Como reducir la temperatura de una lampara LED para aumentar su vida útil.

Una lampara Led puede calentarse hasta 100°C.  Explico como reducir esa Temperatura y prolongar su vida útil.

Este articulo es el tercero y ultimo de una trilogía que aborda todas las modificaciones que puedes hacer a lamparas, bombillos y tiras LED, para prolongar su vida útil y prevenir fallas. Y enseña cuales son y como realizar algunas modificaciones en el chasis de estos dispositivos para reducir su temperatura. Puedes leer los otros articulo de la trilogía en los links que pongo al final del articulo. 

 

Reduce la disipación de calor de una lampara Led y evita fallas por agotamiento. Guía paso a paso:

Ya lo mencioné antes; Y esta de sobra si has leído los otros dos artículos. Pero para todos lo que hayan llegado directamente a este desde los buscadores en internet: Te recomiendo que leas el primer y segundo capitulo, pues en ellos menciono la lista de materiales, herramientas, recomendaciones, una breve introducción al tema. Todo eso ayudará a comprender mejor. 

Aun así, no es un requisito forzoso. Solo debes saber, que existen algunos factores bien conocidos que, afortunadamente,  se pueden mejorar para prolongar la vida de nuestras luminarias LED. Hablemos un poquitito sobre estos...

Tres causa  fundamentales que generan continuas fallas en los focos y lámparas LEDS:

1.-  La mala calidad de la energía eléctrica proveniente de las líneas de suministro, que se traduce en: Los picos, descargas, ruidos  y variaciones fuertes de tensión.

2.-  El valor de la intensidad de corriente (miliamperios) que se aplica a los LEDs dentro de la luminaria, está casi, o al límite, soportado de estos componentes. 

3.- La  mala disipación el calor en la estructura y circuitos con que están diseñados muchos modelos de focos y lámparas.

Sobre esos factores, encontraremos el origen del agotamientos prematuros en los componentes de estos dispositivos de iluminación. Por suerte para nosotros, podemos realizar modificaciones para reducir dicho agotamiento y prevenir fallas.

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Comencemos a conocer mas la tercera causas para después dar soluciones y vayamos de lleno al tema: La tercera causa mas importante y común que generan un desgaste prematuro y muchas fallas en un foco o lampara LED es... 

COMO LA MALA DISIPACION DE CALOR EN MUCHAS LAMPARAS, DAÑAN PREMATURAMENTE SUS LEDS Y OTROS CIRCUITOS.

Uno de los grandes retos en electrónica, es disminuir la temperatura que generan sus componentes. Cada grado generado por alguna pieza o circuito, significa una porción de energía eléctrica perdida que no se aprovechará. Un circuito electrónico ideal, seria aquel que usara toda la energía, transformándola en alguna función deseada: video, luz, sonido, datos, etc, sin perdida alguna. Ese circuito ideal no generaría calor. Pero eso es imposible actualmente, aunque cada vez se logran increíbles mejoras. 

Entonces: No teniendo opción, se deben asumir el reto de buscar métodos para lidiar con ese calorcito indeseable y disiparlo los mas rápido y eficientemente que se pueda del componente y/o circuito electrónico que lo genera. Y para el caso particular en los focos y lamparas LEDs, dicho reto es muy muy grande. Explico:

Ya sea por limitaciones físicas en busca de diseños estético, normas internacionales de exportación,  normas de seguridad, competencia de precios u obsolescencia programada, un gran porcentaje de focos y lamparas LEds tienen un sistema de disipación de calor bastante ineficiente. Y vaya que generan calor. Para colmo: el tipo de LEds que usan una gran mayoría de estos dispositivos, son hechos con materiales de silicones y plásticos que se degradan rápidamente con temperaturas medias (¡ya ni siquiera altas!) y la luz que se crea en estos LEDs (blanca o cálida), esta en un rango que generan mas calor que otros. Me refiero al tipo de LEDs  de montaje superficial (SMD) que por ser muy económicos, pequeños  y prácticos para las maquinas que los instalan, son los mas usados en la industria de luminarias LEDs. pero con la terrible desventaja de que a mas de 90°C, la degradación es acelerada. Y como cereza del trágico pastel: estos componentes se montan en espacio muy reducidos y en conjuntos muy numerosos. Cualquier luminaria LED respetable y practica, tiene al menos 10 de estos componentes. 

 

Diseño común en lampara que usa LEDs de montaje superficial (SMD). 

