Tecnología de las Luminarias LED y IV

El Sistema de Gestión Térmica

La gestión térmica, o lo que es lo mismo, una buena disipación del calor, es esencial para garantizar la duración y el correcto funcionamiento de una lámpara LED.

La disipación del calor es una de las claves de la duración de un LED. Es importante explicar que los LED no emiten calor (por eso se llama luz fría) y de hecho pueden tocarse cuando están encendidos sin peligro de quemarse los dedos. Pero eso no significa que no lo generen. Es decir, el calor, al contrario que una bombilla incandescente, sale en la dirección contraria a la luz, lo que influye en la duración y funcionamiento de la lámpara LED. Por este motivo es necesario “extraer” ese calor, ya que hasta el 90 % de la energía puede llegar a perderse.

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Distintos modelos de lámparas LED y disipadores de calor para cada una de ellas.

Una buena disipación del calor alargará la vida del chip. Para lograrlo, son claves los materiales empleados y un diseño que favorezca esta disipación. Además de influir en la durabilidad, el calor también puede afectar al color y a la calidad de la luz, de ahí la importancia de una correcta disipación. Existen diferentes técnicas y materiales a emplear para evacuar el calor generado.

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Tecnología Revolucionaria: Unión Directa Chip LED-Placa Base

En este sentido también es importante la carcasa exterior. Es importante que sea de un material ligero, resistente y que su estructura favorezca la disipación del calor (por una ejemplo una superficie estriada). Buenos materiales para ello son el aluminio, el magnesio.

¿De dónde sale el calor emitido por un LED?

El calor en un LED se genera por el llamado “efecto Joule”. Un LED funciona con corriente continua, por este motivo para que funcione en cualquier instalación eléctrica necesita un convertidor o driver que convierta la corriente alterna en corriente continua. En este proceso, la corriente de salida se vierte en la parte trasera del chip LED, concretamente en el punto de unión (la llamada unión T o T Junction).

La temperatura del punto de unión es clave a la hora de determinar la eficacia lumínica de un LED. Para que la lámpara LED funcione correctamente y su vida útil sea la máxima posible es fundamental evacuar eficientemente el calor que se acumula en el chip. El exceso de temperatura puede llegar a reducir considerablemente la vida de una luminaria LED y puede afectar también a la calidad de la luz emitida (color, intensidad, etc.).

Los LED’s siempre funcionan mejor a temperaturas bajas. A mayor temperatura, menor rendimiento.

La temperatura en un LED

En términos generales, una lámpara LED de luz blanca convierte entre un 70% y un 80% de la energía consumida en luz y entre un 20% y un 30% en calor. Una lámpara fluorescente convierte el 20% de la energía consumida en luz, el 40% en calor y cerca del 40% restante en radiación infrarroja (IR). Por su parte, una incandescente convierte alrededor del 10% en luz, el 20% en calor y la energía restante en radiación IR. Otra diferencia fundamental es que los LED’s no emiten radiación infrarroja (ni ultravioleta).

Estas características únicas hacen que los LED’s sean apropiados para ambientes fríos (cámaras frigoríficas o almacenes de productos frescos), para iluminar tiendas de ropa o museos e incluso para algunos tratamientos dermoestéticos. Además contribuyen a reducir los costes de climatización y minimizar los riesgos tanto para las personas como los equipos.

La disipación de calor en cuatro etapas

La disipación del calor de un LED se realiza en cuatro etapas sucesivas:

  1. El calor generado por el flujo de corriente se acumula en el punto de unión del chip.
  2. Desde el punto de unión se traslada a la placa base o circuito impreso
  3. Desde la placa base se trasmite al disipador de calor
  4. Del disipador de calor se libera al ambiente

 

¿Qué elementos influyen en la gestión térmica?

La placa base o circuito impreso

Los LED’s de baja calidad a menudo presentan defectos en la soldadura de la placa base o en el propio sustrato, que provocan que la resistencia aumente  de un punto a otro, lo que aumenta la temperatura del LED.

La técnica de mejor rendimiento utiliza en sus lámparas y luminarias la tecnología de unión directa a la placa base, en la que los chips van soldados directamente a la superficie de una placa de circuito impreso.  Esta técnica disminuye la resistencia térmica y disipa el calor casi 100 veces más deprisa que la convencional.

 Unión entre el chip y la placa base

Las conexiones entre los conductores y los bornes de conexión de los dispositivos que conforman el cuadro de mando y protección también influyen en la temperatura.

El disipador de calor (heat sink)

El disipador de calor es una estructura metálica, normalmente estriada, con surcos o aletas, que ayuda al desalojo del calor de los LED’s de una luminaria. Los disipadores de calor no suelen ser visibles (y a veces ni siquiera necesarios) en LED’s de baja potencia de uso doméstico o de uso externo, pero en aplicaciones industriales son absolutamente necesarios para que la lámpara alcance la duración determinada y funcione correctamente incluso a una temperatura ambiente alta.