¿Cómo es una lámpara de LED y cuántos tipos hay?

Desde la invención del primer prototipo de lámpara eléctrica por arco voltaico —inventada por Humphry Davy— y la posterior aparición de la lámpara eléctrica a filamento incandescente —desarrollada comercialmente por Thomas Edison—, la iluminación eléctrica evolucionó motivada por la búsqueda de un modo de generar mayor radiación dentro del espectro visible utilizando para ello la menor energía posible; el punto máximo alcanzado por esta tecnología es la lámpara de LED, un invento relativamente reciente.

Un poco de historia

Lámpara incandescente y halógena

Un modelo primitivo de lámpara incandescente, con varios filamentos de bambú carbonizado. Nótese que los filamentos no son espirales dobles sino simples alambres.

Los primeros prototipos de lámparas eléctricas comenzaron a aparecer a principios del siglo XIX, aunque esos modelos eran más bien material para los gabinetes de curiosidades que se estilaban por entonces en las casas de las familias de clases altas; las lámparas tenían una vida útil extremadamente corta (de pocos minutos) y carecían de un uso práctico evidente.

Edison fue el impulsor de esta tecnología; su primera patente de uso práctico se implementó en el barco de vapor Columbia, en 1880. Se trataba de una lámpara de filamento de bambú carbonizado alimentada por una dínamo, y la luz proyectada alcanzaba para iluminar las aguas frente a la embarcación. Semanas después, se fundaba la United States Electric Lighting Company, la primera compañía eléctrica, que instaló sus primeras lámparas en un depósito de la ciudad de Nueva York.

Detalle del filamento de tungsteno en doble espiral de una lámpara incandescente moderna.

Pocos años después, en 1904, Sándor Just y Franjo Hanaman obtuvieron una patente húngara para una lámpara con filamento de tungsteno y atmósfera de gas inerte (en contraste con los tubos de vacío utilizados hasta entonces). Estas lámparas eran más duraderas y lograban un brillo mayor al de los filamentos de carbón usados hasta entonces. La carrera por la eficiencia había comenzado.

A la izquierda podemos ver una lámpara incandescente moderna, con su filamento en forma de espiral doble. A la derecha, una lámpara halógena.

En 1917 se inventó el filamento en espiral, que exponía una mayor superficie y, por lo tanto, lograba mejorar el brillo de las lámparas sin afectar en gran medida el consumo. En 1921 se lanzó al mercado la lámpara con filamento en doble espiral, lo cual incrementó aún más la eficiencia.

En 1959 la General Electric patentó y lanzó al mercado una innovación en las lámparas incandescentes, llamada lámpara halógena: en estas, el filamento de tungsteno está encerrado en una ampolla que contiene una mezcla de gas inerte (xenón en la mayoría de los casos) y un halógeno tal como yodo o bromo. Esta mezcla permite que se forme un ciclo de redeposición del tungsteno en el filamento, alargando así la vida útil de la lámpara. Si bien no representa un incremento notable en la eficiencia energética, permite fabricar lámparas más duraderas.

Lámpara fluorescente

Lámpara fluorescente moderna.

Las precursoras a las lámparas fluorescentes modernas datan del año 1901, cuando Hewitt patentó un modelo a descarga de vapor de mercurio que funcionaba con bajo voltaje (el mismo necesario para encender las ya existentes lámparas incandescentes).

Pocos años después comenzaron a aparecer las primeras lámparas de neón que, si bien se utilizaban casi exclusivamente para la industria de la publicidad callejera, representaban un avance en la tecnología necesaria para lograr un sistema de luz lo suficientemente brillante, sencillo y eficiente como para competir con las incandescentes.

En 1938 salieron al mercado cuatro modelos de lo que hoy en día conocemos como tubos fluorescentes. Estas primeras lámparas, al igual que ahora, requerían del uso de un balasto. Ya para el año 1951, las lámparas fluorescentes (de mayor eficiencia energética) se vendían más que las incandescentes.

Lámpara de LED

Despiece de una lámpara de LED. Nótese que no hay filamentos ni bulbos de gases; todo en la lámpara es de estado sólido.

La primera lámpara de LED apareció en la década del 60 y consistía en un bulbo preparado para trabajar con baja tensión, pero sólo emitía luz en la frecuencia roja del espectro visible. Ya en la primera mitad de la década del 90 se presentó el primer LED capaz de emitir luz en la frecuencia azul del espectro, algo que abrió las puertas para la fabricación de la lámpara de LED una década después, utilizando una pequeña cobertura de fósforo para convertir parte de la luz azul en reemisiones de luz roja y azul, que mezcladas producen una luz blanca aceptable.

