Cambiar tubo fluorescente a LED, ampliando su haz luminoso

En la actualidad la iluminación LED es la tecnología más eficiente, y además sus precios han bajado notablemente. Ahora se puede comprar un tubo LED de 16W, equivalente a un tubo fluorescente de 36W, por 6€ aproximadamente. Con este cambio el consumo eléctrico se reducirá en más del 50%, se eliminará el parpadeo de 100 Hz (doble de la frecuencia de red) que producen los tubos fluorescentes, y además su encendido será inmediato.  También se evitará el riesgo de que se rompa el tubo cuando está encendido, y se contamine el aire con el vapor de mercurio de su interior. También he modificado el haz luminoso del tubo LED, ya que los tubos fluorescentes iluminan los 360 grados y los LED sólo 180.

Barras con 9 LED blanco día

El objetivo es iluminar un poco el techo, y reforzar el haz luminoso en la vertical del tubo con una luz blanco día, dejando el resto de la estancia iluminada con luz más cálida (4000K). Para conseguir esto, he montado 2 barras LED recuperadas del Backlight de un TV LED averiado.

Construye una barra LED

Sustituir un tubo fluorescente por LED

Los tubos LED se pueden clasificar en dos tipos, dependiendo de su conexión con la red eléctrica. Cualquier tubo LED podría conectarse a un soporte de tubo fluorescente sin tener que abrir la carcasa para modificar el cableado, pero su adaptación varía dependiendo del  tubo LED que se vaya a montar. A pesar de que los tubos LED muestren un terminal con la letra F (Fase) y el otro con la letra N (Neutro), no importa si se cambia la polaridad. Si se decide abrir el soporte del tubo fluorescente para eliminar la reactancia y el cebador, es conveniente mantener el código de colores del cableado, utilizando siempre el color azul para el Neutro y nunca para la Fase.

Sustitución de tubo fluorescente a LED

REACTANCIA: No es imprescindible eliminar la reactancia. La reactancia (bobina) produce una componente reactiva +j, y  compensa el coeficiente reactivo -j que producen los driver de corriente constante que alimentan los LED del tubo, reduciendo así la potencia reactiva consumida y como consecuencia la corriente que circula por los cables.

Medidas con reactancia

CEBADOR: Dependiendo del tipo de tubo LED, habrá que eliminar o sustituir el cebador.

Cebador para tubo fluorescente

1 – Alimentación por ambos laterales del tubo

Para conectar este tipo de tubo LED al soporte de un tubo fluorescente, es necesario desconectar el cebador. Con la reactancia y sin cebador, ya se encendería el tubo LED. Si se quisiera eliminar la reactancia y rehacer el cableado:

Tubo LED con conexión por los dos laterales

  • Abrir la carcasa del tubo y desconectar todo: cableado, reactancia, cebador y el condensador de compensación de energía reactiva (si lo tiene).
  • Unir los dos contactos de conexión, en ambos casquillos del lateral y conectar un cable en cada extremo.
  • Conectar ambos cables a la alimentación de la red eléctrica, Fase y Neutro. No es necesario respetar la polaridad de los cables.

2 – Alimentación por un solo lateral

Estos tubos LED son muy fáciles de sustituir, siempre que se siga el proceso que indican los fabricantes, y sin hacer caso a algunos tutoriales que se publican en Internet. Los tubos LED que llevan las dos conexiones en un lateral incluyen un cebador, que en realidad es un fusible. El proceso de sustitución es muy rápido y sencillo, porque no es necesario desmontar la carcasa.

  • Desconectar el tubo fluorescente y el cebador.
  • Conectar el cebador LED (fusible) y el tubo LED, sin importar la polaridad

En caso de necesidad se podría montar de nuevo un tubo fluorescente, sustituyendo el cebador LED (fusible), por un cebador convencional

Características de los tubos LED

La ventajas principales de un tubo LED frente a un tubo fluorescente son las siguientes:

  • Ahorro del consumo eléctrico >50%
  • Encendido inmediato, sin parpadeo
  • Se evita el efecto estroboscópico de los tubos fluorescentes (100 Hz)
  • Tiempo de vida muy superior al de un tubo fluorescente
  • Se evita el riesgo de respirar vapor de mercurio, en caso de rotura del tubo

El único inconveniente de los tubos LED es que su haz de luz es de 180º, en lugar de los 360 de los tubos fluorescentes. Los tubos LED suelen llevar una marca a lo largo del tubo, normalmente una línea blanca, indicando la zona donde no iluminan. La única precaución que hay que tomar a la hora de colocar un tubo LED, es girarlo en el sentido que queda la línea blanca orientada hacia el techo.

Modificar el haz luminoso de un tubo LED

Al sutituir el tubo fluorescente por otro LED, el techo quedará muy apagado. Con el fin de ampliar el haz de luz del tubo LED hacia el techo y modificar la temperatura de color por zonas, he montado en los laterales del soporte dos barras LED, recuperadas del Backlight de un TV LED averiado. Cada barra contine 9 LED SMD blanco día, con un lente difusor muy eficiente y direccional en la zona vertical.

