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Cómo se genera la luz
• Se produce por el paso de un electrón, desde un cierto nivel energético a otro menor. La frecuencia del fotón generado es proporcional a la diferencia entre ambos niveles energéticos. Es costumbre usar la longitud de onda en lugar de la frecuencia. λ=c/f
• En un diodo LED, cuando un electrón se recombina al cruzar la juntura, se genera un fotón.
Eficacia Luminosa • La potencia óptica radiada por una fuente de
luz es:
• La Eficacia Luminosa es:
• 1W radiado en 555nm producirá 683 Lúmenes de luz, es decir una eficacia luminosa de 683 Lm/W
dPP )(
dP
dPVW
Lm
P
lum
)(
)()(683
Eficiencia Luminosa..Es el término usado por la comunidad Luminotécnica para clasificar las fuentes de luz
• Donde VI es la Potencia eléctrica que transforma el sistema en Luz, calor y radiación no visible.
IVEficiencia Lum
Fuente de luz Eficiencia Luminosa Lm/W
Lámpara de Edison 1879 1.4-5
Incandescente de Tungsteno 15-20
Tungsteno Halogenado 20-30
Lámpara Fluorescente 50-90
Mercurio de Alta Presión 50-60
Haluros Metálicos 80-125
Sodio de Alta Presión 100-140
De qué color se percibe la luz
• Tenemos tres tipos de fotoreceptores sensibles
al color y que son sensibles al Rojo, Verde y
Azul. La curva de sensibilidad de cada uno de
ellos se llama X,Y,Z, respectivamente.
Coordenadas Tricromáticas
• Al evaluar el espectro emitido por un iluminante o
reflejado por un objeto, según las curvas de
sensibilidad tricromática se obtienen tres potencias
que nos evocan la sensación de Rojo Verde y Azul,
X,Y,Z, si se obtiene la fracción del total de luz que se
emite en cada color, se obtienen las coordenadas
tricromáticas de ese espectro.
ZYX
Zz
ZYX
Yy
ZYX
Xx
;;
1 zyx
Diagrama tricromático CIE 1931
• Como x + y + z = 1, basta con conocer x e y, ya que z queda
determinada por ellos, por lo que se representan los espectros
visibles en un sistema de coordenadas x, y, llamado “espacio
de color”.
¿De qué color se percibe un objeto iluminado?
• El color de un objeto iluminado dependerá de
su factor de reflexión espectral y del espectro
del iluminante.
• El iluminante se caracteriza en su capacidad de
reproducir los colores por su Índice de
Rendimiento de Color (CRI), que va de 0 a
100, el estándar D65 es incandescente y tiene
un CRI de 100.
Luz Blanca
• Se considera que una luz es blanca cuando sus
coordenadas tricromáticas se encuentran
alrededor de 1/3,1/3,1/3.
¿Cómo es la luz generada por el LED simple?
• La luz generada por un diodo LED está muy
cercana a ser monocromática.
• La luz generada por un LED es muy
dependiente en su espectro y eficacia de la
temperatura de juntura.
¿Qué ventajas presenta esta característica?
• El hecho de ser un emisor cuasi monocromático permitiría lograr muy altas
eficacias luminosas.
Color λ(nm)
U.V. <390
Violeta 390-455
Azul 455-490
Cián 490-515
Verde 515-570
Color λ(nm)
Amarillo 570-600
Ámbar 590-600
Naranja 600-625
Rojo 625-720
I.R. >720
• Para ser usado en señalización presenta ventajas de
tamaño y duración, su rendimiento de color es
irrelevante. Un campo de especial interés se presenta
en el diseño de semáforos.
• Permite la construcción de pantallas de
representación visual, de gran tamaño.
• Permite el diseño de sistemas de iluminación
especiales, para uso en agricultura, acuicultura y
pesca.
• Presenta gran utilidad en el tratamiento de polímeros
en odontología.
• Ha presentado excelentes resultados en el tratamiento
de las depresiones estacionales.
¿Qué desventajas presenta?
• Debido a ser cuasi monocromático no se puede usar
como iluminante general.
• Requiere un sistema de alimentación eléctrico que
entregue corriente constante, el cual no es de bajo
costo.
• Requiere sistemas de disipación de calor adecuados
debido a ser poco eficiente y sus características son
muy dependientes de la temperatura de juntura.
Luz Blanca
• Una aplicación muy interesante para el LED es en la
iluminación general de casas y oficinas y para esto
deben presentar :
• Alta eficiencia
• Alta capacidad de disipación
• Buen Índice de Rendimiento de Color (CRI)
• Alta confiabilidad
• Bajo costo de fabricación
• Amable con el medio ambiente
¿Cómo lograrlo?