En 2009 se comenzó a comercializar la lámpara de LED. Con la reducción de los costos de producción pronto ganó popularidad y hoy en día su eficiencia es inmensamente superior al de las lámparas incandescentes, halógenas y fluorescentes. Su vida útil también es mucho más extensa: pueden durar años e incluso lustros.

¿Qué ventajas nos ofrece la lámpara de LED con respecto a otras tecnologías?

Menor consumo

Una lámpara de LED es mucho más eficiente que sus antecesoras fluorescentes, halógenas e incandescentes. Por ejemplo, una lámpara incandescente de 60W, en términos de lumens, equivale aproximadamente a una halógena de 43 W, a una fluorescente de 14 W y a una LED de 9 W.

Mayor durabilidad

Una lámpara de LED puede durar aproximadamente 3 veces más que una lámpara fluorescente del mismo rango lumínico. Por ejemplo, si una lámpara fluorescente de 14 W (~ 800 lm) dura unas 10 000 horas en promedio, una lámpara de LED con las mismas prestaciones durará entre 20 000 y 30 0000 horas.

Una lámpara incandescente de las mismas características sólo duraría unas 1000 horas.

Menor disipación térmica

Las lámparas incandescentes pierden gran parte de la energía que consumen en forma de calor. Lo mismo sucede con las halógenas.

Las fluorescentes son más eficientes, pero no obstante ello, terminan radiando mucho calor. La lámpara de LED, por otro lado, puede permanecer fría o apenas tibia incluso tras horas de estar encendida. Esto se debe a que una gran parte de la energía que consume se convierte en luz; sólo una pequeña parte se disipa en forma de calor (principalmente en los circuitos rectificadores).

¿Qué tipos de lámpara de LED existen?

Los distintos modelos de lámpara de LED se puede clasificar según su requerimiento de uso o el tipo de fijación empleado.

De propósito general

Lámpara de LED

Este tipo de lámpara de LED se pensó como reemplazo de las obsoletas lámparas incandescentes y las más nuevas lámparas fluorescentes y halógenas; su sistema de fijación mediante rosca Edison E27 y su forma de bulbo permiten utilizarlas directamente en los apliques y spots ya existentes, sin necesidad de instalar transformadores u otros circuitos adicionales.

Tubo de LED, reemplazan los viejos tubos fluorescentes.

Se llaman de propósito general debido a que emiten una luz blanca que abarca la mayor parte del espectro de luz visible, por lo que no emiten luz monocromática y sirven prácticamente para cualquier caso en el que se requiera una iluminación estándar.

Para casos específicos de iluminación

Esta escena está iluminada por distintas lámparas de LED con reguladores RGB, que les permiten lograr casi cualquier color.

Existe distintos modelos de lámpara de LED para usos específicos: algunas están compuestas por pequeños conjuntos de LED rojos, verdes y azules que, con la ayuda de un regulador electrónico, les permiten emitir luz de casi cualquier color en el espectro visible mediante la técnica de mezcla RGB.

Otros modelos emiten luz en el espectro infrarrojo o ultravioleta, y sirven para controlar dispositivos a distancia o detectar billetes falsos o la presencia de compuestos orgánicos (como orina, sangre, detergentes, etcétera).

Algunas lámparas de LED están diseñadas para funcionar como luces estroboscópicas; estas son especialmente útiles en la industria, para controlar la posición de un disco o bien para fotografiar los productos terminados o semi-terminados que circulan en una cinta transportadora, para detectar en fracciones de segundo la presencia de objetos indeseables.

Fijación

A la izquierda vemos una lámpara de LED con una fijación bipin tipo GU10. A la derecha, una lámpara similar con rosca Edison E27 (la que se puede encontrar en cualquier portalámparas hogareño).

La fijación de las lámparas es otro criterio posible de clasificación. La primera lámpara de LED se fabricó con una rosca Edison E27, con el propósito de facilitar la transición desde las viejas tecnologías (incandescentes, halógenas y fluorescentes).

También existen otras roscas y sistemas: la rosca E40 que se utiliza para lámparas de alumbrado público (aquellas mezcladoras, de vapor de mercurio, sodio, etcétera); la rosca Mignon o E14, utilizada para los candelabros; la fijación bipin GU10, utilizada frecuentemente en apliques de escritorio o spots para lámparas halógenas.