En resumen:

• LEDs SMD hechos con materiales degradables a temperaturas medias,
• Espectro de Luz que genera mucho calor. (Desde los 4000K y hasta 6700K),
• Grandes conjuntos de estos componentes en espacios muy reducidos,
• Un sistema de disipación de calor poco eficiente...

Son la formula para garantizar que ocurra alguna falla a media vida útil de cualquier foco o lampara LED. Entonces...

PROCEDIMIENTO PARA MODIFICAR LAMPARAS LEDS Y REDUCIR SU TEMPERATURA .

Tenemos que alterar y/o modificar la estructura física original de la lampara LED, para crear líneas de ventilación con perforaciones que no existen y/o agregar disipadores auxiliares de calor.

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Hasta ahora se pueden realizar 2 formas de esas modificaciones, dependiendo de la forma física que tenga la luminaria LED. veamos la primera: 

 

Caso 1: Luminarias LED compactas verticales: Tiene forma de campana, cónica o cilíndrica. A a veces llamadas: Focos o bombillos.

Para este tipo de luminarias, se deben crear canales de flujo de aire auxiliares en su estructura vertical; de abajo hacia arriba y en el interior de la luminaria. Esto ayudar a conducir mas rápido el exceso calor que generan los LEDs en el interior del foco o lampara, al entorno. Pues el disipador original no logra transferirlo adecuadamente.

En los modelos de luminarias LEDs, que tienen estas formas y algunos modelos cúbicos y similares: Tenemos que alterar su estatura para crear líneas de ventilación con perforaciones que crean canales de flujo de aire. Además de utilizar pasta térmica para mejorar la trasferencia de calor entre las uniones metálicas que identifiquemos como conductores de calor. 

 

Luminaria de LEDs con diseño vertical y forma de campana.

Caso 2: Luminarias LED horizontales: Tiene formas largas y planas.

En los modelos donde no se puedan realizar líneas de ventilación, como los diseños largos de tiras LEDs o formas planas para iluminación decorativa, Se pueden reemplazar o anexar disipadores de calor  planos hechos con tiras o laminas de aluminio, cobre o cualquier otro material de mejor conductividad térmica. colocando pasta térmica en puntos estratégicos entre el disipador y el circuito de LEDs para mejorar la trasferencia térmica.

Luminarias LEDs horizontales.

Y en los modelos que permitan ambas mejoras... ¡Pues aplicarlas!

Y claro: Existirán modelos que no se podrán modificar debido a un diseño muy exótico o complejo. O porque realmente no sea necesaria tal modificación, pues la temperatura que genera no pasa de 50 grados centígrados. 

Expliquemos cada caso con su respectiva modificación:

Modificaciones para lamparas LEDs del Caso 1: Verticales, con formas de campana y cilindros (bombillos, focos). 

Recuerden que para este tipo de dieños. vamos a crear un canal de flujo de aire que la mayoria de estas lamparas no tiene. Pero antes expliquemos la forma original de  como disipan el calor, para después exponer las modificaciones que se realizarán. Y como estas ayudan a reducir la temperatura en ellos: 

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Debido a su diseño compacto y forma física. se instalan y conectan todos los LEDs  sobre una plancha metálica que actúa como disipador. Por su puesto, esta plancha tiene una delgada capa de material que aísla la electricidad entre las conexiones del los LEDs y dicha capa aislante que también trasfiere muy bien el calor (se asume).   En los modelos de gama medias y altas, esta plancha que se usa como disipador es mas o menos gruesa y se acopla físicamente ( muy a menudo a presión) con toda la estructura de la luminaria que actúa como extensión de este disipador y se usa  algún pegamento o silicón de conducción térmica para fijar el acople. Observen la imagen siguiente:

Diseño típico usado para dispositivos de iluminación con leds.  

En la imagen de arriba, podemos ver un gran conjunto de Leds en un foco de buena calidad, que están montados sobre un disipador de calor metálico (redondo de aluminio en este caso) que se acopla a presión física con  un segundo disipador formado por toda la estructura con forma de campana. Y fijando esta unión con un silicón conductor térmico. Esto ayuda mucho a reducir la temperatura en el foco. y aun así, después de unos minutos de uso, se pueden detectar hasta 100 grados centígrados. 

En los modelos económicos o de baja potencia, no se agrega esta extensión de disipador y solo se cuenta con la placa donde se montan los LEds.  En muchas marcas de dudosa procedencia, dicha placa ni siquiera es de metal. Incluso se agrega toda la circuitería sobre ella, para ahorrar costos de producción.