Tubo LED con dos barras de 9 LED

Las dos barras LED las he pegado con cinta adhesiva de doble cara, en los laterales largos del soporte de chapa. Los cables de alimentación entran por el agujero donde estaba alojado el cebador del tubo fluorescente, y se conectan en paralelo al driver LED de corriente constante que he ajustado a 220mA (2x 110mA).  El driver de corriente constante lo montado dentro del soporte, donde estaba alojada la reactancia del tubo fluorescente.

Driver de corriente constante

Los LED utilizados en iluminación deberían estar alimentados con fuentes de corriente constante. De otra manera, las fluctuaciones de tensión en el suministro podrían ocasionar bajos rendimientos lumínicos cuando cae la tensión, o averías prematuras cuando se producen picos de sobretensión.

Esquema: Driver LED de corriente constante

La corriente de funcionamiento de los driver no es ajustable, viene prefijada de fábrica y hay que elegirla en función de la corriente de trabajo y el número de LED en serie que se utilicen. En este caso, he comprobado que las barras LED que voy a montar iluminan muy bien con una corriente de 110 mA, y además no se calientan nada. Como es lógico, si los LED los hacemos funcionar por debajo de su corriente mínima aconsejable, se calentarán menos y aumentará su vida útil.

Resistencia de ajuste de coriiente

Aunque la corriente de trabajo de un driver de corriente constante no tenga ajuste, se puede modificar sustituyendo el valor de alguno de sus componentes. Casi siempre, el ajuste de corriente lo determina el valor de una resistencia. En el driver que he utilizado, la modificación consiste en sustituir la resistencia Rs1 de 0,62 Ohmios (SMD), por otra de 0,89 Ohmios que he hecho a medida con hilo de Nicrom. Como las dos barras LED son idénticas y las voy a conectar en paralelo, la corriente del driver LED la he ajustado al doble (220 mA).

Tubo LED con reactancia y sin ella

Aunque los tubos LED no necesitan una reactancia (balasto) para funcionar, cuando vamos a sustituir un tubo fluorescente por LED, tenemos la opción de dejar la reactancia o quitarla. Para comparar el comportamiento de un tubo LED con reactancia y sin ella, hice unas medidas.

Consumos del tubo LED, con reactancia y sin ella

Como podemos comprobar en las medidas, la corriente que circula por los cables es mayor sin la reactancia, porque su inductancia estaba compensando la reactiva C que producen todas las fuentes conmutadas, en este caso el driver de corriente constante que alimenta el tubo LED.

La reactancia del tubo fluorescente corrige en parte la energía reactiva de un tubo LED, reduciendo la corriente que circula por los cables.

Destellos de los LED con la luz apagada

Al sustituir las bombillas de filamento o fluorescentes por otras de tipo LED, debido al bajo consumo de los LED, en algunas ocasiones con el interruptor abierto (luz apagada) se producen destellos de luz de forma cíclica. Este efecto se produce por una pequeña fuga de corriente de la instalación hacia la lámpara LED. Esta fuga se origina casi siempre en los interruptores de encendido, ya sea por estar defectuosos (falta de aislamiento) o porque incluyen algún tipo de iluminación en su mecanismo.  Si el interruptor tiene algún tipo de iluminación, la solución más rápida sería sustituir el interruptor por otro sin luz. También se podría poner una carga resistiva en la conexión de red de la bombilla LED, por ejemplo una bombilla de filamento de pequeño tamaño y potencia. Al aumentar la carga a la salida del interruptor, la corriente de fuga del interruptor se repartiría entre la bombilla y el driver LED; y esa corriente ya no sería suficiente para que la fuente de alimentación del driver LED consiguiera alimentar a su circuito PWM.Destellos LED con la luz apagada

¿Necesitas fabricar un PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

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Construye tu bombilla LED

Un buen diseño en una bombilla LED, es fundamental para alargar al máximo su vida útil. En la actualidad hay muchos fabricantes que ahorran en la calidad y número de componentes en sus diseños. En muchos casos fuerzan al máximo las prestaciones de los LED, con el único fin de buscar su máxima luminosidad posible al menor precio. A pesar de que nunca merezca la pena fabricar algo que comercialmente ya exista, si ya tenemos todos los materiales necesarios para fabricar una bombilla LED, sí podría ser interesante diseñar y fabricar nuestra bombilla… con altas prestaciones y lo más fiable posible.

Bombilla LED

Diseño de una bombilla LED

Cuando se diseña una bombilla destinada a la iluminación, lo más importante es buscar el mejor rendimiento lumínico. Pero también es muy importante buscar un equilibrio, entre el rendimiento y su vida útil. Si hacemos un diseño haciendo trabajar al LED en su punto máximo,  sin dejar un pequeño margen de seguridad, sucederá lo mismo que con un motor de F1.

