Iluminación LED – matices

El contenido del artículo

• Menos costos de electricidad, más luz
• ¿Cuánto tiempo durará la lámpara LED?
• Tipos de lámparas LED
• Selección de lámpara LED

En este artículo hablaremos en detalle sobre la iluminación LED, ya que en los próximos años estas lámparas se instalarán en la mayoría de las lámparas dentro y cerca de nuestros hogares. Aprenderá qué tipos de lámparas LED existen, de qué factores depende la vida útil de una lámpara LED, cómo tomar la decisión correcta..

En comparación con las lámparas domésticas habituales, con filamento y fluorescentes, la mayoría de nosotros sabemos muy poco sobre equipos eléctricos LED. No, los LED ordinarios han estado presentes en la vida cotidiana durante mucho tiempo, informándonos sobre el encendido de electrodomésticos o brillando con luces de colores en el árbol de Año Nuevo, pero ¿cómo pueden iluminar una habitación o una calle? Los LED son tan pequeños. Propongo examinar de cerca la iluminación LED desde todos los lados, porque en los próximos años estas lámparas se instalarán en la mayoría de las lámparas dentro y cerca de nuestras casas..

Menos costos de electricidad, más luz

Cualquier lámpara eléctrica convierte la electricidad que recibe en radiación de luz, visible para el ojo humano y medida en lúmenes. Cuanto mayor sea la eficacia luminosa, más eficientes son estas luminarias.

Comparemos las lámparas LED y las «lámparas Ilyich». Dos décadas antes, para mejorar la iluminación, los hogares sustituyeron, por ejemplo, una lámpara incandescente de 100 vatios por una más potente de 150-200 vatios, o instalaron lámparas con varios enchufes, aumentando en todo caso el consumo eléctrico. La relación entre la electricidad consumida y la eficiencia luminosa de las lámparas incandescentes es de 1 vatio aproximadamente 12 lúmenes. Es posible aumentar la eficiencia luminosa de tales lámparas solo aumentando la temperatura de calentamiento del filamento de tungsteno, pero esto reducirá seriamente su ya corta vida útil: una lámpara ordinaria de 100 W no puede brillar durante más de 1000 horas, ya que el calentamiento destruye el filamento incandescente. La única forma de aumentar la vida útil es reducir la eficiencia ya baja, que no supera el 15%. Por ejemplo, al reducir el valor de eficiencia al 4% al reducir el voltaje consumido por la lámpara, puede aumentar su vida útil mil veces, pero dicha lámpara brillará completamente tenue.

Las lámparas LED modernas por cada vatio de electricidad consumido producen al menos 100 lúmenes, la intensidad del flujo luminoso que generan excede la de las lámparas incandescentes en aproximadamente 10 veces. Por ejemplo, los reflectores LED son más eficientes y consumen menos energía que sus contrapartes incandescentes. La eficiencia luminosa de una lámpara LED depende del tipo y la temperatura del calentamiento del LED, las características de la fuente de alimentación, así como de su diseño: elementos ópticos y de dispersión de luz ubicados en la base de la lámpara.

Para lograr la máxima eficiencia luminosa, equipar una lámpara solo con LED de alta calidad no es suficiente. El fabricante debe construir el régimen térmico más efectivo dentro de él: si la temperatura de los LED en la región activa (la zona de recombinación de electrones en la superficie del cristal) aumenta en 10 ° C, entonces el flujo luminoso de dicha lámpara disminuirá en un 2.5%. En otras palabras, una lámpara LED que genera un flujo luminoso de 100 lúmenes, con calentamiento en la zona de recombinación de electrones de aproximadamente 25 ° C, después de la instalación en una lámpara cerrada puede calentarse en la zona activa a 100 ° C; la intensidad de su radiación de luz en este caso disminuirá a 80 lúmenes..

Directividad de la radiación luminosa. Las lámparas incandescentes y fluorescentes, que se instalan en luminarias, generan un flujo luminoso uniforme en todas las direcciones; dicha iluminación se puede enfocar en una dirección solo con la ayuda de una pantalla de lámpara o reflector. La emisión de luz de los LED siempre se dirige solo en una dirección, por lo tanto, las lámparas LED están equipadas con un elemento óptico (óptica secundaria) que cambia la dirección lineal del flujo luminoso de cada LED al ángulo requerido, lo que permite obtener cierta dispersión de luz..

La linealidad del flujo luminoso producido por una lámpara LED es tanto una ventaja como una desventaja de las lámparas de este tipo: por un lado, los lúmenes no se desperdician e iluminan solo las áreas necesarias, lo que permite instalar lámparas de menor potencia en las lámparas. Por otro lado, la construcción de iluminación con lámparas LED debe tomarse de manera especialmente responsable, ya que la colocación incorrecta de los dispositivos de iluminación conducirá a la formación de áreas excesivamente iluminadas y demasiado oscuras en la habitación..

¿Cuánto tiempo durará la lámpara LED?

