones, como museos, comercios con productos alimenticios o tiendas de ropa. Aunque el LED en sí genera calor, lo dirige hacia su parte trasera, lejos del objeto que se desea iluminar (volveremos sobre esta cuestión más adelante – véase la sección 2). 4. FABRICANTES DE LED Actualmente son pocas las empresas importantes que cuentan con producción propia de semiconductores (para LED blancos). Algunas de ellas son Cree (EE.UU.), Philips Lumileds (EE.UU.), Osram (Alemania), Nichia (Japón) y Toyoda Gosei (Japón). Además, un gran número de fabricantes compran materiales semiconductores y luminiscentes, y posteriormente los convierten en componentes LED de tipo 1 o de tipo 2. Algunos ejemplos son Citizen, Bridgelux, Luminus, GE, Edison, Seoul Semiconductor, Samsung, Panasonic, Toshiba y LG. En ETAP seleccionamos a los fabricantes con los que colaboramos en base a una serie de criterios. Los principales son el rendimiento, el precio, la documentación (datos demostrables en relación con normas válidas) y la disponibilidad a largo plazo (importante para la continuidad de nuestra producción de luminarias). ETAP trabaja con varios de los proveedores citados, siempre en función de las aplicaciones. 12 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 5. EL FUTURO DE LOS LED UPDATE La tecnología LED está evolucionando con rapidez. s s s s El flujo luminoso específico de los LED está aumentando vertiginosamente. Hoy en día se encuentran muy por delante de las lámparas halógenas e incandescentes en términos de rendimiento luminoso. Además, actualmente los LED son altamente competitivos en comparación con las lámparas fluorescentes compactas. Se espera que pronto también sean capaces de competir con las soluciones fluorescentes lineales más eficientes. Prácticamente se puede decir que cada año el precio cae un 10% para el mismo paquete de lúmenes, o que por el mismo precio se consigue un flujo luminoso específico un 10% más alto. Sin embargo, en general, se prevé un límite de entre 180 y 200 lm/W para los colores cálidos. Las nuevas tecnologías siguen evolucionando para mejorar la eficiencia y el coste a largo plazo. Se están poniendo en marcha iniciativas de una mayor estandarización en el área de los módulos, con paquetes luminosos establecidos e interfaces mecánicas bien definidas (como Zhaga, un consorcio para la normalización del “exterior” de los módulos LED, es decir, las interfaces). ETAP es miembro de El control del color es cada vez mejor; el resultado es un agrupamiento de colores más logrado (más información sobre el agrupamiento en la sección 2). Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 13 | ETAP Sección 2: Diseño de luminarias LED 1. POSIBILIDADES Y DESAFÍOS Los LED son muy pequeños en comparación con las fuentes luminosas más tradicionales como las lámparas fluorescentes. O lo que es lo mismo, la fuente luminosa total puede dividirse, lo que permite crear luminarias más esbeltas y diseños mucho más innovadores. Sin embargo, el diseño de luminarias LED plantea más de un desafío. Primero debemos seleccionar el LED adecuado a la aplicación prevista. La potencia, el rendimiento luminoso, el comportamiento térmico, la vida útil, la temperatura de color y el coste son parámetros importantes que es preciso tener en cuenta. El diseño y la integración de la óptica (lentes, difusores, reflectores) garantizan una distribución de la luz según las especificaciones. La gestión térmica de las luminarias LED también es importante para sus prestaciones. Y todo ello debe combinarse con un diseño atractivo. Diseño óptico Diseño mecánico Diseño eléctrico Diseño térmico Diseño cosmético 14 | ETAP Nuevas técnicas de diseño y producción 3D Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 2. DISTRIBUCIÓN ADECUADA DE LA LUZ En su mayoría, los LED tienen una amplia distribución luminosa y emiten luz en un ángulo de entre 80 y 140° (ángulo completo). Con ayuda de la óptica secundaria y terciaria (lentes, difusores, reflectores o combinaciones de ellos), es posible conseguir una distribución de la luz más específica. Es importante que la luz esté distribuida de forma adecuada para que la alimentación específica y, por ende, el consumo de energía de cada aplicación sean lo más bajos posibles. Algunos ejemplos: LED desnudos Ejemplo: Pluto Los LED desnudos normalmente reflejan la luz por igual en todas las direcciones (lo que se conoce como reflectancia de Lambert). Estos se emplean cada vez