Diseño y construcción de una lámpara LED Edilberto Angarita Verdugo 1 ,José Miguel Pinto Grillo Grillo2 , Katherine Katherine Rojas Gonzalez Gonzalez3 and Juan Carlos Aguirre
Abstract—En este documento se muestra el diseño y construcción de una lámpara LED Index Terms—Led,
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D. Luminancia
La luminancia es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinad determinada. a. Se simboliza simboliza con la letra L y su unidad es mcd
uniformidad , corriente , tensión.
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I. M ARCO T EÓRICO A. Flujo luminoso
Se define el flujo luminoso como la cantidad de luz que emite una fuente, es decir, la potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. Se simboliza con φ y su unidad es el lumen lm que se define a partir de la unidad básica del SI, candela cd . 1lm = 1cd ∗ 1 sd
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B. Intensidad luminosa
La intensidad luminosa se define como la cantidad de flujo luminoso que emite una fuente de luz por unidad de ángulo sólido. Se simboliza con la letra I y se mide en cd que es la unidad unidad fundamenta fundamentall en iluminación iluminación del SI
I =
φ ω
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1) Ángulo Sólido: Es el ángulo espacial que abarca un objeto visto desde un punto dado. Se simboliza con ω y se mide en estereorradianes sd. C. Iluminanci Iluminanciaa o Intensidad Intensidad de iluminación iluminación
Se define la iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Se simboliza con la letra E y y se mide en luxes lx.
E =
φ I ∗ ω = A A
1lx =
1lm 1m2
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E. Angarita ,
[email protected], estudiante de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia 2 J. Pinto,
[email protected], estudiante de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia 3 K. Rojas,
[email protected], estudiante de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia 4 J. Aguirre,
[email protected] , estudiante de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Nacional de Colombia 1
II. D ESARROLLO Para el diseño de la lampara led se realizaron pruebas con dos referencias de led , la primera prueba se realizó con leds de chorro de 5mm y luego se realizo con Leds de potencia de 3W , donde se pudo concluir que el de chorro puede brindarnos un número mayor de candelas pero un ángulo de apertura pequeño comparado con el diodo de potencia; para este diodo fue necesario adaptar lentes de apertura de 60 o con el objetivo de eliminar las zonas oscuras en el metro cuadrado . Para encontrar el punto de operación de los dos leds fue necesario realizar una prueba variando la tensión y la corriente que circula por el respectivo led con los resultados mostrados en la tabla I volta voltaje je 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1
corrie corriente ntepot potenc encia ia 0,14230,46959 0,16330,55522 0,18340,6419 0,2110,7596 0,2320,8584 0,25440,96672 0,27911,08849 0,30331,2132 0,33261,36366 0,37281,56576 0,3861,6598 0,4231,8612 0,4441,998 0,47342,17764 0,48292,26963 0,50722,43456 0,5392,6411 0,5542,77 0,5913,0141
luxes luxes 12 5 0 14 9 0 1 6 00 18 1800 19 1950 21 0 0 23 0 0 2 4 50 26 0 0 28 0 0 29 2900 31 3110 3230 33 9 0 34 3 0 35 6 0 37 3710 3 78 0 39 3930
Tabla I: Característica de V vs. I para el LED 3W Obteniedo la curva característica mostrada en la figura I
Figure 1. Modelo del circuito
Se escoge el led de potencia de 3W y se realiza la caracterización obteniendo los siguentes datos : Figure 3. Diseño final
Volt 3,3
luxes 1190 1126 1032 867 650 478 309 143 82 51 32 23 20 17 12
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28
z 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365 0,365
Tabla II: Caracterización Led de potencia 3W
Volt 5
luxes 3950 3670 3370 2710 2130 1610 970 465 268 155 101 74 64,6 53 37,5
x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
y 0 2 4 6 6 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
z 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
Tabla III: Caracterización Led de potencia 5mm La Figura 2 nos deja ver la cantidad de candelas que inciden sobre la superficie , producidas por la fuente luminosa A continuación se muestra el diseño de la lampara
Figure 4. Diseño final
Figure 5. Diseño final
III. R ESULTADOS Se decide utilizar una configuracion de 5 led de 3W para que nos pueda brindar un nivel de uniformidad por encima del 60% , obteniendo en los putos mas lejanos una valor de 240 lux y en el punto mas cercano a las luminarias de 400 lux . Con su respectiva caracterización mostrada en la tabla II La
Figure 2. Datos en candelas para un a´rea de
2
1m
corriente maxima que pasa por los led será de 300mA , para nuetra configuración la tension sobre los 5 led puesto en serie fue de 30 voltios Luego de realizar la pruea se tomaron datos en un solo cuadrante de 50cm x 50cm , con el objetivo de encontrar E promedio muy cercano a los 400 Lx , observemos la Figura
170 E min = = 53, 3% 288, 8 E promedio
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6
Figure 6.
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E medido
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(6)
IV. C ONCLUSIONES La altura ,el tipo de led y el área a iluminar son variables que se deben tenr siempre en cuenta para el diseño de una luminaria led ,al momento de medir se deben establecer niveles mínimos de uniformidad y de E promedio con el ánimo de brindar iluminanacia optima sin causar molestias o daños al usuario final. El diseño de la lámpara Led nos permitió aclarar conocimientos relacionados con iluminación, resaltando conceptos como flujo luminoso, ángulo de incidencia, entre otros, importantes a la hora de desarrollar proyectos de eficiencia lumínica V. B IBLIOGRAFÍA Magnitudes y unidades importantes en fotometría http : //recursos.citcea.upc.edu/llum/fotometria/magnitud.html .
Figure 7. Diseño final
Se calcula el valor promedio en Lux de los datos tomados , desafortunadamente no se lograron los 400 Lx pedidos pero se llegó a casi los 300 Lx E promedio = 288, 8
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Para el diseño se requiere de una distribución homogénea , ya que los valores tomados estan fuera de los requimintos la uniformidad fue del 53% , es cercana respecto a la requerida pero no se cumple con los 400 lx promedio pedidos en los requerimientos del diseño.
