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[Alejandro Mateos]

Bueno, como prometí voy a intentar confeccionar una serie de posts que expliquen, desde lo más básico hasta lo más avanzado (que yo sepa) todo lo que pueda ser interesante saber para lanzarse a utilizar esta magnífica fuente de iluminación que son los leds.

Así pues, comienzo por abajo con esta Guía Ultrarrápida (y ultrabásica) de iluminación con leds para acuarios.

¿Qué es un led?

Un led es un Light Emitting Diode, es decir un Diodo Emisor de Luz.

¿Qué es un diodo?

Un diodo es un componente electrónico con dos polos (dos patas o contactos), cuya característica principal es que deja pasar la electricidad sólo en una dirección. En el caso de un led, su segunda característica principal es que emite luz visible.
En un circuito, el símbolo de un diodo es:



Los polos se denominan positivo (+) y negativo (-). La corriente pasa del positivo al negativo:



En un circuito, el símbolo de un led es:



en el que las dos flechitas laterales indican que es un diodo que emite luz. Igualmente, el led tendrá dos polos, positivo y negativo, lo que determina que si se conecta invertido, no funcionará (porque no pasa la corriente). Como la corriente sólo puede pasar en una dirección, deberá ser corriente que siempre pase en la misma dirección. Por eso se usa corriente continua, y no se usa corriente alterna.

Esquema básico de conexión de un led a una fuente de corriente continua:



El positivo de la fuente, al positivo del led, y el negativo al negativo.

Si conectamos el led al revés, no circula la corriente. Cuando se conecta un led al revés, éste se comporta como si fuera un interruptor abierto. La primera imagen es equivalente a la segunda:

 

Seguimos. Hemos dicho que para alimentar eléctricamente un led, hemos de usar fuentes de corriente continua (la corriente siempre circula en un sentido y no cambia de polaridad). Pues bien, además, estas fuentes deberán entregarnos una intensidad de corriente definida y constante. A estas fuentes las llamaremos en adelante "fuentes de corriente" o "drivers", que es como las llaman en inglés.

Las fuentes de corriente son distintas de las fuentes de voltaje

Una fuente de voltaje es aquella que está hecha para proporcionar siempre un voltaje definido en su salida: por ejemplo un cargador de móvil, un adaptador para un portátil, un pila o una batería. Debemos intentar no usar este tipo de fuentes en nuestros proyectos de leds, sobretodo si trabajamos con leds de alta potencia (el porqué y más sobre este tema, más adelante).
Las fuentes de corriente están hechas para proporcionar una intensidad de corriente constante y definida en su salida. Dado que para usar un led correctamente debemos controlar la intensidad de corriente que lo atraviesa, estas son las fuentes que usaremos en nuestros proyectos.

[Alejandro Mateos]

Intensidad, voltaje, potencia

Cuando fluye una determinada intensidad de corriente a través de un led, aparece entre sus polos un determinado voltaje. Viceversa, si se le aplica ese voltaje a un led, a través de él fluirá esa determinada corriente.
La intensidad se mide en amperios (A) o miliamperios (mA, siendo 1A=1000mA); el voltaje, en voltios (V).
Los leds de luz blanca actuales pueden funcionar en un rango de intensidad bastante amplio (entre 10 mA y 3A). Sin embargo, cuando les atraviesa la corriente, entre sus polos aparece un voltaje que se mueve en un rango estrecho (entre 2 y 4 V de mínimo y máximo respectivamente, según modelos).
Por último, la potencia (el consumo eléctrico, medido en vatios: W) del led viene determinado por la multiplicación de su intensidad (en amperios) y su voltaje (en voltios). Así, si un led por ejemplo es atravesado por 500 mA, y a esa intensidad hay un voltaje entre sus polos de 3V, estará consumiendo una potencia P= V x I = 3 x 0,5 = 1,5 W.
Parte de esa potencia consumida se transformará en luz, y parte en calor.

Conexión de los leds

En la mayoría de los circuitos habituales, los leds se conectan en serie; así podemos controlar la intensidad a la que funcionan, ya que la intensidad será la misma para todos ellos:



Como se ve en las imágenes, en la conexión en serie el positivo del primer led va al positivo de la fuente, y luego el resto de leds van conectando el positivo al negativo del anterior, y por último conectando el negativo del último al negativo de la fuente. En cambio en la conexión en paralelo, van los positivos de todos los leds al positivo de la fuente, y todos los negativos al negativo de la fuente. Este último modo de conexión no se recomienda.

[Alejandro Mateos]

Voltaje e intensidad de una hilera de leds en serie

Lo último que os contaré hoy es que al conectar los leds en serie, los voltajes de cada uno de ellos se suma con los de los demás, de manera que el voltaje total que aparece en los extremos de la hilera es la suma de todos los voltajes de cada uno de los leds. Ese voltaje es el mismo que hay entre los dos polos de salida de la fuente de corriente:



Sin embargo, la intensidad que fluye por cada uno de ellos es exactamente la misma, e igual a la intensidad que sale de la fuente.

