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DOSSIER
LED
UNA NUEVA
FUENTE DE
ILUMINACIÓN
Quinta edición, octubre de 2014
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 consecuencias 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
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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
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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.
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 (+)
Cátodo (-)
Fig. 1: Funcionamiento de un led
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.
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)
Fig. 2: 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
Fig. 3: Estructura de un componente de led
4 | ETAP
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El led emite luz monocromática. El color de la luz depende de los materiales empleados para producirla. Se puede generar luz led en todos los
colores saturados del espectro visible, desde el violeta y el azul hasta el rojo, pasando por el verde.
La luz blanca puede conseguirse del modo siguiente:
UPDATE
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
Componente led Cree XP-G
Componente led Bridgelux
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
UM2 PCB (ETAP)
3. Lámparas led. Se trata de un módulo led unido a un casquillo de lámpara.
Por ejemplo
Lámpara tubular TG
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Foco TG
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UPDATE
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.
Por ejemplo
Osram prevaled
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.
2. Módulo led
4. “LED light engine”
1. Paquete led
Luminaria led
3. Lámpara led
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)
Fig. 4: Formas de construcción led (de izquierda a derecha): carcasa de plástico, sustrato cerámico, chip-on-board
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
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UPDATE
PARTE SUPERIOR
PARTE INFERIOR
carcasa de plástico
disipación de calor
marco de
conexión
contactos eléctricos
disipación de calor y reflexión (opcional)
Fig. 5: Marco de conexión led con carcasa de plástico (ledes de baja potencia)
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
lentes de silicona
chip led
soldaduras de hilos
Sustrato cerámico
contactos eléctricos
disipación de calor
Fig. 6: Montaje de un led de alta potencia
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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).
ABIERTO
sustrato
(cerámico o aluminio)
soldaduras de hilos
CERRADO
chips led
silicona +
fósforo
capa reflectante
conexión
eléctrica
barrera
Fig. 7: Estructura de la tecnología Chip-on-board
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.
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3.
VENTAJAS DE LOS LEDES
Aplicaciones ETAP con ledes
de alta potencia
VENTAJA 1: VIDA ÚTIL PROLONGADA
Ledes de baja potencia
100
90
80
Flujo luminoso relativo (%)
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).
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
Tiempo (h x 1000)
Fig. 8: Depreciación del flujo luminoso con el paso del tiempo
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 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 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 mantenimiento 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.
Halógeno
LED = 18x Cree XP-G2 4000K @ 350 mA
5000
B50/L70
Tiempo de funcionamiento (Kh)
8000
Fluorescente compacto
10000
H.I.D. compacta (CDM-T)
Vapor de mercurio a
alta presión (H.I.D.)
12000
20000
Fluorescente lineal
Led
50000
0
10000
20000
30000
40000
50000*
horas
Fig. 9: Valores típicos para la vida útil (simplificación)
120
100
80
60
40
20
0
60000
60
70
80
90
100
110
120
Temperatura en la unión del led - Tj (°C)
Fig. 10: Influencia de la temperatura de unión en la vida útil
* Basado en datos de medición de, como mínimo, 10.000 h (TM-21)
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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.
140
U7/R7 (2.a gen.)
120
R8
Eficacia (lm/W)
UPDATE
Ventaja 2: Posibilidad de alta eficiencia energética
UM2
100
U7/R7 (1.a gen.)
80
D4 (2.a gen.)
60
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.
D4 (1.a gen).
40
20
0
2004
2006
2008
2010
2014
2012
2016
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)
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:
Led medido en prueba de
impulsos, a 85 °, comparable
a condiciones reales
128 lm/W
118 lm/W
Led con controlador (90%)
Luminaria de led
(óptica y lente incluidas)
110 lm/W
0
20
40
60
80
100
120
140
lumen/watt
Fig. 12: R7
A modo de comparación: luminaria con reflector U5 con una lámpara fluorescente x 32 W
111 lm/W
T5 High Output ECO (a 35 °C)
Lámpara fluorescente con
balasto (90%)
89 lm/W
Luminaria con lámpara fluorescente
(reflector HRSilverTM incluido)
87 lm/W
20
40
60
80
100
110
120
lumen/watt
Fig. 13: Luminaria con reflector U5
10 | ETAP
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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:
2014-2015
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
Fig. 14: 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.
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
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
560
0.6
Fig. 15: Indicación de temperatura de color
Tc (°K)
5000
3000
0.0
6000
0.4
2000 1500
10000
0.3
Bombillas de iluminacion residencial
Luz del amanecer
Luz de tungsteno
Luz de vela
580
0.5
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
Fig. 16: Principio de generación de la luz blanca
por medio de material luminiscente
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.
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11 | ETAP
¿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:
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
Ventaja 4: Rendimiento estable en todo el intervalo de temperatura
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).