Por su puesto: esos focos llegan a alcanzar temperaturas mas altas, degradando rápidamente a los Leds y otros componentes. Como consecuencia, solo se puedes garantizar  algunos meses de vida útil en estos casos. 

Lampara Led de mala calidad. monta los componentes sobre el mismo disipador de calor.

Afortunadamente, en el foco LEd mostrado en la ultima imagen,  la temperatura alcanzada no es un riesgo de degradación prematura, pues debido a la poca cantidad de LEds, la separación entre ellos y la estructura de gran tamaño (16.5 x 8.5 Ctms)  con rejas enormes de ventilación, no sobrepasa los 65°C. Pero no se confundan, pues pese a que se anuncia como un foco de 15 watts y 1400 Lúmenes, la realidad es que no llega a dos tercios de esa promesa, trabajando a máximo 10 watts y 800 lúmenes. Por eso la temperatura no es un problema... Simplemente no alumbra mucho; una estafa muy común. 

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COMO FORMAR UN CANAL DE AIRE AUXILIAR EN UNA LAMPARA LED TIPO BOMBILLO.

Básicamente, se busca Se realizan 3 grupos de perforaciones en  la estructuras que tengan esta forma de  luminarias LEDs. Veamos la imagen siguiente:

Si se realizan 3 grupos de perforaciones en  puntos estratégicos de la estructura de un foco LED. 

Detallemos  cada grupo de perforaciones que se debe realizar en este tipo de luminarias LEDs, guiándonos con la imagen anterior:

1.- Un conjunto de perforaciones que permita el acceso de aire frio del entorno  hacia el interior de la luminaria: 

Típicamente estas perforaciones se realizan al rededor del difusor de luz, en la parte  baja central de la luminaria, pues el aire frio fluye de abajo hacia arriba. Las perforaciones se hacen lo mas cerca posible  al conjunto de leds, en los bordes mas cercanos. Procurando que no afecten en la difusión de luz.

Primer grupo de perforaciones: Se hacen en el deflector de Luz.

2.-  Otro grupo de perforaciones internas, en el disipador donde se montan los LEds, que permita el flujo de aire a través de el, cuando este se caliente, pues el aire caliente siempre se elevará:  

Al energizar la luminaria, el aire frio del entorno que entró por el primer grupo de perforaciones, comienza a calentarse por el calor del disipador donde están montados los LEds.  Este aire caliente y encuentra una salida fácil en esa dirección por las perforaciones hechas de este segundo grupo, entrando en el interior de la campana o estructura cilíndrica de la luminaria, que también comenzara a calentarse y disipar calor. Debido a que estas perforaciones se hacen en el disipador donde están los LEds y otros circuitos, Se debe tener cuidado de no romper ninguna pista impresa que conecta a los LEDs. y se debe comprobar que no exista continuidad o corto circuito entre el disipador metálico y alguna pista del circuito que conecta a los LEDs.

Segundo grupo de perforaciones: Se realizan en el disipador de calor.

Debido a que es la parte donde están los LED y es una placa metálica con circuitos impresos, las perforaciones debe ser con un taladro de buena potencia y una broca delgada. Si se trata de hacer con algún punzón o taladra pequeño de baja velocidad o potencia, se corre el riesgo de dañar los componentes o alguna pista de conexión. tengan mucha precaución y cuidado al realizar las perforaciones.

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3.- Un tercer grupo de perforaciones hechas en la parte superior de la campana o cilindro de la luminaria, muy cerca de la estructura metálica que sirve para enroscar el foco en los zócalos:  

Este ultimo conjunto de perforaciones, permite un rápido y libre flujo de aire caliente hacia el exterior, cuando se acumula en el interior de la estructura de la luminaria, creando un vacío en el interior de la estructura que absolverá mas aire caliente para llenar ese vacío, manteniendo un flujo contante de refrigeración. Nada nuevo 

Tercer grupo de perforaciones: En la parte superior; para el aire caliente salga.

Así se crea un flujo de aire sinérgico que ayuda de manera extraordinaria a dispar el calor generado por los LEds dentro de un foco o lampara. 

¡Fácil!, ¿verdad?

Algo importante:

Debido a que retiramos el silicón de trasferencia térmica que une y fija el disipador de LEDs con la estructura metálica auxiliar, debemos buscar un sustituto que realice la misma función y aplicarlo. En tiendas departamentales y ferreterías, vende silicón térmico con las mismas características, que se usa para unir partes de motores en automóviles. pero también, si las estructuras se pueden fijar a presión,  resulta muy eficiente usar esa pasta térmica blanca  que se le ponen a los transistores. cualquier opción será buena para garantizar una rápida trasferencia de calor.