Continúa ...

[Alejandro Mateos]

... continúo... 

(más abajo introduzco un término que he denominado "potencia del euro", y que no es más que el número de lúmenes máximos del tipo de led en cuestión dividido por los euros que cuesta comprar ese tipo de led)

Tipos de leds

Leds "de patillas", "tipo pin", etc...

Este tipo de leds se caracteriza por tener una cápsula que es de donde sale la luz y un par de patillas metálicas, más o menos paralelas, que sirven para la conexión. Todo el encapsulado del emisor es de plástico, sin haber superficie metálica para la disipación de calor:
(fotos: Wikipedia)


Se caracterizan por poder producir un cono de luz muy estrecho hacia delante, y son fáciles de montar. Pueden dar una luz más o menos blanca, aunque generalmente con tintes verdosos o morados.
Producen muy poca cantidad de luz (0,5-3 lúmenes).
Funcionan a una corriente de 10-30 mA, con una caída de voltaje de 3-4 V.
El precio es muy variable, en término medio unos 40-60 céntimos de euro la unidad, según marca y lugar.
Potencia del euro: 8 lm/€

Generalmente es necesario usar muchos de ellos (decenas o cientos) para tener una cantidad suficiente de luz, por lo que el bajo costo inicial por unidad se multiplica desorbitadamente y salen muy caros. Su uso más habitual es en linternas de leds. Salvo honrosas excepciones, no están preparados para un régimen de trabajo intenso y duradero y en esas condiciones se deterioran rápidamente.

Tiras de leds: el led SMD 5050, el SMD 3528 y el resto de los hermanos Dalton

Si algún mérito tienen las tiras de leds, es que han protagonizado el boom de la iluminación led. Estas tiras no son más que ristras de leds montados en su superficie (SMD: surface mounting device -> dispositivo de montaje en superficie), con distintos esquemas de conexión según fabricantes.
Los "SMD" son leds de forma cuadrada o rectangular que tienen dos caras opuestas, una por donde sale la luz (círculo amarillo), y otra por donde se conectan (la que mira hacia la lámina blanca, soldada a ella):
(foto: tech-freaks.net)


Se conectan mediante unas plaquitas posteriores al cuerpo de la tira, y por ellas mismas se refrigeran (poco). Las características típicas, por ejemplo de los SMD 5050, son (por unidad):
intensidad de corriente: 75-150 mA
voltaje: 5-8 V
intensidad lumínica: 10-20 lm/ud
Potencia del euro: 15-35 lm/€

Además de su alto coste, uno de los principales problemas es la escasa flexibilidad de montaje a la hora por ejemplo de hacer una pantalla, que obliga a numerosos cortes y empalmes (con lo que pierde su estanqueidad tan predicada), y al uso de un montón de metros de tira. Además no permiten el uso de lentes, que en algunas aplicaciones son necesarias para concentrar la luz donde nos interesa.

Estos leds también se venden sueltos, pero el modo de montaje y conexionado usa la tecnología SMD que es difícil de reproducir por un aficionado si no dispone de un horno de soldadura.

[IGNEUS]

IMPRESIONANTE. Puede ser que pida esto un artículo para el BISEK???
Ya sabes que siempre son bien recibidos y a mas d euno le va a venir pero que muy bien...
Un abrazo
JOSE

[Wendigo]

Yo, con el permiso de Alejandro por supuesto (y su autoría), estoy esperando para recopilarlo todo en un único archivo y poder subirlo a la sección de archivos de los socios.

Es un tema interesante, práctico y que nos ahorrará unos euros en la factura de la luz.

[Neli]

Rescato este tema porque ando leyendo todo lo que puedo y al encontrarme con él no puedo menos de comentarlo. Es una pena que Alejandro no siguiera el tema, supongo que sigue sin encontrar días de 48 horas y no da para más.

Deciros que en la "III Quedada de aficionados a los Killis" del Acuario Gallego, Alejandro nos dió una charla estupenda sobre LEDs, empezando por esto que ha puesto aquí pero continuando hasta con la explicación de como fabricar nuestra propia pantalla de manera sencilla. Deciros que bastantes de los presentes, salimos con ganas de cambiar la iluminación de nuestros acuarios, más aún cuando nos habló de consumos y la rápida amortización de la inversión inicial.

Alejandro, a ver si tienes un poquillo de tiempo y puedes poner alguna cosilla más, que estoy segura de que muchos te lo agradecerán 

[Alejandro Mateos]

Hummm, ya hace un año de esto.... soy un crápula sin parangón  .
Neli, eres una auténtica minera del foro, rebuscas por todos los filones!!

Desafortunadamente ahora estoy KO pues mis DOS ordenadores petaron a la vez, el pasado día 13 (sigo sin ser supersticioso) y no puedo gestionar imágenes como me gustaría ni escribir textos demasiado largos (me "salva la vida" el Ipad).