menos debido a sus altos picos de luminancia. Lentes disponibles en el mercado Lentes disponibles en el mercado Lentes específicas de ETAP Ejemplo de iluminación: downlights D4 con lentes patentadas por ETAP para una distribución extensiva de la luz. Ejemplo de alumbrado de emergencia: K9 antipánico, iluminación de distribución extensiva extrema Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 15 | ETAP Reflectores Ejemplo: E1 con LED γ Ejemplo: D1 con LED UPDATE Combinación de lentes y reflectores Ejemplo: K9 para vías de evacuación Difusores Ejemplo: UW Ejemplo: K7 Difusores o láminas, como MesoOpticsTM Ejemplo: UM2 con LED 16 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 3. LUMINANCIA CONTROLADA Paralelamente al constante aumento del rendimiento y de la potencia máxima del LED, también está aumentando con rapidez la luminancia de las fuentes luminosas. Esta luminancia puede aumentar fácilmente de 10 a 100 millones cd/m?. Cuanto más pequeña es la superficie desde la que emana la luz, mayor es la luminancia de la fuente luminosa. Algunos ejemplos de luminancias de fuentes: s s s s s Fluorescente lineal - T8 Fluorescente lineal – T5 Fluorescente compacto, ej., 26 W LED desnudo de 3 W (100 lm) Luz solar 14 000 cd/m2 15 000 - 20 000 cd/m2 ¬ 17 000 cd/m2 (HE) y 20 000 - 33 000 cd/m2 (HO) 50 000 cd/m2 100 000 000 cd/m2 1 000 000 000 cd/m22 (=10x LED) Resulta evidente que hace falta un diseño óptico bien planificado para difundir de forma adecuada la luz de estas fuentes puntuales brillantes, evitar la exposición directa y reducir el deslumbramiento. Para ello, podemos utilizar lentes, reflectores y difusores. Algunos ejemplos: s s 4. Downlights Flare (UGR<19, luminancia <1000 cd/m2 a 65°): ƕ Difusión de la fuente luminosa a lo largo de superficies amplias para limitar la luminancia. ƕ Uso de lentes con superficies texturizadas para difundir la luminancia de la fuente y evitar el deslumbramiento por exposición directa. UM2 con LED: la fuente luminosa se distribuye por toda la longitud de la luminaria. El difusor MesoOpticsTM limita la luminancia y permite una distribución de la luz controlada. DISEÑO TÉRMICO BIEN PLANIFICADO La gestión de la temperatura (refrigeración) es, sin duda, el aspecto más importante a la hora de desarrollar una iluminación LED de alta calidad. En función del rendimiento del LED, entre un 25 y un 30% de la energía se convierte en luz visible y el 70% restante en calor dentro del componente (disipación). 25-30% DE LUZ 70-75% DE CALOR A modo de comparación: las lámparas fluorescentes también emiten en torno al 25% de la potencia consumida en luz visible. La diferencia reside en que, en la iluminación fluorescente, cerca del 40% de la energía también se emite en forma de radiación infrarroja o térmica. A temperaturas más bajas, aumenta el rendimiento luminoso: los LED siempre funcionan mejor a temperaturas más bajas. led = 18x Cree XP-E Q4 4000K @ 350 mA 1380 1360 Salida de la luminaria (lm) El rendimiento luminoso de los LED disminuye gradualmente a medida que aumenta la temperatura en la unión. Los flujos y rendimientos luminosos de los LED publicados se aplican a una temperatura de unión de 25 °C. En la práctica, los valores reales serán cada vez menores. De vez en cuando, se publica un lumen caliente, que es el flujo luminoso a la temperatura de unión de 85 °C, por ejemplo. 1340 1320 1300 1280 1260 1240 1220 1200 1180 1160 60 70 80 90 100 110 120 Temperatura en la unión del LED (°C) Influencia de la temperatura de unión en el rendimiento de la luminaria Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 17 | ETAP Rendimiento luminoso relativo El rendimiento luminoso no solo depende de la temperatura. La vida útil funcional también se ve afectada cuando se supera una temperatura crítica. Tiempo de funcionamiento (h) Depreciación del flujo luminoso con el tiempo para distintas temperaturas en la unión Por ello, es fundamental una buena gestión de la temperatura. La disipación del calor del LED al medio ambiente se produce en varios pasos sucesivos (a través de varias resistencias): s El calor generado por el LED se traslada a través del chip hasta el punto de soldadura (1, dentro del LED). s Desde allí, el calor se transfiere a la placa de circuito impreso del LED (2). s El calor se distribuye por el soporte (3), a través de una interfase térmica, que transfiere calor de la placa al el cuerpo de refrigeración. s El calor se libera al entorno (4) por convección y radiación. Para una correcta disipación del calor, es esencial que exista un flujo de aire sin obstáculos alrededor de la luminaria. Por este motivo, el comportamiento térmico de un producto LED no es el mismo para una luminaria adosadas que para una empotrada. En el caso de las empotradas, es preciso dejar el espacio libre necesario alrededor de la luminaria (sin aislamiento). Diseño térmico de D1 y D4 18 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 5. AGRUPAMIENTO PARA UNA CALIDAD LUMINOSA CONSTANTE Durante la producción, los LED de un mismo lote o serie presentan variaciones en propiedades tales como su intensidad y color. El uso de unos LED distintos en una misma luminaria crearía inevitablemente distintos niveles de intensidad luminosa y tonalidades de luz. Por eso aplicamos el “agrupamiento”. El “agrupamiento” es una clasificación de los LED según criterios específicos como: s s s GRUPO BIN 1 1 GRUPO BIN 2 2 GRUPO BIN 3 3 Agrupamiento por color: clasificación según las coordenadas de color (x, y), centrado en torno a temperaturas de color individuales. Agrupamiento por flujo: clasificación según el flujo luminoso, medido en lúmenes (lm). Agrupamiento por tensión: clasificación según la tensión directa, medida en voltios. Principio del agrupamiento y 0.9 520 0.8 540 0.7 Al seleccionar un “grupo de color” específico, se garantiza una calidad luminosa constante. Los LED del mismo grupo tienen el mismo aspecto. Las diferencias en los grupos de color atraen la atención cuando se ilumina una superficie de forma uniforme. 560 0.6 500 580 0.5 0.4 600 620 UPDATE 0.3 En los estudios de visión del color, se utiliza la denominada elipse de McAdam (ver figura), que es una región de un diagrama CIE con todos los colores que el ojo humano promedio no puede distinguir respecto al color situado en el centro de la elipse. Los fabricantes de LED utilizan la SDCM (desviación estándar de la correspondencia de colores), según la cual 1 SDCM equivale a 1 McAdam. 490 700 0.2 480 0.1 470 460 0.0 0.0 0.1 380 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 x Visualización de las elipses de McAdam (fuente: Wikipedia) UPDATE ¿Cómo aplica ETAP el agrupamiento? ETAP aplica un enfoque sistemático para garantizar la uniformidad a todos los niveles. s s s s Siempre utilizamos LED con una variación inferior a 2 SDCM en cada luminaria. Marcamos los distintos circuitos ensamblados de acuerdo con el grupo de color utilizado, con lo que siempre podemos saber en qué grupo de color se originan los LED. Dentro de la misma entrega parcial, siempre entregamos luminarias con el mismo código de color. Para entregas parciales extendidas a lo largo del tiempo, esto no está garantizado. En ese caso las desviaciónes de color pueden ser hasta de 7 SDCM. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com Colour bin Flux bin 19 | ETAP UPDATE Ilustración de los grupos para distintas temperaturas de color (verde 5 2 SDCM; rojo 5 7 SDCM) 6. SEGURIDAD ELÉCTRICA Los LED funcionan a baja tensión (normalmente a aproximadamente 3 V), con lo que a menudo la seguridad eléctrica no se considera un problema. Actualmente, las soluciones de iluminación con LED pueden funcionar con tensiones de 100 V o más. Como consecuencia, es preciso tomar medidas adicionales para que resulte seguro tocar los equipos. Los LED en serie aumentan la tensión En las luminarias de iluminación, los LED se conectan en serie siempre que es posible. El resultado lógico de este tipo de conexión es un aumento de la tensión. Una de las ventajas de los LED es que funcionan a baja tensión y que cada LED requiere una diferencia de potencial de aproximadamente 3 V. Pero si conectamos 30 LED en serie en una misma luminaria, ya tenemos 90 V. Incluso existen drivers para LED que generan tensiones de salida superiores a 200 V. Este tipo de instalaciones requiere una protección eléctrica adicional. Se requiere aislamiento adicional a partir de 24 V Las normas internacionales (CEI 61347) especifican que, por encima de 24 V*, deben tomarse medidas adicionales para garantizar que una luminaria resulte segura. Los LED y los demás componentes que conducen corriente no deben resultar accesibles desde el exterior. La construcción debe garantizar que solo sea posible tocar los LED después de abrir la luminaria con ayuda de herramientas especiales. Por otro lado, debe existir un buen aislamiento básico entre todas las partes de la luminaria