12 | ETAP
115,0
110,0
105,0
100,0
95,0
90,0
85,0
80,0
75,0
70,0
65,0
60,0
55,0
50,0
45,0
40,0
-30,0
Flujo luminoso relativo %
En comparación con las lámparas fluorescentes, los ledes son menos sensibles a la temperatura 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 temperaturas ambiente más altas. Eso supone una
ventaja notable en entornos con temperaturas inusuales (por encima o por debajo de
25 °C) o que están sometidos a variaciones
importantes de temperatura (por ejemplo, en
la industria).
-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
Temperatura ambiente °C
Lámpara fluorescente
LED
Fig. 17: Influencia de la temperatura ambiente en el flujo luminoso relativo
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Ventaja 5: Eficiencia luminosa inmediata desde el mismo momento del encendido
140,0
Flujo luminoso relativo en relación a
la temperatura ambiente = 20°C (%)
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.
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
Tiempo (h:mm)
E1 CON LED
FLUORESCENTE E1 CON LÁMPARAS ADAPTADAS Y BALASTOS ADECUADOS PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA
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.
FLUORESCENTE E2 CON BALASTO ADECUADO PARA ENTORNOS DE BAJA TEMPERATURA
Fig. 18: Comparación del comportamiento de puesta en servicio
del led vs. fluorescente a -30°
Ventaja 6: Fácilmente regulables en un amplio intervalo
Potencia de entrada (W)
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.
Corriente de LED (mA)
Fig. 19: Efecto de la regulación en el consumo de energía
En consecuencia, los ledes son muy adecuados para integrarse en entornos programados y dinámicos.
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13 | ETAP
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).
14 | ETAP
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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.
OLED de distintas formas (por ejemplo Philips Lumiblade)
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.
placa de vidrio
cátodo metálico
capa orgánica
ánodo transparente
sustrato de vidrio
luz
Fig. 20: Estructura de un OLED
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15 | ETAP
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
UPDATE
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.
Hoja de ruta de los OLED
Año
2014
2016
2018
120 lm/W
Flujo luminoso específico
50 lm/W
80 lm/W
Vida útil (L70 @ 6 000 cd/m2)
20 000 h
35 000 h
2
6 000 cd/m
50 000 h
2
9 000 cd/m2
Luminosidad
4 500 cd/m
Salida de lúmenes
15 000 lm/m2
20 000 lm/m2
30 000 lm/m2
> 90
> 92
> 95
120*120 mm
170*170 mm
400*400 mm
Reproducción de los colores (CRI)
Dimensiones máximas
Fig. 21: Rendimiento actual y previsto de los OLED (fuente: Philips)
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.
16 | ETAP
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¿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.
Los OLED como espejo interactivo
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.
K4, serie de señalización con OLED
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17 | ETAP
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
óptico
Diseño
mecánico
Diseño
eléctrico
Diseño
térmico
Diseño
cosmético
Nuevas técnicas de
diseño y producción 3D
Fig. 22: Diseño del downlight D4
18 | ETAP
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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
Lentes específicas de ETAP
Ejemplo de iluminación:
Serie LED+LENSTM (por ejemplo, R7 con lentes de distribución
extensiva)
Ejemplo de alumbrado de emergencia:
K9 antipánico, iluminación de distribución extensiva extrema
b. Reflectores
Ejemplo: D1 con módulo de led
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19 | ETAP
c. Difusores y láminas de tratamiento de la luz
Ejemplo: UM2 con led y MesoOpticsTM
Ejemplo: R8 con led y difusor HaloOptics®
d. Edge lighting
Ejemplo de iluminación: UW
Ejemplo de alumbrado de emergencia: K7
20 | ETAP
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3.
LUMINANCIA CONTROLADA
Paralelamente al constante aumento del rendimiento y de la potencia máxima del led, también está aumentando con rapidez la luminancia de
las fuentes luminosas. Esta luminancia puede aumentar fácilmente de 10 a 100 millones cd/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
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/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:
•
•
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.
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.
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).
35% DE LUZ
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.
65% DE CALOR
led = 18x Cree XP-G2 R2 4000K @ 350 mA
A temperaturas más bajas, aumenta el rendimiento
luminoso: los ledes siempre funcionan mejor a temperaturas
más bajas.
108%
Salida de la luminaria (lm)
El rendimiento luminoso de los ledes disminuye gradualmente
a medida que aumenta la temperatura en la unión.
106%
104%
102%
100%
98%
96%
94%
92%
90%
88%
60
70
80
90
100
110
120
Temperatura en la unión del led (°C)
Fig. 23: Influencia de la temperatura de unión en
el rendimiento de la luminaria (ref. 85 °C)
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21 | 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)
Fig. 24: 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):
•
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.
•
4
3
El calor se libera al entorno por convección y radiación.
2
1
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)
22 | ETAP
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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:
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.
Fig. 27: 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 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.
560
0.6
500
580
0.5
0.4
600
620
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
UPDATE
Fig. 28: Visualización de las elipses de McAdam
(fuente: Wikipedia)
¿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.
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Flux bin
Colour bin
23 | ETAP
Fig. 29: Ilustración de los grupos para distintas temperaturas de color
(verde 5 2 SDCM; rojo 5 7 SDCM)
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.