• Se puede obtener luz blanca a partir de emisores
monocromáticos mediante la confección de emisores
• Dicromáticos
• Tricromáticos
• Tetracromáticos
• Combinando dos fuentes cuasi monocromáticas es
posible lograr luz blanca de este emisor dicromático.
• Combinando tres fuentes cuasi monocromáticas se
tiene una fuente tricromática.• La Eficiencia de esta fuente es de 32Lm/W (Chhajed et al, J. App.Phys,
97,054506 (2005). O sea un 10% de la energía eléctrica se transforma en
luz.
• Al combinar 4 o 5 fuentes se tiene un emisor tetra o pentacromático, tienen
un CRI muy alto pero menor eficacia que los otros emisores.
• Si se toma parte o toda la radiación proveniente de un
LED y se usa para estimular uno o varios tipos de
fósforos es posible obtener luz blanca.
• En la conversión de longitud de onda se presenta una
pérdida que es intrínseca al fenómeno, es la llamada
eficiencia cuántica externa, la que relaciona los
fotones emitidos por el fósforo con respecto a los que
absorbe.
• Debido a esta pérdida, estos emisores tienen una
eficacia menor que aquellos basados en dos o más
emisores cuasi monocromáticos, aún cuando en
general presentan ventajas semejantes .
• Ventajas de uno u otro tipo de LED
• Se puede lograr una buena reproducción de
colores y buena eficiencia, dependiendo del
sistema de alimentación usado.
• El de mayor eficacia es el dicromático,
aunque mejora el CRI con el número de
fuentes usadas, empeorando la eficacia.
• Reemplaza con ventajas a las lámparas
Incandescentes dicroicas, para ser usadas en
iluminación decorativa, puntual y de acento,
así como en detalles sutiles en paisajismo.
• Permite emitir una vasta gama de colores al
usar LED monocromáticos agrupados
adecuadamente y con un buen control.
• Puede reemplazar, en algunos casos, a las
lámpara fluorescentes compactas, dependiendo
de la luminaria.
• Al poder emitir su flujo luminoso en un ángulo
muy pequeño, permite conseguir
iluminaciones puntuales adecuadas para se
usadas en linternas y otros medios de
iluminación portatil.
• Con una alimentación conmutada
adecuadamente para disminuir la generación
de calor se usan en exploración médica de
última generación.
Uso en Alumbrado Público
• Una buena luminaria de alumbrado público es
aquella que coloca la mayor parte del flujo
luminoso de lámpara sobre la calzada, de
manera uniforme y permitiendo el mayor
distanciamiento entre postes.
• Para cautelar esto las luminarias a ser usadas
en alumbrado público se clasifican según como
distribuyen la luz sobre la calzada.
Rendimiento Calzada: 43.31%
Rendimiento Vereda : 41.33%
Pe= 155W, 4 Módulos de 28 LED
Tipo: I, Corta, semicutoff
Rendimiento Calzada: 41.6%
Rendimiento Vereda : 44.8%
Pe= 120W, 4 LED incorporados en óptica
Tipo: I, Corta, Cutoff
Rendimiento Calzada: 63.9%
Rendimiento Vereda : 27.7%
Pe=125W, 5 módulos de 20 LED cada uno
Tipo: III, Corta, Cutoff
• Las luminarias LED para alumbrado público que han llegado a
Chile, sólo sirven para ser usadas en paseos peatonales y
plazas, teniendo en consideración que serán más caras que las
luminarias tradicionales, para igual espaciamiento y que estas
son más eficientes energéticamente, ya sea con lámpara de
Haluro metálico o de Sodio de alta presión.
• El problema de la disipación de calor es bastante crítico en
ellas.
• Al ser todas cortas, hay que usar más luminarias por Km que
con luminarias convencionales y con mayor costo.
• Su eficiencia es menor que la de lámpara convencionales.
• Su larga vida es dependiente del diseño, estabilidad y
construcción del equipo eléctrico que lo alimente. Un equipo
mal diseñado puede hacer que la eficiencia caiga mucho,
además de crear problemas adicionales de temperatura y color.
Conclusiones
• Los LED como elementos iluminantes están en
plena etapa de desarrollo, siendo una
tecnología emergente que presenta grandes
desafíos, que entrega soluciones interesantes a
diversas situaciones lumínicas y promete ser
una buena solución cuando se hayan
solucionado los actuales problemas ópticos y
eléctricos que presenta.