que sean de materiales conductores y todas las partes por las que pase corriente. En términos prácticos, ETAP deja un espacio vacío suficiente, deja también espacio para labores de mantenimiento y emplea materiales con aislamiento eléctrico, manteniendo una buena gestión térmica. AC DC V< 25 VRMS (IRMS < 0,7 mA) < 60 VDC (IDC < 2 mA) 25 VRMS < V < 60 VRMS < 60 VDC < V < 120 VDC 60 VRMS < V < 120 VRMS De acuerdo con las normas internacionales IEC 61247, no existe riesgo de contacto (verde) hasta 24 V (CA) o 60 V (CC). En el caso de las luminarias LED con tensiones de salida superiores (rojo), es preciso tomar medidas de seguridad adicionales. * La clase de aislamiento del driver determina si deben tomarse medidas adicionales de seguridad. 20 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com UPDATE 7. PUBLICACIÓN DE LOS DATOS CORRECTOS La eficacia lumínica, el nuevo criterio Desde hace años, la eficiencia de las luminarias fluorescentes se viene expresando en términos de porcentaje, una indicación del grado de eficiencia con el que la luminaria utiliza la luz. Pero en la era del LED, hablamos de lumen por vatio, es decir, rendimiento luminoso por unidad de consumo energético. En este contexto, es importante tener en cuenta la eficiencia específica de toda la solución, tanto de la fuente luminosa como de la luminaria. La eficiencia de una luminaria fluorescente se determina comparando el flujo luminoso de una luminaria con una lámpara desnuda. La indicación de eficiencia en términos de porcentaje es fácilmente demostrable. Muestra con qué grado de eficiencia gestiona una luminaria una cantidad de luz. Por este motivo, esta indicación se ha convertido en la norma para soluciones fluorescentes. También es muy fácil de determinar: basta con medir el flujo luminoso de una luminaria con lámpara y compararlo con el flujo luminoso de la lámpara desnuda. Las lámparas desnudas no pueden tomarse como referencia No obstante, esto no es posible en soluciones con LED ya que el flujo luminoso de un LED desnudo no es una referencia válida. Para empezar, hay muchos tipos distintos de LED (el producto no está estandarizado). Además, existe una variación (en fábrica) en el rendimiento luminoso y la temperatura de color. Actualmente no existe ningún método de medición estándar que se pueda emplear para medir el flujo luminoso de un LED desnudo. Y lo que es más importante, el flujo luminoso es muy sensible a la temperatura. Los LED tienen un comportamiento mucho mejor a 25 °C que cuando se calientan en una luminaria. Por esto una indicación en términos de porcentaje podría, como poco, inducir a error. Eficacia luminosa específica de lámpara+luminaria Esta es la razón por la que el mercado de la iluminación opta cada vez más por un concepto distinto. Ya no analizamos solo la luminaria, sino el binomio lámpara/luminaria. Trabajamos con lm/W, basándonos en la cantidad de energía que necesita una luminaria para alcanzar un determinado flujo luminoso. Puede que esto no resulte tan claro como un porcentaje, pero en cambio es más preciso. El comportamiento de las soluciones LED dependen de muchos factores, como la refrigeración, el controlador, la densidad de potencia, el factor frío/calor (hasta qué punto el flujo luminoso baja cuando la temperatura aumenta), etc. La indicación en lm/W tiene en cuenta lo siguiente: cuánto más favorables sean estos factores, mayor será el flujo luminoso para la misma potencia. En ETAP nos esforzamos continuamente por alcanzar un nuevo nivel con nuestras luminarias LED. Actualmente, 80 lm/W es un consumo muy bajo para una luminaria, pero a medida que los LED sigan desarrollándose, el listón también estará cada vez más alto. Detalle de la web ETAP, con información detallada de producto. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 21 | ETAP UPDATE Además del flujo luminoso específico, en la página web de ETAP encontrará información adicional sobre los LED: s s s s s s 8. Tipo de controlador: regulable o no Factor de potencia Clase de seguridad fotobiológica Temperatura de color Potencia de la lámpara Consumo de energía CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVA DE SEGURIDAD Las luminarias LED deben clasificarse en base a sus posibles efectos perjudiciales para la piel y los ojos de conformidad con la norma UNE-EN 62471-2009 (relativa a la seguridad fotobiológica de lámparas y aparatos que utilizan lámparas). Para los LED blancos y azules, el