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
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.
24 | ETAP
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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
flujo luminoso de la luminaria y el flujo luminoso específico (captura de pantalla del sitio web)
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25 | ETAP
UPDATE
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).
26 | ETAP
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UPDATE
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
Fig. 32: Para extrapolaciones, ETAP aplica la directiva Americana TM21 (p.ej. UM2 con led con Lamp Lumen Maintenance Factor)
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).
100
4000K
Relative Radiant Power (%)
80
60
40
20
0
400
450
500
550
600
650
700
750
Wavelength (nm)
Fig. 33: La luz led contiene un elevado pico en el espectro azul, por lo que debe prestarse
la atención suficiente a las medidas de protección.
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27 | ETAP
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.
RG 2
RG 1
...
0 cm
x cm
Distancia de visión
Fig. 34: Ilustración de las distancias límite
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.
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UPDATE
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).
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).
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29 | ETAP
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.
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).
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.
La serie LEDA con tubos led.
30 | ETAP
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Sección 3: Controladores de luminarias de led
1.
CRITERIOS DE CALIDAD DE LOS SUMINISTROS PARA LUMINARIAS
El controlador eléctrico es uno de los componentes más decisivos en las soluciones de led, como bien se sabe hoy en día. La calidad de las
luminarias de 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 controlador eléctrico de un led sea adecuado debe cumplir siete requisitos:
Vida útil. Como mínimo, el controlador eléctrico debe tener la misma vida útil que los
ledes, que normalmente duran 50 000 horas (con el 70% del flujo luminoso).
Eficiencia. Uno de los factores que han contribuido al éxito de los ledes es la eficiencia energética. Como consecuencia, la conversión de la tensión de red en corriente debe ser lo más
eficiente posible. Un buen controlador 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 (h) 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 controladores de ETAP
para led de potencia tienen como finalidad alcanzar un factor de potencia superior a 0,9.
Fig. 37: Para controladores 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 controladores con un factor de potencia bajo (derecha).
Compatibilidad electromagnética (EMC). El controlador 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 controlador 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.
Corriente de forma de onda. Una corriente de salida de buena calidad evita fluctuaciones en la intensidad; es decir, parpadeos o efectos
estroboscópicos.
Filtrado de la tensión de red. La contaminación de la red eléctrica puede causar parpadeo de baja frecuencia en la iluminación (+/- 10Hz). La
rápida capacidad de conmutación de los ledes hace que resulten muy visibles, lo cual se percibe como algo molesto. Un buen driver garantiza
que la contaminación de la red eléctrica no afecte a la corriente de salida, con lo que el flujo luminoso resulta más estable.
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31 | ETAP
Fichas técnicas
Por ello, los controladores eléctricos son componentes cruciales en cualquier solución de 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 controladores eléctricos para ledes de calidad, perfectamente adaptados a la solución
y sometidos a exhaustivas pruebas en nuestros laboratorios.
ETAP laboratorios
2.
FUENTES DE CORRIENTE VS. FUENTES DE TENSIÓN
Los ledes 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:
•
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 AC
•
Controlador
de led
Fuentes de tensión constante
Son fuentes de alimentación que convierten la tensión de red en una tensión cuidadosamente controlada. Cuando se utilizan con
ledes o módulos de led, estas fuentes de alimentación siempre deben equiparse con un limitador de corriente (como una resistencia)
o un controlador de led CC 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.
Ejemplo:
ƕ
Foco Flare de 24 V (controlador de led CC integrado en el cable)
tensión constante
230 V AC
controlador de 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).
32 | ETAP
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También para luminarias regulables
El controlador 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.
1,00
0,90
0,80
0,70
Eficiencia controlador
La eficiencia máxima que puede ofrecer un
controlador está determinada por la potencia
nominal para la que fue diseñado (véase la figura
38). En el caso de los controladores con una
potencia nominal < 25 W, la eficiencia máxima
nunca superará el 80-85%. En el caso de los
controladores con una potencia mayor de aprox.
35 W, se puede lograr una eficiencia máxima del
90% y superior.
0,60
25W
75W
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0%
50%
100%
Tensión del controlador en % de la corriente nominal
Fig. 38: Efecto de la tensión del driver en la eficiencia, para un driver
de baja potencia (azul) y un driver de alta potencia (amarillo)
Los gráficos anteriores demuestran que la eficiencia real de un controlador también depende de la carga. En el caso de los controladores
de calidad, la eficiencia se mantendrá bastante constante con una carga mínima del 50-60%. Con cargas menores, la eficiencia se reducirá
considerablemente. Por eso es importante elegir un módulo de led y un controlador adecuados, para que el segundo funcione siempre en un
intervalo óptimo.
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 de led.
•
•
•
•
DALI
1-10 V (aplicado con menos frecuencia en la iluminación de led)
TouchDim
DMX (menos aplicado en iluminación, utilizado principalmente en aplicaciones
teatrales)
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33 | ETAP
Sección 4: Iluminación con led – aspectos fotométricos
FACTOR DE DEPRECIACIÓN Y DE MANTENIMIENTO
Un factor de mantenimiento bien calculado es básico para el
correcto dimensionamiento de una instalación de iluminación.
