La refrigeración en LEDs

La gestión del calor en las LEDs

Un único elemento LED puede llegar a consumir hasta 350 milivatios, en ocasiones incluso mucho más. La mayor parte de energía en un elemento LED (75%) se convierte en calor mientras que un menor porcentaje (25%) se convierte en luz visible, ver tabla a continuación:

DESCRIPCIÓN

Incandescentes

Fluorescentes

Metal Halide

Bombillas LED

Luz Visible

8%

21%

27%

20-30%

Radiación IR

73%

37%

17%

0%

Radiación UV

0%

0%

19%

0%

Energía radiante

81%

58%

63%

20-30%

Energía calor no-radiante

19%

42%

37%

70-80%

Total energía

100%

100%

100%

100%

Evacuación de calor

Un elemento led típico (chip led de alta luminosidad) tiene un área de montaje de 1mm2 que corresponde aproximadamente a 1W (Vatio). De acuerdo a la conversión de energía reflejado en la tabla superior el 70-80% de la energía consumida se convierte en calor no-radiante, es decir, se trata de calor que debe evacuarse en primer lugar por contacto directo con el chip (Chip-On-Board). Este flujo de calor puede alcanzar valores de hasta 80W/cm2 y se prevé que en los próximos años este valor puede incrementar alcanzando valores de hasta 300W/cm2.

Disipación de calor en elementos LED

Esto refleja la importancia que tiene una buena disipación de calor en una bombilla LED, debe mantenerse  la temperatura de unión entre elemento led y cuerpo disipador por debajo de 120ºC para lograr la máxima vida útil posible, llamado también puente de unión. La imagen es una animación térmica de una bombilla LED, usando el análisis CFD y muestra la evolución de temperatura, flujo y trayectorias por convección. Gracias a la cortesía del NCI:

Simulación CFD de una bombilla LED A19

Coeficiente conductividad térmica

Aluminio puro: 200W/mK

Aluminio forjado frio: 226W/mK

Aluminio mecanizado: 94W/mK

Aluminio fundición: 64W/mK

Para ello el coeficiente de conductividad térmica (λ) caracteriza la cantidad de calor conducido por m² del material empleado para disipar el calor de forma más eficiente alejando el mismo de los elementos LED SMD o COB.

Bombillas LED PROLED

Ver todas las Bombillas LED PROLED

Por ejemplo, en nuestra serie PROLED  se emplea el aluminio puro con 200W/mK para el Chip-Board y el aluminio forjado en frío 226W/mK  para los elementos disipadores de calor. Así se garantiza una máxima reducción y gracias a ello un funcionamiento más eficiente, una vida útil más larga con menor perdida de intensidad lumínica.

Fuentes

ITHERM 2014-Higrh Heat Flux Heat Pipes for LED Thermal Managment

Maaspuro presentation with COMOSOL

Equivalencia de unidades

W/mK son Watt/metro·Kelvin = Watt/metro·Celsius al ser una coeficiente con la misma dimensión por lo que -273ºK = 0ºC