efecto del componente azul es prácticamente el único relevante en términos de lesiones oculares. Basándose en el tiempo de exposición máximo sin consecuencias perjudiciales, las luminarias se clasifican en cuatro categorías de riesgo, que van desde un tiempo de exposición ilimitado hasta una lesión casi instantánea en caso de exposición o visión directa. La mayoría de las luminarias de ETAP no suponen un riesgo durante una exposición limitada a distancias de visión normales (= 500 lux). Los posibles riesgos surgen con fuentes con una intensidad muy alta y picos de luminancias (como el módulo Fortimo) y en especial con los LED azules puros (como el módulo Fortimo, después de abrirlo y retirar la tapa de fósforo remota: ¡no se debe mirar directamente bajo ninguna circunstancia!) Ejemplos: s Flare D4: s K9 AP: s D9 Fortimo de 2000 lm: Grupo “exento” (exposición ilimitada) RG 1 (riesgo bajo – exposición limitada <3 h) Grupo “exento”(exposición ilimitada) Las luminarias deben corresponder a los grupos “exento” o RG 1. 22 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com UPDATE Sección 3: Suministros para luminarias LED 1. CRITERIOS DE CALIDAD DE LOS SUMINISTROS PARA LUMINARIAS El suministro eléctrico es uno de los componentes más decisivos en las soluciones LED, como bien se sabe hoy en día. La calidad de las luminarias LED no solo depende de la fuente luminosa y del diseño óptico del LED, sino también de la eficiencia y fiabilidad del suministro eléctrico. Para que el suministro eléctrico de un LED sea adecuado debe cumplir seis requisitos: Vida útil. Como mínimo, el suministro eléctrico debe tener la misma vida útil que los LED, que normalmente duran 50 000 horas (con el 70% del flujo luminoso). Eficiencia. Uno de los factores que han contribuido al éxito de los LED es la eficiencia energética. Como consecuencia, la conversión de la tensión de red en corriente debe ser lo más eficiente posible. Un buen suministro eléctrico de LED tiene una eficiencia de al menos un 85%. Factor de potencia. El factor de potencia es un indicador técnico que muestra hasta qué punto la forma de la onda de la corriente se acerca a la referencia sinusoidal de la tensión. El factor de potencia consta de dos partes: el desfase entre tensión y corriente (cos ) y la distorsión de la corriente (armónica o la distorsión armónica total). Cuanto más pequeños sean el desfase y la distorsión de la forma de onda, menos pérdidas y contaminación se producirán en la red de distribución del proveedor de energía. Los suministros de ETAP para LED de potencia tienen como finalidad alcanzar un factor de potencia superior a 0,9. Para suministros eléctricos con un factor de potencia alto (izquierda), la forma de onda de la corriente (azul) muestra una distorsión y un cambio ligeros en comparación con los de la tensión (amarillo). Este es el caso, no obstante, de los suministros con un factor de potencia bajo (derecha). Compatibilidad electromagnética (EMC). El suministro eléctrico debe minimizar la interferencia electromagnética en el entorno inmediato y, al mismo tiempo, verse afectado en la menor medida de lo posible por la interferencia electromagnética del entorno inmediato. Por ello es crucial una compatibilidad electromagnética adecuada. Corriente de conmutación (corriente de irrupción). Al encender un suministro eléctrico de LED se detectan altos picos de corriente en la red durante un breve periodo de tiempo (una fracción de una milésima de segundo), porque al principio los condensadores se cargan. En los suministros con baja corriente de conmutación, las protecciones del circuito no se desactivan cuando se encienden varias luminarias. Seguridad eléctrica. La tensión de salida del suministro eléctrico debe mantenerse preferiblemente baja. En caso de tensiones superiores a 120 V será preciso adoptar precauciones adicionales al integrar el módulo LED en la luminaria. En este caso, el fabricante es el responsable de tomar las precauciones de seguridad necesarias. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 23 | ETAP UPDATE Fichas técnicas Por ello, los suministros eléctricos son componentes cruciales en cualquier solución LED. Para corroborar la alta calidad de un suministro eléctrico basta con solicitar las fichas técnicas al fabricante y comprobar si se cumplen los requisitos de calidad mencionados. ETAP siempre proporciona suministros eléctricos para LED de calidad, perfectamente adaptados a la solución y sometidos a exhaustivas pruebas en nuestros laboratorios. 