Un componente eléctrico que se utiliza para emitir luz en un espacio se denomina dispositivo de iluminación. Las palabras iluminación "high bay" y "low bay", que definen principalmente el área y la altura de los techos involucrados, se utilizan con frecuencia en el negocio de la iluminación. Un accesorio de iluminación llamado luminaria de bahía alta está hecho para sitios industriales que están elevados sobre el suelo o una superficie de trabajo. Las aplicaciones para la iluminación de bahías altas pueden incluir sistemas de iluminación hechos para su uso en "bahías altas" como almacenes, plantas industriales, establecimientos minoristas de tamaño considerable, estadios deportivos o similares, donde los techos pueden ser de 30 pies o más.
En comparación con las bahías altas HID convencionales, las luminarias LED de bahía alta brindan una serie de beneficios, que incluyen un consumo de energía reducido, mejores salidas con corrientes de conducción más altas, vida útil más larga, mayor robustez, tamaño más pequeño, conmutación más rápida y durabilidad y confiabilidad excepcionales. Sin embargo, las complejidades provocadas por el sobrecalentamiento de los LED son un problema grave con el uso de iluminación de estado sólido.
La fuente de calor y luz es LED
El diodo semiconductor es la base de los dispositivos de iluminación de estado sólido, que están representados por diodos emisores de luz. Los electrones y los huecos se vuelven a unir cuando el diodo está polarizado directamente (activado o encendido), liberando energía en forma de luz. Estos dispositivos optoelectrónicos producen calor como consecuencia de convertir la energía en luz, que, si se permite que se acumule, puede aumentar la temperatura de trabajo, lo que resulta en un deterioro de la eficiencia y fallas prematuras. La capacidad de controlar la temperatura de una unión y alcanzar la temperatura de funcionamiento ideal en estado estable a menudo determina el rendimiento de un LED. una peor salida de luz, una peor eficiencia de la luminaria, una longitud de onda dominante e incluso una esperanza de vida más corta se correlacionan con frecuencia con una temperatura de unión más alta. La temperatura de unión del LED tiene una influencia considerable tanto en su eficiencia general como en la vida útil L70. Para un LED de nitruro de galio (GaN), la vida útil se puede reducir en 10 kHrs (1000 horas) por cada aumento de 10 grados en la temperatura de unión (más de 25 grados). La eficiencia de los LED disminuirá en más del 10 por ciento si la temperatura de unión se eleva de 40 a 70 grados. Para mantener el rendimiento y regular la temperatura de funcionamiento de la luminaria LED para un cierto cambio en la temperatura de la unión y la temperatura ambiente, se deben diseñar las soluciones de gestión térmica adecuadas.
Las áreas con altas temperaturas ambientales requieren iluminación de gran altura
Los accesorios de iluminación a menudo se montan en el techo o cerca del mismo en edificios de gran altura. Para proporcionar una iluminación adecuada, en estas lámparas se emplean comúnmente LED de alta potencia. La corriente eléctrica que recibe un LED y la temperatura de funcionamiento del LED afectan la cantidad de luz que produce. Se pueden usar señales de excitación eléctrica altas para excitar los LED con un flujo luminoso elevado; sin embargo, hacerlo con frecuencia da como resultado que los LED funcionen a altas temperaturas. Además, las aplicaciones de gran altura normalmente funcionan en entornos que son más corrosivos y severos que las aplicaciones de poca altura. Particularmente en instalaciones de fabricación como acerías, fundiciones y plantas de producción de vidrio, las configuraciones de bahías altas pueden tener temperaturas ambiente más altas, más polvo en el aire y partículas de aceite. Un LED puede dañarse por el calor producido por los circuitos que lo acompañan mientras se trabaja en un recinto con una pequeña cantidad de espacio y/o en un entorno con temperaturas ambiente altas.
Como resultado, es fundamental controlar el calor producido dentro de la lámpara LED mientras se usa iluminación de alta potencia en áreas con temperaturas ambiente altas. La gestión térmica se refiere a la capacidad de un sistema para eliminar de la luminaria alta el exceso de calor que se acumula en la unión, que con frecuencia puede deteriorar el fósforo y acortar la vida útil de la lámpara. Con el uso de materiales de primera calidad para las luminarias, diseños mejorados de disipación de calor e incluso sensores de temperatura que reducen automáticamente las luces cuando se acumula demasiado calor, los fabricantes de LED siempre están mejorando sus diseños para temperaturas más altas.
