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LED, fuentes de luz de ahorro energético
 
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 LA FUENTE DE LUZ DEL FUTURO Imprimir Enviar Guardar
 
En la actualidad, nuestro modo de vida está demandando la adopción de sistemas económicos y energéticos que favorezcan el ahorro. De esta manera, protegemos mejor nuestros recursos naturales, controlamos el gasto excesivo y protegemos nuestro entorno de forma más acertada. Debido a ello, las actuales entidades públicas y privadas no dejan de buscar formas de gestionar sus actividades que estimulen un mayor ahorro. Dentro de este contexto, la iluminación es uno de los ámbitos que pueden contribuir a controlar más el gasto energético de las sociedades industrializadas.

Fruto de este empeño, han surgido en los últimos años muchos estudios que pretenden mejorar el alumbrado público y las instalaciones lumínicas mediante el uso de fuentes de luz más eficientes, sistemas de regulación más perfeccionados y un mejor control de la contaminación lumínica. En este ámbito, el uso de los LED (del inglés Light-Emitting Diode o “diodo emisor de luz”) se ha impuesto como una de las tecnologías que mejor pueden contribuir a lograr una iluminación más efectiva, barata y respetuosa con el medio ambiente.

De hecho, los LED están presentes ya en muchas facetas de nuestra vida. Aunque desconozcamos su funcionamiento y tipologías, estamos muy familiarizados con sus ventajosas aplicaciones y usos. Encontramos LED en objetos cotidianos como mandos a distancia, faros de coche, linternas, radios, televisores, teléfonos móviles y pantallas de relojes digitales. También los encontramos como focos de luz en espacios variados como cabinas de ascensores, pasillos interiores de casas y comercios, luces de escaleras, farolas de calles y parques o en estacionamientos de coches en exteriores e interiores. De las características, funciones, ventajas, aplicaciones e historia de los LED se tratará en el siguiente texto.


UNA LUZ FRÍA
Los LED son diodos semiconductores que son capaces de emitir luz cuando por ellos circula una corriente eléctrica en sentido directo. La gran diferencia que tienen respecto a otras luminarias más antiguas, como las lámparas incandescentes o las de neón, es que los LED convierten la energía eléctrica en luz sin necesidad de generar calor. Es decir, en los LED la radiación lumínica no es producto de un aumento de la temperatura (como ocurre con el filamento de una bombilla incandescente, por ejemplo), sino que se produce por la conversión directa de la energía eléctrica en energía luminosa. Esto se consigue cuando los electrones portadores de la electricidad atraviesan el diodo y emiten fotones (partículas elementales del fenómeno electromagnético). Debido a la ausencia de calor, la luz emitida por el LED se conoce como luz fría.

ESTRUCTURA Y COMPONENTES
En cuanto a su estructura, lo primero que hay que señalar es que un LED es un diodo, por tanto, es un componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. El principal rasgo que los diferencia de otras fuentes de luz es que no poseen filamentos ni partes frágiles de vidrio, lo que les facilita absorber vibraciones extremas sin llegar a estropearse. La parte principal de un LED es el chip (o diodo semiconductor emisor de luz propiamente) que se encuentra encerrado en una cápsula de resina epoxi. Los materiales semiconductores que forman el chip son combinaciones variadas de elementos químicos como galio, aluminio, arsénico, fósforo, etc. Desde este chip surgen dos terminales (cátodo y ánodo) que atraviesan su base y salen al exterior de la cápsula para que puedan conectarse a un circuito eléctrico.

Los LED poseen una gran ventaja: pueden operar con una tensión o voltaje de polarización directa muy baja, que puede variar también según el tamaño y color de luz que emiten. Otra diferencia notable con las lámparas convencionales es la emisión de luz. Las lámparas incandescentes, fluorescentes o halógenas radian la luz en todas direcciones de forma uniforme; en cambio, los LED la emiten a partir de la superficie superior del chip y la proyectan directamente en forma de cono.


VENTAJAS DE LA ILUMINACIÓN LED
Las ventajas desde el punto de vista energético que poseen los LED respecto a otras fuentes de iluminación son las siguientes: reducen significativamente el consumo energético, ya que necesitan menos energía para funcionar; son muy eficientes, ya que emiten una gran luminosidad por energía consumida; gozan de un tiempo de vida muy elevado, lo que contribuye a que se reduzcan los costes de mantenimiento; son muy seguros porque trabajan a muy baja corriente y tensión; y, por último, apenas generan calor cuando son implementados a baja potencia.