Sin embargo, los factores de mantenimiento en los estudios de
luz tienen muy poco en cuenta las características específicas de
los ledes. Por ese motivo, los cálculos son a menudo poco precisos.
¿Por qué usamos un “factor de mantenimiento”?
Durante la vida útil de una instalación de iluminación, la cantidad de luz en el plano de trabajo se va reduciendo. El rendimiento lumínico de las lámparas se va reduciendo, las lámparas
se deterioran y las luminarias van acumulando polvo y otro
tipo de suciedad. En el entorno también se va acumulando
suciedad: por ejemplo, una pared recién pintada refleja mejor la luz. Por este motivo, en el cálculo de una instalación se
debe tener en cuenta un factor de mantenimiento que tiene
en cuenta la reducción del flujo luminoso (véase el recuadro).
De esta manera, se puede garantizar que la instalación seguirá
ofreciendo el nivel de iluminación calculado inicialmente, incluso
cuando hayan transcurrido cinco o diez años.
100
90
80
Flujo luminoso relativo (%)
1.
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
Tiempo (h x 1000)
Fig. 39: Depreciación del flujo luminoso con el tiempo
El factor de mantenimiento (MF) se calcula sobre la base de cuatro parámetros:
MF = LLMF x LSF x LMF x RMF
LLMF: Factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara
(Lamp Lumen Maintenance Factor)
Esta es la reducción del flujo luminoso de la fuente de luz.
LSF:
Factor de supervivencia de la lámpara (Lamp Survival Factor)
Toma en cuenta la vida útil de la lámpara sin reemplazo inmediato.
LMF:
Factor de mantenimiento de la luminaria (Luminaire Maintenance Factor)
Reducción en la eficiencia de los accesorios por la suciedad.
RMF:
Factor de mantenimiento de la sala (Room Maintenance Factor)
Suciedad del espacio.
34 | ETAP
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Normas concretas para los fluorescentes
Para el cálculo del factor de mantenimiento de las fuentes luminosas clásicas en una instalación, como es el caso de las lámparas fluorescentes, existen
normas concretas y estándares internacionales. Normalmente, son cuatro los elementos que se tienen en cuenta: la reducción del flujo luminoso que
genera la lámpara, la frecuencia de aparición o presencia de defectos en las lámparas, la suciedad de la luminaria y la suciedad del espacio en el que esta
se encuentra. Para la iluminación fluorescente existe un consenso general con respecto a cómo realizar el cálculo del factor de mantenimiento. El mantenimiento y la vida útil de las lámparas se han probado en la práctica y, en general, los cálculos no varían entre los diversos fabricantes. Además, el diseño
de la luminaria no influye en el mantenimiento de la lámpara y se parte de la premisa de que las lámparas se sustituyen con frecuencia. En resumen, casi
no hay discusión sobre el factor de mantenimiento de las luminarias fluorescentes.
100
95
Intensidad luminosa relativa (%)
Los ledes son diferentes
Esto no es así en el caso de los ledes, ya que el factor de mantenimiento
depende de muchos más factores. Para empezar, la elección de los ledes.
Actualmente nos encontramos ante una gran diferencia de calidad, tanto
entre los distintos fabricantes como entre los diversos tipos de ledes –baja
o alta potencia– y eso es determinante para el mantenimiento del flujo
luminoso y para la vida útil. Además, se trata de una tecnología bastante
reciente y que evoluciona rápidamente. Después de 50.000 horas, por
comodidad y por no disponer de información y conocimientos adecuados,
muchos fabricantes de ledes e iluminación aplican un LLMF general
del 70 %. Esto significa que se asume que, después de 50.000 horas de
funcionamiento, los ledes solo ofrecerán el 70 % de su rendimiento lumínico
inicial, independientemente de su calidad.
90
85
80
75
70
65
60
0
10
20
30
40
50
60
Horas de funcionamiento (h x 1000)
Luminaria U7 con L97 a 50 000 h (ETAP)
En el caso de la iluminación led, el diseño de la luminaria desempeña un
luminaria LED con L70 a 50 000 h
papel importante; en este sentido, el led y el fluorescente son completamente
Lámpara fluorescente T5
diferentes. En gran medida, tanto el rendimiento lumínico como la vida útil
Fig. 40: LLMF de luminarias LED en comparación
de los ledes dependen de su temperatura de funcionamiento. Cuanto más
con las lámparas fluorescentes
fríos se mantienen, más baja es la mantenimiento y más se alarga la vida útil.
Por eso, la disipación de calor en la luminaria es crucial. Pero, actualmente,
no se suele tener en cuenta el diseño de la luminaria a la hora de determinar
el factor de mantenimiento. En la práctica, cada luminaria tiene un factor de
mantenimiento propio, lo que supone que es prácticamente imposible determinar un valor válido de uso general.