En cuanto tenga el nuevo ordenador prometo continuar con esto, ya que veo que realmente interesa a mucha gente. Y pronto tendré de nuevo días de 72h, yo ya me entiendo 

Saludos

[Alejandro Mateos]

... como decíamos ayer ... 

[Alejandro Mateos]

... creo que iba diciendo algo de no usar las tiras de leds, o algo así, ¿no?

Bueno, al grano, yo los leds que uso y que recomiendo a todo el mundo son los leds de alta potencia. ¿Porqué? Pues por eso, porque tienen mucha más potencia, y al tener mucha más potencia, tienen más eficiencia. Y la eficiencia se traduce en dinero. Dinero que cuesta comprar el led, y dinero que cuesta hacerlo funcionar.

[Alejandro Mateos]

Led de alta potencia



que se suelen comprar montados sobre una estrella disipadora de aluminio, tal que así:

[Alejandro Mateos]

La estrella actúa como soporte para el led (que va soldado por su base a ella) transmitiendo el calor que éste produce y aportando unas áreas de contacto (marcadas con + y -) donde se sueldan los cables que le dan corriente al led. La estrella conducirá el calor hasta un disipador, al que está pegada por medio de pasta conductora del calor.

Cables soldados a la estrella, y a su vez la estrella pegada a un disipador:

[Alejandro Mateos]

¿Porqué son necesarios los disipadores? Porque los leds, a pesar de ser las fuentes de luz más eficientes, también desprenden mucho calor, y si no se lo quitamos el calor puede destruir al led.

Actualmente la eficiencia de los leds de alta potencia ya es muy alta (andan por los 130-150 lúmenes/watio), por encima de cualquier otra fuente de luz. Además son las fuentes que permiten una luz más concentrada (un led Cree XM-L por ejemplo puede dar más de 900 lm él sólo, y tiene el tamaño de una lenteja).

Esto nos aporta dos ventajas sobre otras fuentes, y sobre las tiras de leds:
- Se puede iluminar un pequeño acuario (10-20 litros) con escasos requerimientos de luz con un sólo led; un led -> un acuario. Esto es muy útil para preparar baterías en las que tenemos un montón de pequeños acuarios, y a cada uno le queremos mandar su dosis puntual de luz, sin tirar luz fuera de cada acuario.
- Por otro lado, si se juntan series o matrices de leds "en batería" se pueden conseguir niveles lumínicos inigualables (por ejemplo se puede hacer una pantalla de más de 100.000 lm en un espacio de apenas 80x30 cm, darle la forma que se quiera, sin necesidad de reflector, sin más problema que la disipación de calor (eso sí, hace falta un buen disipador...)

[Alejandro Mateos]

Como decíamos hace más de un año  para encender estos leds usaremos fuentes de corriente. Las fuentes de corriente nos permiten determinar qué intensidad de corriente va a atravesar el led. Hay fuentes de corriente que proporcionan una intensidad que viene determinada de fábrica (se llaman no-dimeables) y otras que permiten un rango de variación de la intensidad de salida (dimeables). El usar unas u otras depende de cada aplicación, del precio (las dimeables son ligeramente más caras) y de la eficiencia (las no-dimeables pueden ser algo más eficientes, pero la diferencia es pequeña).

Cuando al led le atraviesa una determinada corriente, aparece entre sus polos una diferencia de voltaje. Esa relación entre la corriente y el voltaje la plasma el fabricante en una gráfica llamada "curva de corriente/voltaje":



A mayor corriente, mayor voltaje, o viceversa. Daros cuenta que la relación entre ambos dibuja una curva exponencial, de manera que a medida que se aumenta el voltaje, se producen grandes incrementos de corriente con pequeños incrementos de voltaje. Es fácil entender que, en la parte más alta de la curva, que es donde el led nos interesa que trabaje porque es donde da más luz, es difícil controlar la corriente ya un voltaje inestable producirá importantes sacudidas en la intensidad de la corriente y a su vez sacudidas en el nivel de luz. Y lo que es más grave, un ligero aumento inesperado del voltaje (muy frecuente en muchas fuentes de voltaje baratas) llevará la intensidad más allá de lo que el led esté preparado para soportar, envejeciéndolo prematuramente o directamente quemándolo.

Como los leds hay que conectarlos en serie (para que a todos les pase la misma intensidad), él voltaje de cada uno de los leds se sumará con el de los demás, obteniendo un voltaje total de la serie. Pues bien, ese voltaje total no puede ser superior ni inferior que el máximo y el mínimo que la fuente de corriente pueda entregar, respectivamente. Estos valores los indica el fabricante de la fuente.

[Alejandro Mateos]

Sí, no hace falta que me digáis nada. Ya sé que esto ha dejado de ser ultrabásico. Lo de ultrarrápido mejor ni mentarlo.
Tranquilos, ya pronto pasamos a la práctica