En frío: El papel de la gestión del calor en la optimización de la tecnología LED

Los diodos emisores de luz (LED) se han convertido en parte integrante de la vida moderna y han revolucionado el sector de la iluminación gracias a su eficiencia energética, su larga vida útil y su respeto por el medio ambiente. Sin embargo, como cualquier tecnología, los LED no están exentos de dificultades. Uno de los obstáculos más importantes para optimizar el rendimiento y la durabilidad de los LED es la gestión de sus temperaturas de funcionamiento. Este artículo profundiza en el impacto de las altas temperaturas de funcionamiento en la tecnología LED, desde los chips LED individuales hasta productos completos como lámparas, módulos y luminarias.

La relación entre la calidad de los LED y las altas temperaturas

La resistencia de un LED a las altas temperaturas de funcionamiento viene determinada en gran medida por su calidad. Los LED de alta calidad, como los fabricados por Nichia o Cree, mantienen sus prestaciones incluso a temperaturas elevadas. En cambio, los LED de menor calidad pueden sufrir fallos mecánicos, cambios de color o pérdida de brillo. Estos problemas potenciales ponen de relieve la importancia de evitar el funcionamiento a temperaturas superiores a las especificadas por el fabricante.

Exploremos los posibles resultados cuando un LED se somete a temperaturas superiores a las recomendadas por el fabricante:

1. Fallo completo del LED: Las altas temperaturas pueden afectar a los distintos materiales que componen un LED. Cuando el calor supera la tolerancia del material más débil, el LED falla por completo. En algunos casos, esto puede observarse visualmente como un daño físico en el chip del LED.

2. Disminución permanente del flujo luminoso (degradación del lumen): Incluso antes de fallar por completo, los materiales de un LED pueden sufrir cambios graduales e irreversibles debido a las altas temperaturas. Estos cambios provocan una reducción de la potencia luminosa del LED, un fenómeno conocido como degradación luminosa.

Normalmente, las lámparas o luminarias LED deben sustituirse cuando su potencia luminosa ha disminuido aproximadamente un 30% de la original. Este punto, denominado "L70", define esencialmente la vida útil del LED. La vida útil de un LED no viene determinada por el momento en que falla por completo, sino por el momento en que su potencia luminosa ha disminuido hasta el 70% del valor inicial.

Es importante señalar que la velocidad a la que un LED alcanza su punto L70 depende en gran medida de su temperatura de funcionamiento, la calidad de sus materiales y el diseño del encapsulado del LED. En algunos casos, los LED pueden alcanzar su punto L70 en unos pocos miles de horas, mientras que otros pueden tardar más de 200.000 horas en llegar a este punto, como se ilustra en los gráficos siguientes.

En algunos casos, la vida útil de un LED puede ser de tan sólo 2.000 horas.

3. Disminución temporal del flujo luminoso a altas temperaturas: Las altas temperaturas no sólo influyen en la vida útil a largo plazo de un LED, sino que también tienen un impacto inmediato en su rendimiento. Esta pérdida inmediata de rendimiento también depende de la calidad de los materiales y del diseño del encapsulado del LED. Por ejemplo, a 75 °C, el rendimiento de un LED puede disminuir entre un 5% y un 70% en comparación con el rendimiento indicado en la ficha técnica.

4. Cambios en la temperatura de color de los LED blancos: Además de influir en la vida útil y el rendimiento, las altas temperaturas de funcionamiento también pueden afectar al color de la luz emitida por los LED blancos. En algunos casos, los materiales de mala calidad o un diseño deficiente pueden alterar la temperatura de color de la luz de un LED de forma tan drástica que pase de blanco a casi azul de forma permanente.

La imagen siguiente ilustra los posibles efectos de las altas temperaturas de funcionamiento en un LED, incluida la degradación del lumen, la pérdida temporal de rendimiento y los cambios en la temperatura de color.

Teniendo en cuenta estos posibles problemas, es fundamental seleccionar LED de alta calidad para sus soluciones de iluminación. Por eso, en Lumistrips, hemos elegido LED de Nichia, Samsung y Seoul como nuestras opciones preferidas. Estas marcas son conocidas por su excepcional calidad, lo que garantiza que nuestros productos puedan soportar altas temperaturas de funcionamiento y seguir ofreciendo una iluminación fiable y de alto rendimiento a lo largo del tiempo.

Gestión eficaz del calor en la tecnología LED

La gestión eficaz del calor es un aspecto crucial para maximizar el rendimiento y la vida útil de los LED. El funcionamiento de los LED produce calor de forma inherente y, si este calor no se gestiona correctamente, puede provocar los problemas mencionados anteriormente. He aquí algunas estrategias clave para una gestión eficaz del calor en la tecnología LED:

• Diseño térmico: El diseño del propio LED, así como de los dispositivos que lo acompañan, es fundamental para una gestión eficaz del calor. Esto implica la elección de materiales con una alta conductividad térmica para la carcasa del LED y el disipador de calor, lo que permitirá que el calor se transfiera fuera del LED de manera más eficiente.
• Disipadores de calor: Los disipadores de calor son componentes que absorben y disipan el calor generado por dispositivos electrónicos o mecánicos. En la iluminación LED, los disipadores de calor suelen ser de aluminio debido a su excelente conductividad térmica. El tamaño, la forma y el diseño del disipador de calor pueden influir en gran medida en su eficacia para disipar el calor.
• Materiales de interfaz térmica (TIM): Los TIM son sustancias que se aplican entre el LED y el disipador de calor para mejorar la transferencia de calor. Rellenan los microscópicos espacios de aire entre las dos superficies, permitiendo una conducción más eficaz del calor.
• Sistemas de refrigeración activa: En algunas aplicaciones de LED de alta potencia, la refrigeración pasiva (como los disipadores de calor) puede no ser suficiente. Los sistemas de refrigeración activa, que utilizan ventiladores o refrigeración líquida, pueden utilizarse para mejorar la disipación del calor.

Empleando estas estrategias de gestión del calor, podemos reducir el riesgo de que las altas temperaturas de funcionamiento repercutan negativamente en el rendimiento y la vida útil de los LED.

El papel de los fabricantes en la gestión del calor de los LED

Los fabricantes desempeñan un papel crucial en la gestión del calor en la tecnología LED. No sólo son responsables de seleccionar chips LED de alta calidad, sino también de diseñar productos LED que den prioridad a una disipación eficaz del calor. Esto incluye la selección de disipadores de calor adecuados, la aplicación de materiales de interfaz térmica eficaces y la posible incorporación de sistemas de refrigeración activa en aplicaciones de alta potencia.

Además, los fabricantes deben proporcionar datos completos y precisos sobre el rendimiento y la vida útil de sus productos a distintas temperaturas de funcionamiento. Esta información permite a los usuarios tomar decisiones con conocimiento de causa a la hora de seleccionar productos LED para aplicaciones y entornos específicos.

En resumen, comprender el impacto de las altas temperaturas de funcionamiento en los LED es fundamental para cualquiera que participe en la selección, el diseño o la aplicación de la tecnología LED. Al elegir LED de alta calidad y dar prioridad a una gestión eficaz del calor, podemos optimizar el rendimiento, la eficiencia y la vida útil de nuestras soluciones de iluminación LED.

En Lumistrips, nos tomamos muy en serio estos factores, seleccionando únicamente los LED de mayor calidad y diseñando nuestros productos teniendo en cuenta una gestión óptima del calor. Este compromiso con la calidad y el rendimiento garantiza que nuestros clientes reciban soluciones de iluminación fiables, duraderas y eficientes que superan la prueba del tiempo.