Sistemas ópticos para el LED (1ª parte)

Desde el momento en que llegó el led y sabiendo que iba a quedarse por mucho tiempo en el mundo de la iluminación, los especialistas se plantearon cómo debían ser las ópticas ideales para aprovechar su luz. Se dice que la luz del led es muy fácil de controlar debido a su pequeño tamaño, pero esto en realidad es sólo gracias a los sistemas ópticos, pues precisamente el diodo led por sí mismo, tiene una emisión de luz muy extensiva.

1.- Características generales de sistemas ópticos
Es gracias a las ópticas que logramos redirigir y aprovechar correctamente la luz en las direcciones que precisamos. Y es por este motivo que las ópticas son un elemento imprescindible, fundamental para esta tecnología. Sin el sistema óptico la luz del led sería muy plana, difusa y poco utilizable.

Utilización de varios sistemas ópticos para el control óptico de la luz

La radiación luminosa del led generalmente se sitúa en un ángulo entorno a los 120º-130º, a veces un poco mayor, pero este factor depende del tipo de construcción y también de la forma. El LED DIP o led de 5mm emite su luz en un ángulo mucho menor, determinado por la óptica encapsulada, mientras que algunos tipos de led COB emiten un haz cercano a los 160º.

Podremos lograr un mejor aprovechamiento de esta luz intercalando ópticas entre el emisor de luz led y el objeto o la superficie a iluminar. Las ópticas nos ayudan en varias tareas al mismo tiempo: mejoran el control del haz de luz hacia el lugar deseado, mejoran el rendimiento de la luminaria, y la eficacia del conjunto, y evitan el deslumbramiento directo a los usuarios en direcciones no deseadas.

Lentes colimadoras: mejoran el control del haz de luz, el rendimiento de la luminaria y evitan el deslumbramiento

2.- Tipología de ópticas y materiales utilizados. Tendencias del mercado
Los sistemas ópticos pueden ser lentes individuales ode conjunto, reflectores metálicos ode plásticos especiales recubiertos de material de alta reflexión, pueden ser difusores, o la combinación de varios de estos sistemas.

Los materiales más empleados para fabricación de ópticas o lentes individuales son PMMA y PC, pero también las hay de vidrio o de silicona, incluso de materiales compuestos, que algunos fabricantes desarrollan por su cuenta. Para los reflectores el material más utilizado es el aluminio, y en cuanto a difusores, pueden fabricarse con varios tipos de plásticos o siliconas.

Las ópticas pueden ser primarias, secundarias o terciarias, en función de la cercanía al led y de acuerdo con su tarea específica. La lente primaria es la capa inicial que protege al chip, y la secundaria puede ser una lente individual, una matriz, o una lente colimadora. Más allá, puede haber una óptica terciaria (un reflector, un difusor, una lente con filtro, etc.)

Existen ópticas individuales o en grupo, también matrices de ópticas, que son retículas de una sola pieza inyectada, generalmente rectangulares, circulares o cuadradas, que pueden tener todos los elementos ópticos iguales o de varios efectos fotométricos, consiguiendo una distribución luminosa intermedia entre los componentes.

En iluminación interior, predominan actualmente los difusores, los reflectores metálicos, la combinación de ambos, las superficies prismáticas de materiales plásticos, el vidrio traslúcido y las lentes de conjunto. No es tan habitual (por no ser necesario) encontrar luminarias con lentes individuales. Es posible conseguir haces de luz cónicos, cuadrados o rectangulares, también asimétricos en uno o dos ejes. Puede obtenerse un haz extensivo, medio o puntual, y obtenerlo con gran precisión, es decir con mayor o menor cantidad de luz dispersa alrededor del haz principal.

En iluminación exterior, varía bastante según la aplicación. Así, en iluminación pública, la mayoría de ópticas utilizadas son individuales, de plástico, protegidas en algunos casos mediante un vidrio plano, y generalmente sin reflectores, y de fotometría vial asimétrica. Para espacios públicos yzonas urbanas se utilizan lentes individuales, a veces asimétricas tipo “vial” pero también se usan distribuciones simétricas en ambos ejes o asimétricas en un eje.

En fachadas, monumentos, esculturas, jardines, caminos, y fuentes, actualmente existen todas las tipologías de ópticas especiales que ya se usaban en iluminación convencional, y cada fabricante ha encontrado sus propias soluciones que suelen tener una relación directa con el diseño final de la luminaria.

Lentes de iluminación pública (Fuente: LEDIL)

Matriz de lentes para iluminación pública. Fabricante de procedencia asiática.

3.- Eficiencia del sistema óptico
Las lentes de plástico tienen una elevada eficiencia, pero debe tenerse en cuenta además el factor envejecimiento, que puede provocar una pérdida de rendimiento en el tiempo. En PMMA (poli metacrilato) el rendimiento de las lentes llega al 92% yen PC (policarbonato) se queda en un 85 u 87%, y en el material tipo LSR (material de silicona ultra transparente) se alcanza un 93 o 94%. El fabricante deberá proporcionar la garantía suficiente en el tiempo, mostrando las posibles pérdidas lumínicas por envejecimiento, así como el grado de coloración de la lente.

Los reflectores, que suelen ser de Aluminio, no tienen envejecimiento, pero debe preverse un posible ensuciamiento u oxidación, si no está bien protegido con un IP elevado. Se suministran en diversas calidades que presentan una dispersión importante en sus rendimientos, en función de la pureza del Aluminio. Un aluminio de máxima reflexión
supone una mejora considerable en el flujo total emitido por la luminaria y por tanto un ahorro económico, pero también puede producir (en el caso del led) un deslumbramiento excesivo. Un reflector puede tener un rendimiento máximo de hasta el 97 o 98%.

Los difusores, materiales prismáticos y otros tienen rendimientos distintos en función del grado de transparencia, la rugosidad, el tamaño de los prismas, el porcentaje de opacidad del material, aunque en muchos de estos casos no es tan importante el rendimiento exacto sino el efecto lumínico que quiere lograrse.

Reflectores de aluminio para COB LED.

Este primer artículo sobre ópticas se completará con una segunda entrega en las próximas semanas.
Texto de Alfred Sá

Alfred Sá se dedica a la iluminación desde 1986. Es ingeniero técnico industrial en electricidad y Lighting Designer. Es propietario del estudio independiente NUR L+D, y miembro profesional senior de APDI. En 2015 ha publicado el libro “Aplicaciones del LED en diseño de iluminación”, en el cual iCandela también ha colaborado como media partner.

Puedes enviar tus consultas sobre cualquier aspecto relacionado con el LED a la dirección de correo alfred-sa@nurlighting.com. Encontrarás información sobre el libro Aplicaciones del LED en diseño de iluminación en www.marcombo.com.

Más información: alfred-sa@nurlighting.com y www.marcombo.com .