En cuanto a sus valores tecnológicos y de diseño, hay que apuntar que, debido a su solidez, pueden ser adaptados a aplicaciones que reciban ciertos grados de vibraciones. Además, la intensidad de su brillo puede ser regulada por medio de modulación en frecuencia y son ideales para el diseño de dispositivos de iluminación multicolor, ya que poseen una amplia capacidad de generar colores. Finalmente, permiten la elaboración de dispositivos de iluminación mucho más prácticos y de fácil instalación, ya que pueden ser fabricados con un tamaño muy reducido, lo que facilita su inserción en circuitos electrónicos y aparatos pequeños.


CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE
Las ventajas medioambientales del uso de los LED son muchas y notorias, aunque las más importantes son las siguientes: no contienen mercurio ni otros metales pesados, altamente contaminantes; al ser más eficientes producen menos emisiones de CO2 para conseguir la misma iluminación; al no generar tanto calor como las tradicionales se consigue ahorrar en climatización; generan una menor contaminación lumínica, ya que la luz que emite el LED siempre va direccionada y no se dispersa; su larga duración implica una menor necesidad de materias primas para lámparas de sustitución; y, por último, no emite radiación infrarroja ni ultravioleta.

ALGUNOS PUNTOS DÉBILES
Pese a todas estas ventajas, la tecnología LED arrastra algunos inconvenientes que deben ser subsanados para alcanzar una eficiencia completa. El mayor de todos es su baja tolerancia a las altas temperaturas: a partir de 65 ºC la mayoría de los LED se estropean. También requieren una elevada disipación térmica porque, aunque generan menos calor que las lámparas convencionales, resulta imprescindible que el que generan sea disipado para garantizar así un mayor tiempo de vida de la lámpara. Asimismo, el precio del LED es bastante más elevado que el de otras fuentes de luz. De hecho, en potencias grandes a partir de 100 W, puede resultar un producto muy caro.

PRINCIPALES APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA LED
El primer sector industrial que utilizó los LED fue el electrónico y la empresa IBM fue pionera en su uso en la década de 1970. Debido a su reducido tamaño, su bajo consumo y su rápido tiempo de encendido y apagado, los LED resultaban muy útiles para la señalización luminosa de pequeños aparatos como placas electrónicas, calculadoras, displays, relojes, juguetes, linternas, etc.

La posterior invención de los LED infrarrojos aportó otra de las aplicaciones más antiguas de estos diodos emisores de luz: el envío de información entre diferentes aparatos electrónicos, como mandos a distancia de televisores y equipos de música, llaves electrónicas de puertas de garajes o controles de aire acondicionado, entre otros. Al margen de estos ejemplos cotidianos clásicos, más recientemente los LED infrarrojos han sido ampliamente utilizados en la comunicación entre ordenadores y teléfonos móviles, aunque hoy han sido sustituidos por la tecnología Bluetooth.

No obstante, la aplicación más exitosa de los últimos años es la iluminación en muchos ámbitos, como la señalización e iluminación decorativa y funcional, la iluminación en automoción, las pantallas basadas en LED y la iluminación general. Todas ellas han permitido una gran gama de productos eficientes y poco contaminantes: alumbrados nocturnos urbanos basados en farolas con tecnología LED; bombillas y lámparas LED que iluminan comercios, organismos públicos o industrias; luces flash que iluminan cámaras de fotos y smartphones; señales de tráfico o faros de coches y locomotoras; y, finalmente, paneles informativos y pantallas de señalización del tráfico o de televisión gigantes formados por centenares de LED.


LAS BOMBILLAS LED
Desde el punto de vista doméstico, el gran uso actual de los LED son las bombillas de luz blanca destinadas a iluminar nuestros hogares. Hoy en día, las bombillas LED se están utilizando cada vez más como sustitutas de las bombillas de bajo consumo. Se estima que alrededor del 25 % de la energía que se consume en un hogar se destina a la iluminación. Para afrontar este gasto, resultan muy beneficiosas las bombillas LED, ya que, como hemos señalado, duran mucho y consumen muy poco. De hecho, se calcula que tienen una duración aproximada de 70.000 horas. Por eso resultan tan beneficiosas para ahorrar en el consumo energético de un hogar, a pesar de que resulten más caras que las bombillas de bajo consumo.

Respecto a estos dos tipos de bombillas, hay que señalar que la gran diferencia entre las bombillas LED y las de bajo consumo es que las primeras no contienen ningún elemento tóxico y alcanzan el máximo de su rendimiento desde el mismo momento del encendido, por lo que resultan más eficientes a largo plazo. Por el contrario, las bombillas de bajo consumo han de ser recicladas con tratamiento de residuos peligrosos.