Utilice LED de alta calidad para sobrevivir
En general, los LED de alta calidad son componentes duraderos que pueden funcionar en ambientes calurosos. Por ejemplo, los LED CREE XM-L pueden funcionar a una temperatura de unión de hasta 150 grados. La salida de luz relativa de las luminarias LED cae solo un 10 por ciento a temperaturas ambiente de 60 grados en comparación con la salida de luz relativa a 25 grados. La resistencia térmica es un término utilizado para describir la capacidad general de un dispositivo para transportar calor en el sector LED. La conexión de difusión de calor y el empaque de los propios LED se han diseñado con rutas de resistencia térmica mínimas. La potencia máxima que se puede disipar en un paquete LED depende de su resistencia térmica así como de su temperatura máxima de trabajo. La resistencia térmica entre la unión del LED y el aire circundante determina la corriente directa máxima. Las fuertes temperaturas de unión de los LED son el resultado de una gran acumulación de calor dentro de los LED con una fuerte resistencia térmica. Cuando esto ocurre, los efectos del aumento de la temperatura de la unión en el LED pueden equilibrar los efectos del aumento de la corriente directa, lo que hace que el LED mantenga o incluso disminuya su nivel de salida de luz a pesar de los aumentos en la corriente directa. Para maximizar la vida útil de la luminaria y las propiedades ópticas, es crucial que la luminaria se construya de manera que minimice la resistencia al calor desde el punto de soldadura hasta el ambiente. La familia de LED OSLON Square LED presentada por OSRAM Opto Semiconductors tiene una baja resistencia térmica de solo 3,8 K/W, que funciona particularmente bien en temperaturas ambiente altas y puede alcanzar una vida útil significativamente superior a 50,000 horas incluso a altas temperaturas. temperaturas de hasta 135 grados en el LED. Basado en una operación de corriente constante con temperatura de unión mantenida a 120 grados o menos, los LED blancos Lumileds LUXEON K2 ofrecen un 70 por ciento de mantenimiento de lúmenes a las 50,000 horas de operación a una corriente directa de 1000 mA. Puede operar con poca pérdida de salida a temperaturas de unión de hasta 150 grados.
Control Térmico: Un Aspecto Crucial del Rendimiento del Sistema
Un diseño térmico efectivo es esencial para los accesorios de iluminación industrial, especialmente los módulos altos de estilo OVNI donde los circuitos y los LED se colocan en una carcasa cerrada, para reducir la temperatura de funcionamiento de dichos dispositivos optoelectrónicos y mejorar el rendimiento y la confiabilidad. Cuando se trata de diseños de gran altura, el disipador de calor, que con frecuencia es una carcasa de luminaria integrada, es el énfasis principal del diseño térmico. La unión de cada LED y la carcasa del controlador están diseñadas para ser enfriadas por un disipador de calor. Para expandir el área de la superficie del disipador de calor y facilitar un mayor intercambio de calor por convección con el aire circundante, los disipadores de calor suelen estar hechos de un material conductor del calor, como el metal, y tienen aletas o canales. Es posible una cámara de ventilación térmica incorporada que se funde en la carcasa. La composición del material y los factores ambientales afectan la conductividad térmica de la carcasa de gran altura. La conducción térmica es otro método para eliminar el calor residual que se basa en la geometría de los componentes del sistema. Cualquier material con una alta conductividad térmica puede usarse para fabricar disipadores de calor, incluidos, entre otros, cobre, aluminio y aleaciones metálicas. A pesar de que el cobre tiene una conductividad térmica de al menos 400 W/mK. Debido a su conductividad térmica relativamente alta y su simplicidad de fabricación, el aluminio es el metal elegido para los disipadores de calor. La carcasa de aluminio puede tener un recubrimiento de pintura en polvo acrílico aplicado a las superficies interna y externa para mejorar la disipación de calor y la resistencia a la corrosión.
