Los conceptos de eficiencia y la eficacia de las bombillas LED a menudo se mezclan, y esto se debe principalmente a dos motivos; Por un lado, hay una similitud en ambas palabras y por otro, son términos relacionados, donde la eficiencia del LED depende de la eficacia de éste.
La Eficiencia energética de un LED indica la relación entre la energía eléctrica consumida y el flujo luminoso emitido. Mientras que la eficacia de un LED mide “cuan bien” una fuente de luz LED produce luz visible y se expresa en lúmenes por vatio (lm/W). El máximo teórico es 350 lm/W que equivaldría al 100%.
Como eficiencia energética depende de la eficacia, su valor se da en porcentajes. Para determinar la eficiencia de un LED, se debe medir el consumo de energía y el flujo luminoso emitido, para luego compararlo con el máximo teórico de eficacia.
¿Existe un LED 100% eficiente?
Una de las primeras preguntas que nos surgen sería: ¿Cuánto es el máximo de eficiencia que una bombilla LED puede alcanzar? Para contestar a esto tenemos que empezar mirando a la eficacia de la bombilla en cuestión, recordando que el máximo teórico de eficacia luminosa es 350lm/W.
Por ejemplo; Si tuviéramos una fuente de luz LED con un flujo luminoso de 1050 lúmenes y un consumo de 3 vatio, estaríamos ante una bombilla LED de eficacia 350 lm/W (1.050lm / 3W) y, por tanto, sería una fuente de luz de eficiencia energética 100%. Sin embargo, en la práctica tales bombillas LED son una utopía.
La eficiencia real de las actuales fuentes de luz LED es de un 30% a un 40%. Aparte de eso, una eficiencia del 100% no sería posible en la práctica, ya que hay numerosos componentes en una bombilla LED donde se producen pérdidas en forma de calor y otros efectos eléctricos.
¿Cuál es la máxima eficiencia de una bombilla LED?
Para lograr la mayor eficiencia posible para la luminaria o la bombilla LED, se deben instalar los diodos emisores de luz más eficientes posibles. Por ejemplo, el LED319A de alta potencia de Nichia alcanza una asombrosa eficacia luminosa de 164 lm/W. Si hacemos una regla de 3, sacamos que si el 100% es 350lm/W, entonces 164 lm/W nos da una eficiencia de poco menos del 47%.
Siendo este 47% de eficiencia el récord actual en producciones en serie, ya que en laboratorios se pueden lograr mejores eficiencias.
En cualquier caso, esto es sólo la eficiencia del diodo emisor de luz. Una bombilla de LED también contiene un driver LED y otros componentes por los cuales eficiencia total se reduce.
Las bombillas LED actuales tienen una eficiencia de alrededor del 30% al 40%, por lo que la mayor parte de la energía utilizada se irradia en forma de calor, en lugar de luz.
¿Se puede aumentar la eficiencia de una bombilla LED?
Si queremos aumentar la eficiencia energética de una fuente de luz, debemos entender bien que la eficiencia global incluye todos los componentes que una bombilla contiene.
La temperatura interna que alcanzan las bombillas LED tiene una gran influencia en el descenso de eficiencia, y a menudo es subestimada. Cuanto más baja sea la temperatura de funcionamiento de una bombilla LED, mejor será su eficacia y por lo tanto su eficiencia.
Una buena gestión térmica dentro de la fuente de luz para disipar el calor residual del diodo LED al medio ambiente es importante, por lo que:
- Siempre compre bombillas de fabricantes reputados. Es recomendable evitar la compra de bombillas baratas procedentes de China.
- Existen bombillas diseñadas para ser instaladas en accesorios cerrados y otras que no lo permiten. Si usa una bombilla inadecuada en una lámpara cerrada, su eficiencia energética caerá rápidamente.
- Nunca instale bombillas cerca de fuentes de calor, ya que esto no solo no dejará que la bombilla disipe calor, sino que aumentará en su interior provocando una caída en su eficiencia.
- Intente que las bombillas siempre tengan corrientes de cerca, para poder disipar el calor al medio ambiente con mayor facilidad.
¿Dónde se producen las pérdidas de eficiencia en una bombilla LED?
Una bombilla LED contiene varios componentes donde pueden producirse pérdidas, y en la mayoría de los casos se trata de los siguientes:
- Electrónica del driver
- Diodo(s) emisor(es) de luz
- Óptica
La electrónica del driver o la fuente de alimentación convierten el voltaje de la red de 230V en el voltaje de funcionamiento requerido para el LED. Estos circuitos electrónicos están construidos de forma diferente según el fabricante y tienen eficiencias del 70 al 90%.