¿CÓMO ELEGIR UNA BOMBILLA LED?
A la hora de seleccionar una bombilla LED, hay que tener en cuenta una serie de características. Lo primero que debemos saber es que las bombillas poseen una cantidad variable de LED (desde 3 hasta series de 20) y están fabricadas en diferentes materiales: cuanta más densidad de material activo, más eficiente y cara será la bombilla (ya que dará más luz). Actualmente, el modelo más extendido es el de 3 o 5 LED de alta densidad, ya que ofrece la suficiente cantidad de luz para un uso doméstico normal.

Otro factor a tener en cuenta es la potencia. En concreto, tenemos que saber los vatios de electricidad que consume la bombilla y los lúmenes de cantidad de luz que generan. Como sabemos, los LED necesitan pocos vatios para conseguir muchos lúmenes (lo que puede suponer un 80 % de ahorro en electricidad). Por ejemplo, una bombilla LED de 12 W equivale a unos 850 lúmenes y sustituiría a una bombilla de 60 W.

Otro parámetro es el ángulo de apertura de la luz: un ángulo menor (40º) se usa para iluminar espacios pequeños y objetos localizados, y un ángulo más abierto (120º) resulta más idóneo para iluminar una habitación. Por último, hay que consultar la temperatura de color de cada bombilla, que viene definida en grados kelvin. Según esta característica, podemos dividir las bombillas en tres tipos: blanco frío (5.800 K), que aporta una luz blanca intensa; blanco puro (4.500 K), de intensidad media; y blanco cálido (3.000 K), más tenue y acogedor.


LOS PRECEDENTES DE LOS LED
El origen del LED se remonta a 1907, cuando el británico Henry Joseph Round observó por primera vez un efecto de producción de luz en un diodo semiconductor. Este descubrimiento científico tuvo lugar mientras Round realizaba un experimento sobre la conducción de corriente en un cristal de carburo de silicio. De forma inesperada, el paso de corriente por dos puntos del cristal de silicio generó una pequeña cantidad de luz que llamó mucho la atención del científico, quien dejó constancia de su hallazgo en un informe que pasó del todo desapercibido por la comunidad científica.

Este desinterés general se repitió en la década de 1920 cuando el ingeniero ruso Oleg Vladimirovich Losev observó el mismo efecto de electroluminiscencia al aplicar corriente eléctrica en diodos elaborados con óxido de cinc y cristales de silicio, usados en receptores de radio. Esto le llevó a escribir sobre las propiedades de los primitivos LED en diversas revistas científicas, ya que intuyó que tendrían muchas aplicaciones en materia de sistemas de comunicaciones. No obstante, su prematura muerte a los 39 años durante el sitio de Leningrado impidió que sus investigaciones continuaran.


LA INVENCIÓN DEL LED
El primer LED de uso práctico fue creado en 1962 por Nick Holonyak, científico asesor en un laboratorio de la empresa estadounidense General Electric. Holonyak redescubrió el mismo efecto observado por sus antecesores Round y Losev en cristales semiconductores y, a diferencia de ellos, sí pudo desarrollar su invento. Este primer LED emitía luz roja y fue elaborado con una combinación de elementos: galio, arsénico y fósforo. Este hallazgo sí que obtuvo una gran repercusión debido a que contaba con dos ventajas muy destacadas respectos a las fuentes de luz habituales: la luz que emitía era fría y disponía de un elevado tiempo de vida, lo que la hacía ideal para aparatos como relojes, calculadoras, faros de coche, etc.

BUSCANDO LA LUZ BLANCA
En la década de 1970, se produjeron nuevos avances que contribuyeron a la consolidación de los LED. Se comenzó a usar el galio en combinación con el fósforo, lo que permitía una emisión de luz más eficiente y de mayor frecuencia. Además, se inició la fabricación de LED con luces de distintos colores, primero amarillo y luego verde, ámbar y naranja. Por último, la década se cerró con la invención del LED infrarrojo, muy utilizado en los mandos a distancia.

En la década de 1980, se introdujo el aluminio como material de los LED combinado con galio y arsénico, lo que permitió una luz de mayor brillo y un producto más eficiente y capaz de asumir corrientes elevadas. En la década de 1990, se sumó el indio como nuevo material, lo que aumentó la gama de colores y la vida útil del LED. En esa década también se consiguió el ansiado LED de luz azul (el color primario que faltaba), desarrollado por los japoneses Shuji Makamura, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, que recibieron por este hallazgo el premio Nobel de física de 2014. Gracias a este invento, se consiguió desarrollar la emisión de luz blanca en la década de 2000 mediante un LED de luz azul con recubrimiento de fósforo que producía una luz amarilla. La combinación del azul y el amarillo generaba una luz blanquecina de alta luminosidad, lo que permitió el gran triunfo actual de los LED: reemplazar a las lámparas convencionales como la principal tecnología de iluminación de nuestro inmediato futuro.


 
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