 

Usaremos pastar térmica electrónica simple para sustituir el silicón térmico que fue removido.

Otra  primicia muy importante: Es que entre mas perforaciones se realicen, o estas sean mas grandes, mejor será el flujo de aire y mejores resultados se obtendrán. Claro está, que cada caso requiere el criterio y análisis de quien hace la modificación  y tipo de luminaria en particular, pues debe entender el limite de tamaño o cantidad de estas perforaciones.

"Crear un túnel de viento refrigerante con este principio, es la idea fundamental y funcional en la practica, que les comparto para  reducir la temperatura en el interior de todas las luminarias LED de este tipo y sus múltiples variantes donde se pueda aplicar".

Deben tomar las debidas precauciones climáticas si piensan hacer esta modificación en luminarias exteriores que estén expuestas a polvo y lluvia, pues es obvio que con las perforaciones, se corre el riesgo de que entre humedad y polvo. causando problemas. 

Ahora les mostraré una imagen con el foco LED ya con esta modificación, censando la temperatura. Podrán notar que no rebasa los  70 °C incluso después de unas horas de operación.

 

 

La temperatura máxima alcanzada en lamparas LEds donde se realizó un flujo de aire, no rebasa los 69°C.

Modificaciones para el caso 2: Lamparas y luminaria Leds horizontales y/o de formas planas.

En este tipo de lamparas LEDs, la disipación es mejor debido a la forma del diseño. Esto es, siempre y cuando, si la estructura esta hecha de algún material que permita trasferir y dispar el calor que genera el arreglo de LEDs al entorno. Y por suerte esto casi siempre es asi, pues gran parte de los fabricantes usa laminas de metal. Incluso algunos acasos, el fabricante planea muy bien dicha disipación y diseña disipadores de aluminio.

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¿Y que hacer con esas lamparas de línea económica que no cuentan con esos diseños de metal y su chasis es de solo plástico y baquelita. 

Fotos A y B: Leds en buen estado. Fotos C y D: Daños causado por calor.

En la imagen de arriba: las fotos A y B se muestra una tira de luminaria LEd de buena calidad con un disipador metálico que ayuda a trasferir el calor generado por los Leds al entorno o a otra estructura que actué como una extensión del disipador. Y en las fotos C y D Otra tira de linea económica que no cuenta con este disipador. El agotamiento prematura en los Leds a causa de la temperatura, es notorio. Incluso algunos ya están dañados.

Para estos casos donde no existe ningún tipo de disipador de calor, lo mejor es adaptar uno usando alguna lamina de aluminio o acero de herrería; hablo de esos que se usan para hacer puertas y ventanas. 

No les recomiendo usar metales gruesos o galvanizados, pues son malos para trasferir y dispar el calor. La mejor opción es el aluminio. 

Una tira de aluminio o una lamina reflectora de alguna lampara fluorescente sirven como disipador de calor.

Y para garantizar aun mejor la trasferencia del calor de la tira a el disipador, es necesario agregar pasta de trasferencia térmica o silicón. es la misma que se usa en componentes electrónicos. esto garantiza que una gran parte del calor generado por los Leds, se trasfiera a su nuevo disipador improvisado. 

Agregar una delgada línea de pasta o silicón de trasferencia térmica.

La aplicación de la pasta o silicón térmico, es una delgada línea a lo largo de toda la tira. usar muy poca pues la intención es que al ser montada en la estructura del disipador, esta de extienda y acople bien ambas estructuras sin que se escurra por los lados. 

El disipador y la tira led se unen y fijan con ayuda de la pasta o silicón de trasferencia térmica.

Usar el silicón de trasferencia térmica, es mucho mas cómodo que la pasta. pues este al secarse fija perfectamente ambas partes y no es necesario usar tornillos o remaches. Pero es mas costos y difícil de encontrar.  Por el contrario, con la pasta térmica, es necesario fijar la tira Led a la estructura, pues esta nunca se seca. Pero es fácil de encontrar y muy barata. Usa cada uno de ellos depende del tipo de tira LEd. Si la estructura de esta permite perforaciones para remaches o tornillos, pues la pasta.Si no, pues el silicon. 

Y bueno, creo que eso es todo respecto a la mejora en la disipación de calor de este tipo de luminarias Leds horizontales o planas. cualquier mejora de este tipo, prolonga la vida útil de estas luminarias aun siendo de líneas económicas. 

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