2. FUENTES DE CORRIENTE VS. FUENTES DE TENSIÓN Los LED son componentes controlados por corriente. La corriente es la responsable directa del flujo luminoso y, en consecuencia, debe ajustarse con sumo cuidado. Se emplean dos métodos de control: s Fuentes de corriente constante Convierten directamente la tensión de red en una corriente constante. Este método es el más eficiente y rentable. Tiene el inconveniente de que los módulos con una fuente de corriente constante solo pueden conectarse en serie, lo cual dificulta la instalación. Además, para conseguir niveles superiores se necesita una tensión de salida mucho mayor (>100 V). Ejemplos: ƕ Foco Flare de 500 mA, DIPP4, etc. ƕ Downlight D4 Flare corriente constante 230 V Controlador de LED AC s Fuentes de tensión constante Son fuentes de alimentación que convierten la tensión de red en una tensión cuidadosamente controlada. Cuando se utilizan con LED o módulos LED, estas fuentes de alimentación siempre deben equiparse con un limitador de corriente (como una resistencia) o un circuito electrónico que convierta la tensión de corriente continua en una corriente constante. La principal ventaja de las fuentes de tensión es que permiten conectar en paralelo varios módulos fácilmente. Ejemplos: ƕ Regleta de LED con alimentación de 24 V (limitación por resistencias en serie) ƕ Foco Flare de 24 V (transformador de tensión en corriente integrado en el cable) tensión constante 230 V AC controlador LED CC alimentación Los códigos para las luminarias con fuentes de corriente constante terminan en “C” (de “corriente”), mientras que las de fuentes de tensión constante terminan en “V” (de “tensión”, “voltage” en inglés). 24 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com Ejemplo: este controlador de 75 W (amarillo) muestra una eficiencia bastante estable de una tensión de aprox. el 50%. Para tensiones inferiores la eficiencia se reduce muy rápido. Para tensiones del 10% (7,5 W), el consumo de energía es de cerca de 10,5 W (eficiencia del 70%). 1,00 0,90 0,80 0,70 Eficiencia controlador UPDATE También para luminarias regulables El suministro eléctrico no solo debe ser fiable y eficiente, también debe ofrecer la flexibilidad de poder utilizarse en cualquier instalación de iluminación moderna. En muchos casos, es preciso regular el nivel de iluminación, por medio por ejemplo de un sistema de control de iluminación como ELS o un sistema de regulación externo. Nota: es importante mantener la eficiencia y el factor de potencia al utilizar un sistema de regulación. 0,60 25W 75W 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tensión del controlador en % de la corriente nominal Efecto de la tensión del driver en la eficiencia, para un driver de baja potencia (azul) y un driver de alta potencia (amarillo) En la práctica hay dos técnicas de regulación: reduciendo el nivel de corriente o reduciendo la corriente en impulsos de una duración cada vez más corta (PWM o modulación por ancho de pulso). El uso de una técnica u otra dependerá de la aplicación. Nuestros especialistas estarán encantados de asesorarle en su caso concreto. En teoría, todos los sistemas de regulación conocidos pueden aplicarse también a la iluminación LED. s s s s DALI 1-10 V (aplicado con menos frecuencia en la iluminación LED) TouchDim DMX (menos aplicado en iluminación, utilizado principalmente en aplicaciones teatrales) Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 25 | ETAP Sección 4: Iluminación con LED – aspectos fotométricos FACTOR DE DEPRECIACIÓN Y DE MANTENIMIENTO Con el paso del tiempo, el rendimiento luminoso de una lámpara va disminuyendo. Esto se conoce como depreciación. Para tener en cuenta esta pérdida, se utiliza un factor de mantenimiento en los estudios de iluminación (un número entre 0 y 1), para que la iluminancia no caiga por debajo de un determinado nivel con el paso del tiempo. Por una parte, los LED tienen una vida útil muy larga desde el punto de vista eléctrico, si se utilizan correctamente. Por otra parte, el flujo luminoso de los LED disminuye (se deprecia) a lo largo de ese tiempo tan prolongado. La gestión de la temperatura y el control eléctrico influyen significativamente en esta caída. La reducción del flujo luminoso se debe principalmente a la decoloración de la carcasa del chip y a la pérdida de eficiencia de la capa de luminiscencia. 100 90 80 Flujo luminoso relativo (%) 3. 