Los LEDs instalados en la bombilla tienen la mayor influencia en la eficiencia general. El factor decisivo aquí es cuánta luz puede ser obtenida del semiconductor y trasmitida al medio ambiente. Los LED de color blanco cálido disponibles en el mercado suelen estar equipadas con diodos emisores de luz con una eficiencia de alrededor del 25 al 35%.
La óptica (lentes, filtros de color, etc.) dentro de una bombilla LED también influye en la eficiencia global. Las lentes difusoras especiales para lograr un determinado ángulo de apertura tienen una eficiencia muy buena comparada con la de los propios LED.
¿Cómo se calcula la eficiencia de una bombilla LED?
La eficiencia global de una bombilla LED se calcula multiplicando las eficiencias individuales de todos los componentes que contiene.
Ejemplo: Cálculo de la eficiencia global
Driver del LED (90%) * LED (35%) * óptica (95%) = 30% de eficiencia
Cálculo: 0,9 * 0,35 * 0,95 = 0,3 → 30%
¿Quiere calcular la eficacia de una bombilla LED? Primero establezca la eficacia luminosa (lúmenes por vatio) en relación con el máximo físicamente posible (350 lm/W) para los LEDs de color blanco frío.
Ejemplo: Calculando la eficacia de una luz LED
La bombilla LED entrega 1500 lúmenes con un consumo de 13 vatios.
1.500 lúmenes: 13 Watt = 115,4 lm / W (Eficacia luminosa)
Máximo físico (100% de eficacia): 350 lm / W
115.4 lm / W : 350 lm / W = 0.33 → 33% Eficacia
Comparación de la eficiencia y la eficacia luminosa
Las bombillas y luminarias LED son, de lejos, las fuentes de luz más eficientes de nuestro tiempo. Sin embargo, se necesita algún tiempo antes de que todas las viejas tecnologías de iluminación se conviertan completamente a LED.
Si está a punto de convertir las antiguas bombillas a LED, la siguiente comparación de la eficiencia de las diversas tecnologías de iluminación le ayudará. Básicamente, la eficiencia es siempre ligeramente mejor a mayores potencias.
Eficiencia de la bombilla incandescente
La eficiencia de las conocidas bombillas incandescentes es sólo el 5% de la energía eléctrica utilizada. El 95% restante se libera al medio ambiente en forma de calor. Es por eso que incluso las bombillas incandescentes de baja potencia y bajo brillo se calientan mucho durante su funcionamiento.
Además, la eficacia luminosa de una bombilla incandescente está entre 10 lm/W y 15 lm/W, dependiendo de la clase de potencia. Tienen entre el 2,85 y 4,25 % de Eficacia
Eficiencia de la bombilla halógena
Las luces halógenas tienen una eficiencia de alrededor del 10%. El 90% restante se irradia como calor al medio ambiente.
La eficacia luminosa de una bombilla halógena está entre 15 lm/W y 20 lm/W, dependiendo de la clase de potencia. Por lo tanto, la eficiencia es sólo ligeramente mejor que la de una bombilla incandescente. Tienen entre el 4,25 y 5,75 % de Eficacia
Eficiencia de la bombilla de bajo consumo de energía
Después de todo, la bombilla de ahorro de energía alcanza una eficiencia de hasta el 25%. Aquí sólo el 75% de la energía eléctrica se convierte en calor.
La eficacia luminosa es de 40 lm/W a 60 lm/W. La eficiencia comparada con la bombilla incandescente es por lo menos un factor de cuatro a cinco. Tienen entre el 11,50 y 17,15 % de Eficacia
Tabla de comparación de eficiencia y eficacia
Comparación de la eficiencia y la eficiencia luminosa de diferentes fuentes de luz
Tecnología | Eficiencia | Eficacia |
LED | 25 - 40% | 80 – 150 lm/W |
Bajo Consumo | 15 - 25% | 40 – 60 lm/W |
Halógena | 8 - 12% | 15 – 20 lm/W |
Incandescente | 3 - 5% | 10 – 15 lm/W |
Conclusión
Con una eficiencia del 30% al 40%, las bombillas LED pertenecen a las fuentes de luz más eficientes del mundo actual. Ahora ya sabes cómo calcular la eficiencia de una bombilla LED antes de comprarla. Así que puedes asegurarte de comprar una bombilla LED eficiente con alta eficacia luminosa.
Pablo Barrantes es ingeniero industrial graduado de la Escuela de Ingenierías Industriales de Badajoz. Con experiencia en iluminación y energías renovables, es un experto en el campo gracias a sus estudios y años de trabajo en el sector.
Además de su pasión por la iluminación, le encanta comunicar y ayudar a las personas, por lo que ha creado este blog sobre iluminación para compartir sus conocimientos y experiencias con la comunidad.