En instalaciones con lámparas fluorescentes suele ser necesaria la sustitución frecuente de la lámpara (curva azul). En el caso de los ledes, las lámparas
no se sustituyen, por lo que la calidad de los ledes es decisiva: mientras que el factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara (LLMF) general
utilizado es del 70% (curva amarilla), en el caso de los ledes que se encuentran en una luminaria U7 se aplica un LLMF del 97% (curva verde).
Consecuencias notables para su instalación
En la práctica, los cálculos poco precisos pueden tener consecuencias notables. Cuando el factor de mantenimiento se estima de una manera
demasiado optimista, al cabo de un par de años la instalación ya no ofrece el nivel de iluminación deseado. Si, por el contrario, el factor de
mantenimiento es demasiado pesimista, se hará una instalación de iluminación sobredimensionada, con demasiadas luminarias y con una
potencia instalada excesivamente alta, lo que a su vez influye negativamente en el precio de compra y en el consumo energético. Por ejemplo,
analizamos la influencia del factor de mantenimiento en un estudio de iluminación con luminarias U7 en una oficina de 9 x 14,4 m:
LLMF del 97% después de 50 000 h (factor de mantenimiento del 87%)
500
LLMF del 70% después 50 000 h (factor de mantenimiento del 63%)
9.00 m
8.50
500
9.00 m
8.50
500
500
500
500
500
500
500
500
500
500
0.00
500
500
500
500
500
500
500
0.50
0.00
14.40 m
500
500
500
500
0.50
0.00
0.00
14.40 m
De acuerdo con el estudio de iluminación con factor de mantenimiento optimizado calculado correctamente, para este espacio necesitamos
dieciocho luminarias U7 y una potencia instalada de 1,35 W/m²/100 lx (izquierda). El uso del factor de mantenimiento optimizado general
(derecha) conllevaría a una instalación sobredimensionada: veinticuatro luminarias U7 y una potencia instalada de 1,96 W/m²/100 lx.
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35 | ETAP
Alto factor de mantenimiento para un diseño sofisticado
Los factores de mantenimiento que ETAP emplea en sus estudios de iluminación han sido determinados con precisión de acuerdo con las normas
internacionales. En la práctica, constatamos que nuestros factores de mantenimiento son mucho más elevados que el valor generalmente
aceptado. Prestamos atención a dos elementos específicos. En primer lugar, en nuestras luminarias siempre utilizamos ledes que proceden de
fabricantes que publican datos concretos y verificables de rendimiento lumínico y vida útil de sus ledes. En la práctica, esto se lleva a cabo en
virtud de las normas LM80 y TM21, validados por la Illuminating Engineering Society (IES), una autoridad internacional en este campo. Esto
nos ofrece un criterio de evaluación objetivo para la estimación de las prestaciones de los ledes.
UPDATE
En segundo lugar, también tenemos en cuenta la disipación de calor de las luminarias. Disponemos de laboratorios propios con la infraestructura
adecuada para determinar la temperatura en la unión entre el circuito impreso y el led. Esto nos permite conocer con exactitud la temperatura
de funcionamiento del led, así como estimar más precisión la perdida efectiva y la vida útil esperada, elementos que también se tienen en
cuenta para el cálculo del factor de mantenimiento optimizado en nuestros estudios de iluminación.
En nuestros laboratorios realizamos diferentes pruebas (por ejemplo, pruebas de longevidad y mediciones de iluminación) para determinar con
precisión datos técnicos de iluminación y la depreciación efectiva de nuestras luminarias led.
U7 y UM2 consiguen excelentes resultados en un estudio independiente
Un reciente estudio de Laborelec, el centro de investigación independiente de GDF Suez, ha confirmado que la atención que prestamos
al diseño inteligente y a la calidad de los sistemas de iluminación da sus frutos. En un estudio comparativo sobre sistemas de
iluminación con ledes para oficinas se probaron seis luminarias de los fabricantes más importantes del mercado belga; entre ellas, la
U7 y la UM2 de ETAP. Ambas luminarias demostraron su altísima eficiencia y envejecimiento minimizado.
lm/W
El envejecimiento se midió según dos métodos: un envejecimiento acelerado en una habitación climatizada a 45 °C durante 7300
horas de funcionamiento (UM2 y U7) y un envejecimiento real a temperatura ambiente (UM2), con 2000 horas de funcionamiento.
Ambos métodos demostraron que, mientras que el flujo luminoso de las otras luminarias objeto del estudio disminuye de manera
considerable, los valores de ETAP se mantienen absolutamente estables, incluso después de 2000 y 7300 horas de funcionamiento.
90,0
85,0
ETAP UM2
ETAP U7
Tipo 3
Tipo 1
Tipo 2
Tipo 4
80,0
75,0
70,0
65,0
60,0
55,0
50,0
45,0
0
1000
2000
7300
horas de funcionamiento
Fig. 41: Envejecimiento acelerado después 7300 horas de funcionamiento
36 | ETAP
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El camino hacia un cálculo correcto
ETAP pone a disposición una tabla en la que pueden consultar el factor de mantenimiento optimizado correcto para todas nuestras luminarias
led, de acuerdo con el entorno propuesto y el periodo de uso. De esta manera podemos ofrecer un cálculo más fiable. Y también la certeza de
que contarán con una instalación que sigue ofreciendo, incluso a largo plazo, los niveles de iluminación especificados.