70 60 50 40 30 20 10 0 10 0 50 100 Tiempo (h x 1000) Depreciación del flujo luminoso con el tiempo Depreciación de la iluminación fluorescente En los estudios de iluminación con luminarias fluorescentes, con frecuencia utilizamos una depreciación total (pérdida de flujo luminoso) del 15%, de la que aproximadamente un 10% se debe al envejecimiento de la lámpara. Una depreciación del 15% corresponde a un factor de mantenimiento de 0,85. Mantenimiento (MF) Niveles de contaminación por polvo minimo bajo medio alto Luminarias abiertas para iluminación directa (T5 - Ø16 mm of T8 - Ø26 mm: Ra > 85) Sustitución en grupo 0,85 0,80 0,75 0,70 Sustituir lámpara rota + sustitución en grupo 0,90 0,85 0,80 0,70 Factor de corrección para Luminarias con cubierta para iluminación directa Luminarias con reflector pintado BF x 0,95 BF x 0,90 Algunos factores de mantenimiento típicos empleados con la iluminación fluorescente Depreciación de la iluminación LED La vida útil con la que actualmente se publicitan los LED implica una pérdida de luz media del 30%, lo que influye en la forma en que abordamos los factores de depreciación en los estudios de iluminación con LED. En circunstancias normales, ETAP siempre sigue las prácticas del mercado, pero el problema es que actualmente no existe una normativa de mercado sobre los LED. Por ello, utilizamos los factores de mantenimiento correspondientes a una vida útil de aproximadamente 25 000 horas (aprox. 10 años en condiciones normales). Además, contamos con una tabla general para trabajar con tiempos de vida útil ajustados (véase el punto 2, “Estudios de iluminación con luminarias LED”). 26 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 4. ESTUDIOS DE ILUMINACIÓN CON LUMINARIAS LED Los estudios con luminarias LED son muy similares a los que emplean otras luminarias. La mayor diferencia es la gestión del factor de mantenimiento. Ya hemos comentado cuál es el método de trabajo estándar: trabajamos con una vida útil de 25 000 horas y después calculamos el factor de mantenimiento correspondiente. Para las vidas útiles que se desvían de la media, utilizamos una tabla que muestra la conexión entre el tipo de producto, el tipo de alimentación, la vida útil y el factor de mantenimiento. La tabla es actualizada por el Grupo de productos de iluminación. Más abajo se muestra un ejemplo para Flare (datos de 2010). Estas tablas se actualizan regularmente, en línea con los últimos avances tecnológicos. 25,000 h D42/LEDN20S D42/LEDW20S D42/LEDN39S D42/LEDW39S F (lm) 1290 1120 2490 2150 350mA P (W) lm/W 22,4 58 22,4 50 43,4 57 43,4 50 FLARE-1x/LEDN10C (x=0/1/2) FLARE-1x/LEDN6C (x=0/1/2) FLARE-1x/LEDN5C (x=0/1/2) FLARE-1x/LEDW10C (x=0/1/2) FLARE-1x/LEDW6C (x=0/1/2) FLARE-1x/LEDW5C (x=0/1/2) d (%) 89 89 88 87 F (lm) 629 376 287 547 327 250 500mA P (W) lm/W 12,6 7,2 5,5 12,2 7,2 5,5 50 52 52 45 45 45 d (%) 78 89 91 78 89 91 Extracto de la tabla de rendimientos luminosos y factores de depreciación para la serie Flare (estado 2011), incluyendo un 5% de contaminación 5. INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE AHORRO DE ENERGÍA Regulación y conmutación Como ya se ha mencionado anteriormente, los LED son muy adecuados para aplicaciones con regulación y conmutación, y son compatibles con sistemas como 1-10 V, DALI, etc. Sistemas de control de iluminación integrados En teoría, las luminarias de LED se pueden combinar con sistemas de control de iluminación integrados como ELS, MDS y EMD. Sin embargo, estos sistemas (actualmente) son muy sensibles a la temperatura (ELS) o a la radiación infrarroja (MDS y EMD). Para integrarlos se requiere un diseño de producto integral, que tenga en cuenta la gestión térmica en la luminaria y las propiedades del sensor. Por eso, en algunos casos la integración se rige por las normas de “luminarias especiales” y en otros casos no (por ejemplo, D4+ELS es estándar). La combinación de luminarias LED y sensores montados por separado en el techo no plantea problema. Sistemas de gestión de salas o edificios (como ELM) Dado que la mayoría de las veces las luminarias LED se encuentran disponibles en distintas versiones (como DALI, 1-10 V, etc.), normalmente resulta sencillo combinarlas con sistemas de gestión de salas o de edificios estándar. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 27 | ETAP Sección 5: Preguntas y respuestas P: ¿La información publicada por los fabricantes de LED también se puede utilizar en las publicaciones de ETAP? R: No, ya que son muchos los factores que influyen en el posible rendimiento de una luminaria LED. Entre ellos, propiedades intrínsecas del LED, como el comportamiento a altas temperaturas y de la luminaria, como las opciones de control y refrigeración. Por ejemplo, un LED de un fabricante A para el que se publica un rendimiento muy alto puede tener en la práctica un rendimiento luminoso menor que otro LED de un fabricante B con una eficiencia ligeramente inferior debido, por ejemplo, a una mayor resistencia térmica interna y a una menor estabilidad a alta temperatura. P: ¿Las lámparas LED lineales son una alternativa válida para sustituir a las lámparas fluorescentes convencionales? UPDATE R: Las soluciones LED ofrecen un enorme potencial a largo plazo. A corto plazo, es preciso tener en cuenta varias cuestiones: en lo que respecta a la seguridad eléctrica, conviene señalar que la responsabilidad del fabricante cesa en el momento en que se adoptan lámparas LED lineales, alterando con ello la construcción original. La sustitución de las lámparas también supone un cierto riesgo. En lo que respecta al rendimiento técnico de la luz, la potencia y el flujo luminoso de las lámparas de sustitución suelen ser más bajos que los de las lámparas fluorescentes originales. También es frecuente que se produzcan alteraciones en la distribución global de la luz, puesto que la mayoría de las lámparas LED lineales apenas emiten luz hemisférica. P: ¿Los lúmenes LED son superiores a los lúmenes fluorescentes? R: No, son idénticos. Sin embargo, a niveles de iluminación muy bajos (como en el alumbrado de emergencia, aplicaciones exteriores), el ojo humano resulta más sensible a los tonos verdes/azules (visión mesópica). En estas circunstancias, resulta por tanto más económico utilizar fuentes luminosas que emitan más luz en tonos verdes/azules, como los LED de color azul verdoso o los LED blancos con un alto componente azul (blanco frío, 6500 K). 28 | ETAP Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com Terminología Agrupamiento Clasificación de (en este caso) LED en grupos con propiedades similares, como por ejemplo por temperatura de color. Componente LED Combinación del LED, la carcasa y la óptica primaria. Diodo Semiconductor o corriente eléctrica conductiva muy buena en una dirección, pero no en la otra. LED Abreviatura de “Light Emitting Diode”, diodo emisor de luz. Lumen caliente Flujo luminoso medido a la temperatura de unión cercana a la temperatura de uso práctico (normalmente 85 ºC). Lumen frío Flujo luminoso medido a 25 ºC a la temperatura de unión. Luminiscencia Proceso por el que se genera una partícula de luz (fotón) cuando un átomo pasa de un estado energético superior a otro inferior. Módulo LED El LED equivalente a una lámpara convencional para en versión LED. Según la terminología de ETAP, corresponde a un LED de tipo 3 (véase la sección 1). PCB Placa de circuito impreso. Tecnología de fósforo remota Tecnología por la que el fósforo necesario para generar luz blanca no se proyecta directamente en el LED azul sino en un soporte (de vidrio o plástico) a cierta distancia del LED. Como consecuencia, el fósforo funciona a una temperatura inferior y, en algunos casos, puede contribuir a una mayor eficiencia. Temperatura en la unión Temperatura dentro del material semiconductor (en la unión PN – véase más abajo). Unión Zona activa en el material en estado sólido en el que se genera la luz. Vida útil Vida útil con relevancia económica para una aplicación concreta, que es inferior a la vida útil media. Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 29 | ETAP Notas .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 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Versión más reciente en www.etaplighting.com Notas .................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. ................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 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Segunda edición, diciembre de 2011. Versión más reciente en www.etaplighting.com 31 | ETAP www.etaplighting.com 12/11 8028761-028 S/1 - La información de este documento no tiene carácter contractual, y puede ser modificada como consecuencia de los avances técnicos. ETAP Centro de Negocios Eisenhower Av. Sur del Aeropuerto de Barajas n° 24 Edificio 5, 5°D 28042 Madrid Tel.: +34 (0)91 402 29 17 Fax: +34 (0)91 402 89 16 e-mail: [email protected]