Varios fabricantes hablan de una vida útil de 30,000-100,000 horas, es decir, en el primer caso, la lámpara durará más de 8 años, en el segundo, más de 27 años, siempre que la lámpara se use diariamente durante 10 horas. Como se mencionó anteriormente, la vida útil de las lámparas LED depende de características similares del LED; echémosle un vistazo más de cerca..

El primer criterio que influye en la vida útil de un LED es la calidad del cristal LED y la uniformidad de su estructura. Durante el funcionamiento, el cristal se degrada por dos razones: como resultado de múltiples violaciones de la red cristalina y debido a la migración de átomos metálicos que forman los electrodos..

a) construcción de un LED convencional: 1 – ánodo; 2 – cátodo; 3 – conductor; 4 – cristal; 5 – lente de plástico
b) construcción de un LED potente: 1 – cuerpo; 2 – conductor; 3 – disipador de calor; 4 – cristal; 5 – lente; 6 – cátodo

En aquellas zonas del cristal donde la red cristalina ha sufrido más daños, la electricidad se consume solo con la liberación de calor, es decir, sin radiación de luz. No se ha establecido la causa exacta de este defecto y se cree que se debe a la electricidad estática..

Los átomos de metal que penetran en la estructura cristalina desde los electrodos causan corrientes de fuga: el movimiento de la corriente en el cristal a través de inclusiones metálicas a nivel atómico, no se produce luz. Con un aumento en la corriente y la temperatura, el proceso de penetración de los átomos de metal en el cristal del LED aumenta bruscamente, mientras que la radiación de la luz y el voltaje caen; dicho LED fallará rápidamente. Esta desventaja es inherente a las lámparas LED «overclockeadas» económicas, que tienen un alto brillo con una disipación de calor insuficientemente eficiente; los fabricantes sin escrúpulos prefieren esta, la forma más barata de aumentar el rendimiento lumínico de sus productos debido a la vida útil relativamente corta del producto..

Sin embargo, no solo el fabricante, sino también el usuario suelen tener la culpa del aumento de temperatura dentro de la lámpara LED y, como resultado, del rápido desgaste. Un radiador que elimine el calor de los LED debe liberarlo al aire circundante o a la pared a la que está fijada la luminaria. Si instala varias lámparas LED en un techo suspendido o cierra su bombilla con un material adyacente, incluso la lámpara de la más alta calidad se sobrecalentará rápidamente debido a la falta de espacio para la disipación del calor. Por cierto, será correcto instalar lámparas de techo LED Armstrong en el falso techo, realizadas en forma de paneles..

La mala disipación de calor durante el funcionamiento de la lámpara LED también afecta el fósforo que cubre el cristal LED y el sistema óptico integrado en el LED. Un signo de desgaste del fósforo es un tinte azulado de la radiación luminosa provocada por el predominio de la radiación directa del cristal. El sistema óptico, hecho principalmente de silicona o plástico, pierde su transparencia, lo que reduce la salida de luz de los LED..

Cabe señalar que los LED de cuatro de los mayores fabricantes del mundo en esta área, a saber, la empresa japonesa Nichia, la holandesa Philips, la estadounidense Gree y la alemana Osram, tienen el mayor rendimiento y la vida útil más larga. Con respecto a la vida útil de las lámparas LED, cabe señalar que pueden generar radiación luminosa durante varias décadas, pero la intensidad de esta radiación irá disminuyendo gradualmente por las razones descritas anteriormente. Después de 25,000 horas (cuando se trabaja 10 horas al día – 6.5 años) de operación, la intensidad del flujo luminoso disminuirá en un 25-30%, lo que, sin embargo, cumple con los requisitos de los estándares modernos..

Tipos de lámparas LED

Dependiendo de su propósito, las lámparas LED se dividen en calles, industriales y domésticas..

Las luminarias LED para exteriores que emiten luz blanca están destinadas a la iluminación de carreteras, parques y diversas estructuras arquitectónicas, no tienen lámpara reemplazable. Su carcasa tiene dos propósitos: proporcionar la máxima protección contra el polvo y la humedad, así como actuar como un radiador que elimina el calor a la atmósfera..

Las luminarias para oficinas (luz blanca), vivienda e instalaciones comunes y talleres industriales tampoco cuentan con elementos recambiables y prácticamente no necesitan mantenimiento. Se diferencian de las luminarias para calles en que cumplen con requisitos más estrictos de calidad de iluminación, reproducción de color estable y condiciones de funcionamiento..

Las lámparas LED para el hogar (luz amarilla) tienen una potencia baja (hasta 20 W), su diseño y características cumplen con una serie de requisitos de calidad de iluminación, seguridad contra incendios y eléctrica, se distinguen por su apariencia decorativa. Normalmente, las luminarias domésticas están equipadas con bombillas LED reemplazables. Este grupo de lámparas es el más diverso en su diseño y ubicación de instalación: se pueden incrustar en el techo, piso, paredes, muebles, suspendidas, usarse para iluminación de mesa, como luz nocturna, iluminación puntual, etc..

