Los diodos emisores de luz, LED por sus siglas en inglés, desencadenaron una transformación clave en la tecnología de la luz. Este diodo es la base de las luminarias de alumbrado público hoy en día y ha marcado un antes y un después no sólo en su uso, sino también en el desarrollo de nuevas luminarias y en la exponencial evolución de la eficiencia del conjunto. La empresa Schréder Socelec responde en este artículo a las múltiples dudas que surgen cuando hablamos de tecnología LED en alumbrado exterior.
Para contestar a todas estas preguntas, y antes de nada, hay que resaltar que el led es un diodo que emite luz (Light Emitting Diode) y que un diodo es un semiconductor. Los leds están hechos con una gran gama de elementos de la tabla periódica, pero es el silicio el material fundamental y el más popular de la electrónica moderna.
Aspectos técnicos básicos de la Tecnología LED
Para hacer un diodo emisor de luz o led, se necesita muy poca energía inicial (bajo consumo), y se produce lo que se conoce cómo efecto electroluminiscente. Al someter el semiconductor
a una diferencia de potencial, éste reacciona emitiendo energía, parte de ella se pierde en calor, y parte se emite en forma luminosa con amplitud, dirección y fase aleatoria, entre el
infrarrojo y el ultravioleta, en función de los materiales usados en el semiconductor, siendo básicamente luz, muy concentrada en zonas del espectro visible al ojo humano (roja, amarilla,
verde, azul, violeta, etc.). O sea el diodo emitiría luz monocromática en la franja del espectro visible que deseemos.
La luz es energía y el ojo humano es capaz de visualizar la energía del espectro total entre 380 nm y 770 nm aproximadamente. Dentro de todo este espectro, se dan todos los colores que conocemos pero, para el alumbrado público, la luz a conseguir debe ser blanca.
Para lograr el led blanco usado en alumbrado exterior se utiliza la tecnología de recubrimiento fosfórico sobre un led de emisión lumínica azul, aquel por el cual los investigadores japoneses Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura obtuvieron el Premio Nobel de Física en 2014.
Dicho recubrimiento fosfórico trabaja a modo de filtro. Cuanto mayor sea la capa de fósforo, estaremos ante un led de blanco más cálido, mientras que a la inversa, cuanto menos filtro tenga el led, el blanco será más frío. De esta manera se consiguen distintas tonalidades de blanco dentro de la zona considerada como “blanca” en el diagrama de colores de la elipse de Macadam, donde se representan todos los colores perceptibles por el ojo humano.
Es interesante que los fabricantes de leds cubran tres zonas específicas dentro de la zona genérica de blanco con un mismo “tipo” de led: un blanco Neutro (en torno a 4000K), un
blanco Cálido (en torno a 3000K) y un blanco Frío (en torno a 5500K). De esta manera es posible abarcar todas las necesidades para el alumbrado público con luz blanca. Todos ellos con una reproducción cromática siempre superior a 70.
A grosso modo, en función del consumo y de la emisión lumínica, los leds se pueden clasificar en tres tipos: de señalización, de alta emisión y de alta potencia. Conocer sus diferencias es muy interesante e instructivo, pero nos vamos a centrar en la última tipología, los leds de alta potencia, por ser los más adecuados para el alumbrado público.
Leds de Alta Potencia
En este tipo de leds, se engloban principalmente los de tipo “single die” y los “multi die” de alta potencia. Son diodos que van en disposición única, desde 1 w hasta 5 w aproximadamente, en función del LED y de la corriente de alimentación que se dé sobre ellos. Su eficiencia hoy en día está entre 140-190 lm/w, dependiendo del tipo elegido y de su corriente de alimentación, son muy duraderos ya que pueden superar las 100.000 horas de vida y tienen un mantenimiento del flujo luminoso bastante aceptable, además envejecen muy poco, ya que sus materiales son de alta calidad.
Bajo un análisis técnico este tipo de led es el ideal para su uso en alumbrado público, ya que se pueden conformar ópticas específicas para cubrir las necesidades del alumbrado exterior, su vida es la adecuada para este tipo de aplicaciones, ya que puede superar las 100.000h, los materiales que conforman dicho LED hacen que su depreciación luminosa sea escasa y, además, tienen una eficiencia que supera cualquier fuente de luz usada hasta el momento en este tipo de aplicaciones (sin contar el Sodio Baja Presión, que está en desuso).
Además, Schréder destaca que estos diodos todavía tienen por delante una evolución tecnológica que nos hace pensar que todos los datos anteriores mejoran con los nuevos desarrollos que los fabricantes introducen cada cierto tiempo en este tipo de diodos.
La única contraprestación, añade Schréder, es el precio, ya que el led de alta potencia es más costoso de producir, comprar y montar que otros y, para ciertas aplicaciones de bajos requisitos, es posible que no sea el ideal, pero para la gran mayoría de aplicaciones de alumbrado exterior, es el LED perfecto.
Cabe resaltar un par de aspectos importantes a tener en cuenta en este tipo de LEDs. En primer lugar, hay que saber utilizarlos, y eso depende de la habilidad del fabricante de luminarias
en particular, no del diodo. Si los leds se disponen muy juntos en su montaje electrónico, es muy probable que pierdan eficiencia debido al calor que se generan unos con otros.
El otro aspecto a resaltar es el tipo de LED de alta potencia a utilizar. Nos vamos a centrar en los single die, ya que los multi die, conocidos también como multi chip, son menos eficientes por el mismo razonamiento anteriormente descrito y no son más que el uso de varios chips bajo un mismo encapsulado.
De esta manera en los single die -chips únicos- de alta potencia, tenemos diferentes diodos que dan lugar a diferentes tipos de LED, entre los que se encuentran los de 0,5 mm2, 1 mm2, 2 mm2 y 4 mm2. Todos ellos son chips de alta potencia, pero con diferentes características y funcionalidades.
Hoy en día un LED de alta potencia con un chip de 2mm2, puede alimentarse a 700mA como algo muy común, y eso nos da una potencia de en torno a 2.1W / LED, esto nos da una densidad de potencia de en torno a 1.05 W / mm2, si consideramos la misma densidad de potencia para un LED de 4 mm2, podemos llegar a alimentarlo a 1.4 A, presentando la misma densidad de potencia, pero con una emisión lumínica del doble de lo que teníamos con el LED de 2mm2.
El mejor led para alumbrado exterior
En resumen y a modo de conclusión, se puede decir que el LED es la mejor fuente luminosa jamás utilizada en luminarias de alumbrado exterior, que existen muchos tipos de LED y, entre ellos, actualmente el LED de alta potencia de 2 mm2 es el ideal para instalaciones de alumbrado exterior. Sin embargo, no hay que olvidar que hay otros tipos de diodos que en el futuro pueden ser protagonistas.
Podemos decir también que cuando comparamos luminarias de exterior con tecnología LED, debemos tener en cuenta principalmente dos conceptos, su fiabilidad y su funcionalidad. Su fiabilidad es la durabilidad que tendrá la luminaria, y esto se da principalmente a través de su concepción mecánica y su gestión térmica y electrónica. Mientras que su funcionalidad es su respuesta lumínica a cada aplicación en particular, con su flujo luminoso dado, sus características de color, su depreciación del flujo luminoso y su fotometría y que cualquier comparativa entre luminarias debe ser soportada siempre por un estudio lumínico, donde va a poder ser estudiada su respuesta global.