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Martes, 29 abril 2014
Ingeniería

La era de las lámparas LED ya está aquí

La venta de bombillas incandescentes está ya prohibida en la Unión Europea para todas las categorías de iluminación (excepto las especiales como por ejemplo lámparas para hornos), a fin de que el parque de lámparas para alumbrado general se renueve por completo, desapareciendo de él las viejas bombillas incandescentes y siendo reemplazadas por las lámparas de bajo consumo. Iniciativas similares están en marcha en otras partes del mundo.

Los LEDs (diodos emisores de luz) son semiconductores que convierten la electricidad en luz, mediante un proceso en el que se hace que los electrones emitan fotones (las unidades fundamentales de la luz). A diferencia de las bombillas incandescentes convencionales y de bastantes otras lámparas, los LEDs casi no generan calor.

De entre las varias clases de lámparas de bajo consumo, las de LEDs tienen las mejores perspectivas para convertirse en la fuente de luz mayoritaria del futuro. Los LEDs consumen una pequeña parte de la energía que consumen las bombillas incandescentes convencionales, y también menos que las de bajo consumo convencionales. Por otra parte, no contienen ninguno de los metales pesados tóxicos que usan bastantes lámparas fluorescentes compactas. Además, disfrutan de una gran longevidad.

Los expertos calculan que las lámparas LED diseñadas para usar en los mismos portalámparas que las bombillas tradicionales, evitando así a la gente el gasto de remodelar la instalación eléctrica de cada vivienda o local, superarán a las lámparas de bajo consumo tradicionales (las que comenzaron a desbancar a las bombillas incandescentes) por vez primera a partir de 2015.

Se prevé que para el 2020 los LEDs habrán capturado entre el 88 y el 90 por ciento del mercado de la iluminación. Estos diminutos diodos ofrecen numerosas ventajas, entre ellas la de ser la fuente de luz más respetuosa con el medio ambiente (no contienen sustancias nocivas), la de consumir menos energía y, la de tener una vida útil de entre 15.000 y 30.000 horas, que supera a la de las fuentes de luz convencionales. Además, alcanzan su brillo completo en cuanto se enciende el interruptor.

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Sin embargo, los LEDs tienen un punto débil: son extremadamente sensibles a variaciones y picos en la corriente. Para que funcionen correctamente, necesitan un controlador que asegure un suministro de energía constante en todo momento. Este controlador, que convierte la corriente alterna de la red en corriente continua con un voltaje menor, tiene una gran influencia en la luz producida y la vida útil de la lámpara LED como un todo. En consecuencia, las exigencias puestas sobre la electrónica de los controladores son bastante altas. Esto llevó al equipo de Michael Kunzer, del Instituto Fraunhofer de Física Aplicada de Estado Sólido (IAF, por sus siglas en alemán) en Friburgo, Alemania, a centrar su atención en transformadores de voltaje basados en transistores de nitruro de galio (GaN). Durante las pruebas, los científicos constataron que los controladores desarrollados con este nuevo material semiconductor eran muy robustos. Los componentes hechos de GaN pueden trabajar con corrientes, voltajes y temperaturas más altas que los transistores de silicio convencionales.

La conmutación en los transistores de nitruro de galio es también más veloz. La velocidad de conmutación tiene un impacto significativo en el tamaño de las bobinas y los condensadores incorporados a los controladores. En un controlador basado en GaN, la velocidad de conmutación puede ser tanto como 10 veces mayor que la de un controlador basado en silicio. Aplicado a una superficie más pequeña, esto significa que es posible tener conmutación a un costo más bajo. Se puede lograr que la lámpara LED completa sea más ligera y compacta produciendo la misma iluminación o incluso mejor. Dado que el componente mejorado desempeña un papel decisivo en los costes de fabricación, esto podría tener un efecto muy positivo en el precio final.

Mejoras como la expuesta están acelerando de manera decisiva la implantación de la iluminación mediante LEDs.

La tecnología de los LEDs data de mucho tiempo atrás, nada menos que de la década de 1920, siendo fruto del trabajo de investigación del científico ruso Oleg Losev. Sin embargo, solo comenzaron a ser aprovechados para aplicaciones prácticas a partir de medio siglo después.

El color de la luz producida por los LEDs depende del tipo de material semiconductor que contengan. Los primeros LEDs eran rojos, y se utilizaron mucho en luces piloto de aparatos electrónicos. No es raro ver hoy en día luces piloto rojas de este tipo encenderse si les llega corriente eléctrica, aunque el resto del aparato, de la década de 1980, apenas funcione ya, una demostración contundente de longevidad de los LEDs. Poco después de los LEDs rojos, llegaron los de color naranja. Años más tarde surgieron los LEDs azules, usados hoy con frecuencia como fuentes de luz azul en teléfonos móviles, reproductores de CD, ordenadores portátiles y otros dispositivos electrónicos. A partir de aquí, las combinaciones de colores aumentaron, con mayores o menores dificultades.

Los LEDs verdaderamente verdes han resultado ser mucho más difíciles de fabricar de lo que se había previsto. Los LEDs blancos, en parte debido a la dificultad con los verdes, también han afrontado muchos obstáculos, y han exigido una dosis extra de ingenio para superar dichos obstáculos.

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