Un ejemplo:
En un estudio de iluminación con U7 instaladas en un entorno de oficina, el factor de mantenimiento se calcula de este modo: 99% (factor
de mantenimiento de la lámpara) x 1 (el fallo de la lámpara en las luminarias de led prácticamente no existe, y por lo tanto no influye) x 0,94
(suciedad de la sala) x 0,95 (factor de mantenimiento de una luminaria cerrada) = 88% Esto significa que, tras 25 000 horas de funcionamiento,
se mantendrá el 88% del flujo luminoso. Después de 50 000 horas, se mantendrá el 87% del flujo luminoso: un porcentaje bastante superior
al valor estándar del 70% después del mismo número de horas (véase el cuadro de la página 7).
Después de 50.000 horas en un entorno de oficina, las luminarias U7 tienen un factor de mantenimiento del 87% (ver tabla).
Tipo de led
Luminaria de led
25kh
35kh
50kh
High Power
U7
88
87
87
LLMF (%)
25kh
35kh
50kh
99
98
97
Fig. 42: Extracto de la tabla de factores de mantenimiento y LLMF para U7 (estado medio 2014), para 25 000, 35 000 y 50 000 horas.
La tabla completa de factores de mantenimiento puede consultarse en el anexo 1 o en nuestra página web, en las fichas de producto.
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37 | ETAP
UPDATE
2.
INTEGRACIÓN DE SISTEMAS DE AHORRO DE ENERGÍA
Los LED no son solamente una fuente luminosa de gran eficiencia
energética: también trabajan en perfecta armonía con los sistemas
de control de la iluminación. Esta combinación tiene un alto
potencial de ahorro, aunque también ofrece otras ventajas: los
LED pueden regularse de forma más eficiente que las lámparas
fluorescentes, y las operaciones frecuentes de encendido y apagado
no acortan su vida útil. El control de la iluminación en función de
la luz natural también contribuye a compensar la depreciación de
una instalación led.
Los sistemas de control de la iluminación más populares son los de
detección del movimiento, que gradúan o encienden la luz cuando
los usuarios acceden o abandonan un espacio, así como los de
control en función de la luz natural, que regulan la luz en función
de la cantidad de luz natural que recibe un espacio. Si se combinan
ambos sistemas, es posible ahorrar un 55% de energía, o incluso
más, en situaciones específicas. En la actualidad, de cada seis
luminarias que vende ETAP, una está equipada con control en función
de la luz natural independiente.
U7 con control en función de la luz natural (ELS)
Los ledes son menos sensibles a la conmutación
Los ledes tienen características específicas que los hacen particularmente idóneos para el uso conjunto con sistemas de control de la
iluminación. Por ejemplo, los encendidos y apagados frecuentes apenas afectan a la vida útil de los ledes*. En cambio, cada vez que se
encienden y apagan, las lámparas fluorescentes pierden una pequeña parte del material emisor. Esto se puede apreciar, por ejemplo, en el
oscurecimiento de los extremos de la lámpara. En espacios con presencia de corta duración, como cuartos de baño o pasillos, la frecuencia de
sustitución de las lámparas fluorescentes aumenta llamativamente.
* Excepto para aplicaciones en las que los ledes se someten a temperaturas extremas.
Los ledes no plantean este problema, ya que son componentes electrónicos y no les afecta la conmutación frecuente. Por si fuera poco, cuando
un led se enciende emite desde el primer instante todo su flujo luminoso, lo que mejora el confort del usuario que entra en el espacio.
El control de la iluminación en función de la luz natural como control inteligente
Con el tiempo, cualquier instalación de iluminación va perdiendo una parte de su rendimiento lumínico (ver 4.1). Por este motivo, en la práctica,
las instalaciones de iluminación para entornos profesionales siempre se sobredimensionan en cierta medida. Con ello se asegura que, al final
de su vida útil, todavía alcance el nivel de iluminación necesario de acuerdo con las normas. Mediante el uso de ledes de calidad con diseños
innovadores, con una disipación del calor óptima, la depreciación se reduce al mínimo (del 10 al 15%).
Ahora bien, también existen maneras de reducir ese 10-15% de sobredimensionamiento restante sin perder por ello calidad de iluminación.
Actualmente existen controladores de alta gama que permiten programar un flujo variable a lo largo del tiempo, una llamada función de CLO
(Constant Light Output, flujo luminoso constante). Se programan en función de la reducción de la intensidad luminosa esperada. Se trata de
una proyección teórica que implica incertidumbre.