Selección de lámpara LED

La vida útil de una lámpara LED depende de una serie de características incorporadas durante la producción, por lo tanto, el nombre del fabricante es importante al elegir, es decir, solo el criterio de precio no determina su calidad. Pasemos a la elección: cómo no cometer errores comprando una lámpara LED no barata en absoluto?

El criterio de selección habitual – potencia de la lámpara en vatios – no es del todo indicativo en relación con las lámparas LED, ya que solo informa su consumo energético por unidad, y necesitamos conocer la cantidad de radiación luminosa.

La emisión de luz, medida en lúmenes (lm), caracteriza la capacidad de una lámpara determinada para iluminar una habitación. En algunos casos, el fabricante «olvida» indicar el valor del flujo luminoso en el empaque de la lámpara, citando solo una comparación con una lámpara incandescente de cierta potencia; dicen, esta lámpara LED se corresponde completamente con ella en términos de calidad de iluminación. Sugiero utilizar la tabla siguiente para determinar la relación entre la emisión de luz y la potencia de la lámpara..

Potencia de la lámpara incandescente (W)	Lámpara fluorescente, potencia (W)	Lámpara LED, potencia (W)	Flujo luminoso (lm), promedio
20	5-7	2-3	250
40	10-13	4-5	400
60	15-16	8-10	700
75	18-20	10-12	900
cien	25-30	12-15	1200
150	40-50	18-20	1800
200	60-80	25-30	2500

Parecería que estos datos son suficientes para elegir una lámpara LED, pero no es así, se debe tener en cuenta que las lámparas LED emiten un haz estrecho, a diferencia de las lámparas fluorescentes e incandescentes. Los fabricantes amplían el ángulo de iluminación de la lámpara con un elemento óptico, que indica el ángulo de divergencia del haz de luz en el paquete. Si el ángulo es de 120 °, esto significa lo siguiente: el flujo luminoso emitido por la lámpara disminuye a la mitad a medida que el flujo de luz se desvía del eje central en 60 °. El patrón de directividad de la radiación de luz con una divergencia de 120 ° es bastante amplio: el espacio debajo de dicha lámpara se iluminará en un área grande con casi el mismo brillo. Las lámparas LED con un ángulo de divergencia de 20 ° a 30 ° son adecuadas solo para iluminación de áreas (acento), no son adecuadas para la iluminación de habitaciones ordinarias.

Genial, podría pensar, debería elegir lámparas LED con divergencia de 120 °, ¡no importa qué! La iluminación de gran angular crea otro problema: alto brillo en gran angular, que puede causar incomodidad a los ojos de los hogares. Por esta razón, las lámparas con un gran ángulo de divergencia solo se pueden instalar en luminarias de techo y pared en las que se cumpla el requisito de un ángulo de protección. Permítanme explicar: el ángulo de protección de la luminaria es el ángulo más grande en el que la fuente de luz (lámpara) en sí no cae en la línea de visión directa del ojo humano, es decir, no ilumina los ojos. El ángulo de protección en las luminarias se crea con la ayuda de pantallas de celosía, colocadas a una cierta distancia de la bombilla de la lámpara..

El siguiente indicador es la temperatura de color o, en otras palabras, el tono de color de la radiación luminosa generada por una lámpara determinada. Si todo era simple con las lámparas incandescentes, su luz era solo amarilla, entonces en el caso de las lámparas fluorescentes y LED, este no es el caso. Al elegir una lámpara, asegúrese de prestar atención a la temperatura de color indicada en el paquete en grados Kelvin:

• De 2700 a 3500 ° K: la llamada luz «cálida» con un tinte amarillo, similar a la radiación de luz de las lámparas incandescentes. Al mismo tiempo, las lámparas con una temperatura de color de 2700 ° K emiten una luz amarilla pronunciada, pero su flujo luminoso no es tan fuerte, y aquellas con una temperatura de color de 3500 ° K se distinguen por una radiación de luz más potente con tonos más bajos de amarillo (producen más luz blanca que amarilla).
• De 4000 a 5000 ° K: emisión de luz blanca neutra, que proporciona una iluminación brillante. Estas lámparas se utilizan comúnmente en oficinas, empresas e instituciones públicas;
• Más de 6500 ° K: luz blanca fría con alta eficacia luminosa. Este grupo de lámparas solo se utiliza para alumbrado público..

Por último, asegúrese de prestar atención al índice de reproducción cromática (índice de reproducción cromática) que se indica en el embalaje de la lámpara; su valor numérico caracteriza en qué medida el color de los objetos iluminados por esta lámpara coincidirá con su color natural. El valor óptimo de este indicador será un índice de reproducción cromática de 70 y superior (o un grado de reproducción cromática de al menos 2A). Las farolas pueden tener un valor de índice más bajo de 60 (o 2B), pero no más bajo.