Las prestaciones de un motor de F1 son excelentes,  pero a cambio su vida útil es muy corta.

Bajo mi punto de vista, nunca merece la pena fabricar algo que comercialmente ya exista. Si compramos los componentes y materiales necesarios para fabricar una bombilla LED, siempre nos saldrá más cara que lo que pagaríamos por  otra que tuviera las mismas prestaciones, mejor acabada y además de marca reconocida. A pesar de esto, si ya tenemos todos los materiales necesarios para fabricar una bombilla LED, podría ser interesante fabricar una a medida… con alta luminosidad y lo más fiable posible.

Componentes de al bombilla LED

Driver de corriente constante

Driver de corriente constante

Descarga del fichero 3D

Tulipa 3D

Build your LED bulb

Secretos ocultos en las lámparas LED

¿Por qué duran tan poco tiempo la mayoría de las lámparas LED?. Desde que cambié todas las lámparas de filamento de mi casa por lámparas LED, cada 2 o 3 meses tengo que sustituir alguna. Después de haber reparado unas cuantas lámparas, me he puesto a investigar un poco. Por falta de normativa, los fabricantes de lámparas LED no tienen la obligación de informar de la tecnología que emplean para fabricar sus lámparas. Por ejemplo: tipo de driver, factor de potencia, calidad de los LED, etc.

Durabilidad y seguridad con la iluminación LED

Actualmente los LED de alta eficiencia luminosa, son la alternativa más aconsejable para sustituir las lámparas de iluminación tradicional. Con la iluminación LED se mejora notablemente la eficiencia lumínica, y además es posible modificar su color de forma muy sencilla, pudiendo crear diferentes ambientes y regularlos de forma automática.

Iluminación LED

La vida útil de un diodo LED es muy alta en comparación con una lámpara de filamento. El problema es que existen muchas variables para que esto se cumpla, y ese número tan elevado de horas que indican los fabricantes, por desgracia nunca llega a cumplirse.

Vida útil LED

La iluminación LED es muy directiva, y siempre es necesario agrupar un número de diodos para conseguir mayor rendimiento lumínico. Lo normal en una bombilla LED, es que esté compuesta por un número determinado de diodos y estén todos conectados en serie. En estos casos la probabilidad de fallo aumenta, porque si falla un sólo LED de la serie, la bombilla se apaga. Así la vida útil de una bombilla LED que esté compuesta por muchos LED en serie, será menor que otra que tenga menos diodos (gráfica anterior).

Ventajas e inconvenientes LED

La iluminación LED es más robusta que la iluminación tradicional en cuanto a golpes y vibraciones; pero también es mucho más sensible a la humedad, temperatura y corriente de trabajo. Aparte de esto, las lámparas LED funcionan con baja tensión y corriente continua. Por ese motivo necesitan un circuito electrónico que controle su encendido, y esto añade una complejidad extra al diseño de las lámparas LED.

Tipos de ‘driver’ LED

Los LED se alimentan con baja tensión, y además continua. Para conectarlos a la red eléctrica se necesita un pequeño circuito electrónico que rectifique la tensión alterna de la red (125/220 VAC), y la adapte a la tensión y corriente de trabajo del tipo de LED que contenga cada bombilla.

Cálculo de la resistencia LED

Estos circuitos son conocidos con el nombre ‘driver de alimentación  LED‘. Existen diferentes modelos de driver, pero los podemos agrupar en tres tipos.

Tipos de driver LED

Como no existe una normativa que ‘oblige’ a los fabricantes a cumplir unos mínimos de calidad y seguridad en sus diseños, todos intentan reducir sus costes de fabricación, y la durabilidad de las lámpara es lo primero que se resiente, pudiendo llegar incluso a construir diseños potencialmente peligrosos. Alimentar los LED de un a bombilla con una fuente capacitiva, es la solución más utilizada por los fabricantes que sólo buscan reducir su precio.

Bombilla LED con fuente capacitiva

Estas fuentes alimentan la serie de LED de la bombilla a partir de rectificar la tensión de red. La limitación de corriente la consiguen colocando un condensador en serie, el cuál ofrece una resistencia al paso de la corriente alterna (reactancia capacitiva). El problema es que la tensión de salida varía en función de la carga, y no está estabilizada. Así cualquier fluctuación de la red afecta directamente a los LED, y si alguno diodo de la serie se abre, al no circular corriente la tensión subirá al máximo. Si la alimentación de la red es de 220 VAC, a la salida tendremos 220 x 1,41 = 310 VDC. En algunos casos, el fabricante también ahorra en el precio de los componentes que utiliza, y montan condensadores electrolíticos que no soportan tensiones tan altas, y revientan…Condensador reventado

pudiendo provocar que la carcasa de la bombilla se rompa y caiga al suelo.