También podemos trabajar con un sensor de luz que mide el nivel real de la luz sobre la superficie de trabajo. En este caso, el controlador
funciona de una manera más intensa a medida que se reduce el nivel de iluminación. Este efecto es similar al que se consigue con el
control de iluminación en función de la luz natural. Por lo tanto, independientemente de que se aplique en la luminaria o en el sistema,
el control de iluminación en función de la luz natural tiene una doble ventaja: no solo ahorra energía, sino que también puede reducir el
sobredimensionamiento de una instalación y reducir los costes de inversión iniciales.
38 | ETAP
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UPDATE
115
115
E sin EL
S
110
110
105
Potencia absorbida relativa (P, %)
Intensidad luminosa relativa (F, %)
105
E con ELS
100
95
90
85
80
75
95
90
85
65
65
10
20
30
40
50
ahorro*
ELS
75
70
0
P con
80
70
60
P sin ELS
100
60
0
Horas de funcionamiento (h x 1000)
10
20
30
40
50
Horas de funcionamiento (h x 1000)
luminaria sin ELS
luminaria con ELS
Fig. 43: Un sensor de luz natural (ELS) evita el sobredimensionamiento de una instalación de iluminación.
De esta manera, el nivel de iluminación se mantiene constante y se ahorra energía.
* Ahorro adicional sumado al ahorro en energía que se obtiene por la incidencia de luz natural.
La condición es disponer de un margen suficiente para aumentar el flujo. Los ledes de potencia suelen funcionar a un tercio de su capacidad
máxima, por su eficiencia y por su control de la luminancia. Por lo tanto, disponemos del margen necesario para que funcionen con una
intensidad de entre un 10 y un 15% superior al final de su vida útil. Esto también es aplicable para los controladores que utilizamos actualmente.
¿Qué ocurre con la estabilidad y la fiabilidad de los sensores de luz natural? Este es un aspecto importante cuando el control de iluminación
en función de la luz natural influye en el rendimiento de la instalación. No supone un problema. Los sensores de luz natural no contienen
componentes sensibles al paso del tiempo. Son circuitos de semiconductores que funcionan a baja tensión. En principio, tienen tiempos entre
fallos (MTBF, Mean Time Between Failure) de cientos de miles de horas. Eso los convierte en componentes muy estables y fiables para controlar
una instalación de iluminación.
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39 | ETAP
Sección 5: Preguntas y respuestas
UPDATE
P: ¿Dónde puedo consultar las normas internacionales relativas a los ledes?
R: En www.lightingeurope.org encontrará las últimas directrices sobre normas de led: “LightingEurope Guide for the application of the
Commission Regulation (EU) No. 1194/2012 setting ecodesign requirements for directional lamps, light emitting diode lamps and related
equipment”. De conformidad con las normas de Lighting Industry Liaison Group, estas son las normas internacionales para iluminación led:
Tipo de producto
Requisitos de seguridad
Requisitos de rendimiento
Lámparas led con balasto
integrado para iluminación
general con tensión > 50 V
IEC 62560
IEC 62612/PAS, especificación
públicamente disponible
Sistema de control electrónico
para módulos led
IEC 61347-2-13
IEC 62384
Módulos led para iluminación
general
IEC 62031
IEC/PAS 62717
(Public Available Specification)
Luminarias de led
IEC 60598
IEC/PAS 62722-2-1: prestaciones de
las luminarias - parte 2-1: requisitos
específicos para luminarias led
Ledes y módulos de led
IEC 62504, Condiciones y definiciones para los ledes y los módulos de led en la
iluminación general
Comités Técnicos CIE
Normas TC2-46 CIE/ISO sobre las mediciones de intensidad de los ledes
TC2-50, Medición de las propiedades ópticas de los grupos y conjuntos de ledes
TC2-58, Medición de la radiancia y la luminancia de los ledes
TC2-63, Medición óptica de los ledes de alta potencia
TC2-64, Métodos de ensayo de alta velocidad para ledes
P: ¿Qué política de garantía se aplica a las luminarias de led de ETAP?
R: Todas las luminarias disfrutan de un periodo de garantía de cinco años. Dada la larga vida útil de los ledes, las sustituciones suelen ser
excepcionales, aunque también están garantizadas. ETAP emplea ledes universales (en lo que respecta a su arquitectura y huella). Solo varían
la eficiencia y el flujo luminoso. Cuando los ledes fallan, ETAP puede cambiar su PCB sin problemas. El flujo luminoso se puede ajustar al nivel
original si así se desea. (Para obtenir más información, consulte la garantía extendida en www.etaplighting.com)
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 ledes de color azul verdoso o los ledes blancos con un alto
componente azul (blanco frío, 6500 K).
40 | ETAP
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Terminología
Agrupamiento
Clasificación de (en este caso) LED en grupos con propiedades
similares, como por ejemplo por temperatura de color.
Luminiscencia
Proceso por el que se genera una partícula de luz (fotón) cuando un
átomo pasa de un estado energético superior a otro inferior.
CDM
Lámpara de halogenuro metálico de cerámica.
Marco de conexión (“lead frame”)
Elemento básico de un led de baja potencia, consiste en un marco
de metal para las conexiones eléctricas externas, distribución del
calor y reflexión de luz.
