Optimización de la gestión térmica y durabilidad de las luminarias LED

Conseguir una óptima gestión térmica es una de las claves para lograr que las luminarias LED sean fiables y tengan una larga vida útil. Los ingenieros de Televés han situado este reto en el centro de los procesos de diseño y fabricación.


Una de las características de las luminarias LED es que el calor, que se produce por el llamado efecto Joule, se proyecta en dirección contraria a la luz. Los LED funcionan con corriente continua y para poder usarlos en instalaciones eléctricas de corriente alternas se precisa un driver. En este proceso, la corriente pasa por el llamado punto o unión Tj, que es la unión del chip y la placa base. El control térmico de este punto es la clave para determinar la durabilidad del LED.

El calor generado por el flujo de corriente se acumula en el punto de unión del chip. Desde él se traslada al circuito impreso y de ahí al disipador de calor. Para transmitir correctamente este calor, es importante que las superficies sean lo más planas posibles y que no se produzca ningún efecto bending. Si se utiliza algún interfaz entre la placa de circuito impreso (PCB) y el disipador, hay que asegurarse de que no quede aire entre las superficies.

Imagen de_simulación_CFD_del_comportamiento_térmico_de_la_luminaria

En el ámbito de la tecnología LED, los estándares de referencia son los siguientes:

LM 80. Estándar de la Sociedad de Ingeniería de la Iluminación de Norteamérica (IESNA), aprobado para el mantenimiento del flujo luminoso de fuentes de luz LED. LM-80-08 se aplica al paquete de LED, matriz o módulo, no a un sistema completo (luminaria). Este estándar no proporciona orientación para la extrapolación de los resultados de las pruebas.

TM 21. Método estándar de la Sociedad de Ingeniería de la Iluminación de Norteamérica (IESNA), aprobado para tomar datos de LM-80 y realizar proyecciones de vida. Los estándares se aplican a la proyección de vida del paquete de LED, matriz o módulo. Los resultados suelen utilizarse luego para extrapolar la vida útil de una fuente LED dentro de un sistema (luminaria o lámpara LED), conociendo la temperatura de funcionamiento del LED en dicho sistema.

Factores clave


La vida útil de una luminaria es el tiempo durante el cual esta funciona sin llegar a perder más de un porcentaje determinado de su flujo lumínico inicial. Los elementos que determinan esta vida útil son la envolvente, los soportes, el módulo LED y, sobre todo, el driver.

En el caso del módulo LED, disponemos de dos parámetros. Por una parte, indicamos como Lxx (normalmente L70, L80 o L90) el porcentaje de flujo luminoso respecto al inicial que va a presentar la luminaria tras un periodo de tiempo. Dependerá de las características del LED, la corriente de funcionamiento y el diseño de la propia luminaria. Por otro lado, Byy describe el porcentaje de los LED que se sitúan por debajo de un nivel de flujo luminoso (Lxx), incluyendo los LED que pueden sufrir fallo catastrófico.

Pruebas de ensayo y verificación


Largos años diseñando complejos sistemas de transmisión de señal de televisión de hasta 5KW han proporcionado a Televés Corporación amplios conocimientos sobre disipación térmica. La aplicación de este know-how a los sistemas de luminarias se traduce en la obtención de diferencias de temperaturas notables, incluso de hasta 20º C con respecto a modelos comparables de importación, y fabricantes de primer nivel.

En la compañía, todo el trabajo de ingeniería complementa sus diseños y procesos de fabricación en el laboratorio de verificación, donde los datos arrojan una indudable mejora en la fiabilidad y durabilidad del producto.

Ensayos en_laboratorio_de_verificación_de_Televés_agosto_2019

La importancia del driver


Los drivers son el cerebro de la luminaria, y pueden ser el punto crítco del equipo. Televés diseña y fabrica sus propios drivers para luminarias LED, con componentes que proceden de proveedores de referencia. Se trata de condensadores electrolíticos de alta corriente y 10.000 horas a 105º C, lo que proporciona una durabilidad superior a 12 años. Están dotados de alta inmunidad frente a picos de potencia y frente a episodios ESD.

Despliegue de_luminarias_Retrofit_en_el_parque_de_la_Alameda_de_Santiago_de_Compostela

Otro factor que hay que tener en cuenta para maximizar la vida útil de las luminarias es su protección contra agentes externos. Las carcasas de las luminarias de Televés están fabricadas en aluminio 6063 T5 extrusionado y mecanizado, con tratamiento anodizado.

Esta aleación tiene una conductividad térmica muy superior a las utilizadas en inyección o fundición (210 W/Km). Además, es capaz de transferir más rápido el calor que la mayoría de las aleaciones de aluminio. Es una aleación que se usa en extrusión, no apta para otros procesos.

El tratamiento anodizado mejora todavía más el comportamiento térmico de esta aleación: alrededor de 3º C de diferencia entre un modelo anodizado y uno que no lo está. Se consigue así bajar aún más la temperatura de los LED y de la parte interna.

El tratamiento anodizado aporta, por otra parte, una gran dureza y resistencia a la corrosión salina. Se utiliza, asimismo, tornillería de acero inoxidable.

Todo ello ha permitido a las luminarias de Televés superar una prueba de niebla salina de 500 horas de duración, según la norma EN ISO 9227:2012.

Imagen de simulación CFD del comportamiento térmico de la luminaria

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