Chip led
componente semiconductor generador de luz
CIE
Commission Internationale de l’éclairage / Comisión Internacional
de Iluminación.
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).
Componente LED
Combinación del LED, la carcasa y la óptica primaria.
PCB
Placa de circuito impreso.
Cromaticidad
Coordenadas de color
Rendimiento luminoso descendente
Proporción del flujo luminoso total que se dirige hacia abajo (en una
fuente de luz suspendida en horizontal).
Densidad del flujo luminoso
Relación entre el flujo luminoso que fluye a través del led y su
superficie
Diodo
Semiconductor o corriente eléctrica conductiva muy buena en una
dirección, pero no en la otra.
Factor de mantenimiento
Factor que permite tener en cuenta la contaminación, el envejecimiento y el descenso del rendimiento de las fuentes lumínicas en
los cálculos de la luz.
Gamma o ángulo de emisión
Ángulo con respecto a la vertical, como en un diagrama polar.
IEC
International Electrotechnical Commission
IES
Illuminating Engineering Society: organismo reconocido internacionalmente en el ámbito de la iluminación.
LED
Abreviatura de “Light Emitting Diode”, diodo emisor de luz.
LM80
Método estadounidense aprobado por la IES para medir el mantenimiento de lúmenes de componentes led (“Measuring Lumen
Maintenance of LED Light Sources”).
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.
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Soldadura de hilos (“wire bonding”)
Conexión, normalmente de oro, entre semiconductores o entre
el semiconductor y el marco de conexión o contactos eléctricos
externos.
Sustrato
Material de soporte al que se fija el led junto con el reflector interno.
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).
TM21
Método recomendado por la IES para calcular la vida útil de los
componentes led (“Projecting Long Term Lumen Maintenance of
LED Light Sources”), en función de datos de medición LM80.
Unión
Zona activa en el material en estado sólido en el que se genera la
luz.
UGR
Índice de deslumbramiento unificado (modelo estimado que expresa
el riesgo de deslumbramiento). Los valores estándar oscilan entre
UGR 16 (bajo riesgo de deslumbramiento) y UGR 28.
Vida útil
Vida útil con relevancia económica para una aplicación concreta,
que es inferior a la vida útil media.
41 | ETAP
Anexo 1: Factor de mantenimiento de los productos led
Factor de mantenimiento % (Maintenance Factor, MF)
TIPO DE LUMINARIA
APLICACIÓN
25.000h
35.000h
50.000h
D42
OFICINAS
88
87
86
E10 / E11 / E12
INDUSTRIA
84
83
83
E7
INDUSTRIA
84
83
83
FLARE
OFICINAS
87
86
84
R7
OFICINAS
88
87
87
U7
OFICINAS
88
87
87
V2M11
OFICINAS
88
87
87
V2M17
OFICINAS
88
87
87
R8
OFICINAS
80
72
TBD
UM2
OFICINAS
84
80
TBD
V2M1F / J
OFICINAS
83
78
TBD
D1 / D2 / D3
OFICINAS
63*
LEDA
OFICINAS
63*
Informativo/condiciones
• Todos los valores de rendimiento corresponden a una
• LLMF se basa en LM80**/TM21***
temperatura ambiente Tamb = 25 °C
• El factor de mantenimiento arriba mencionado es un valor
indicativo: varía en función de los niveles de polvo y la
frecuencia de limpieza
• Factor de depreciación = LLMF * RMF * LSF * LMF
(CIE97: Publicación para iluminación de interiores)
LLMF: Factor de mantenimiento del flujo luminoso de la
lámpara (Lamp Lumen Maintenance Factor)
LSF: Factor de supervivencia de la lámpara
(Lamp Survival Factor)
RMF: Factor de mantenimiento de la sala
(Room Maintenance Factor)
LMF: Factor de mantenimiento de la luminaria
(Luminaire Maintenance Factor)
• El cálculo anterior del factor de mantenimiento se basa en los
siguientes datos:
LSF = 1 (los controladores defectuosos se sustituyen inmediatamente,
“spot replacement”)
LMF = 0,95 (para entornos de oficinas “limpios”)
RMF = 0,94 para entornos de oficinas “limpios” con factor de
reflexión: 70 techo - 50 pared - 20 suelo (salvo que se lleve
a cabo una limpieza del espacio tres veces al año).
42 | ETAP
LLMF (%)
TIPO DE LUMINARIA
25.000h
35.000h
50.000h
D42
98
98
96
E10 / E11 / E12
99
98
97
E7
99
98
97
FLARE
97
96
94
R7
99
98
97
U7
99
98
97
V2M11
99
98
97
V2M17
93
90
86
R8
90
81
TBD
UM2
95
98
TBD
V2M1F / J
93
87
TBD
D1 / D2 / D3
70*
LEDA
70*
* Fuente: Philips
** IES LM-80-08: método aprobado de pruebas de depreciación lumínica de fuentes de
iluminación led.
*** IES TM-21-11: proyección de depreciación lumínica a largo plazo de fuentes de
iluminación led.
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Notas
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43 | ETAP
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