22.1 NUEVOS PRODUCTOS - TECNOLOGÍA LED: EL FUTURO DE LA ILUMINACIÓN

24/03/10

Tecnología LED: el futuro de la iluminación

¿Que quiere decir LED?

Es el acrónimo de “Light Emitting Diode”, o bien “diodo que emite luz”, un dispositivo que explota las propiedades ópticas de algunos materiales semiconductores para producir  fotones, un fenómeno llamado electroluminiscencia. Los fotones no se producen por calentamiento de un material, como sucede en los neones (donde se calienta un gas) o en las clásicas lámparas de incandescencia (donde es el filamento de tungsteno el que alcanza elevadas temperaturas). Otra de las propiedades de los LED, que los diferencia de los otros sistemas de producción de la luz, es la de poder emitir flashes de luz a frecuencias muy altas, superiores al Mhz. El tiempo de encendido es típicamente de 200 ns (nanosegundos, o bien billonésimas de segundo)  

¿Que es un LED?

Un LED es un diodo constituido por una adicción de semiconductor (silicio) oportunamente estimulado, que emite fotones (por lo tanto luz) cuando es atravesado por una corriente. La calidad del semiconductor es uno de los factores que determinan la eficiencia de los LED. Los primeros LED estaban disponibles solo en color rojo, e inmediatamente después salieron en color amarillo y verde. Dado que tenían un bajo nivel de emisión, se usaron exclusivamente como luces-espía. Con la realización de LED en luz azul fue posible realizar dispositivos que, integrando tres LED (uno rojo, uno verde y uno azul), podían generar cualquier color. El sucesivo desarrollo de la tecnología ha llevado al uso como verdaderos iluminadores.  
En el esquema podemos ver como el semiconductor estimulado se monta sobre un chip, y que dos hilos de oro permiten pasar la corriente. Los fotones emitidos  por el semiconductor van a excitar un estratos de fósforo depositados sobre la superficie. De la tipología y de la calidad del fósforo depende el color de salida y la calidad de la luz. Una lente de plástico tiene la misión de multiplicar el efecto y de direccionarlo. Es fácilmente intuible que la luz de salida es direccional (tiene un cono de aprox. 120° de apertura), a diferencia de una lámpara clásica, cuya luz se difunde a 360°. En las lámparas clásicas, por tanto, la parte de la luz se dispersa en el ambiente, incluso con algunas soluciones (espejos, superficies metalizadas), puede ser en parte recuperada. En los iluminadores a LED es posible, con oportunas lentes, restringir el cono por debajo de los 10°, y por tanto concentrar la luminosidad aun área bien precisa.     

¿Porque usar la tecnología LED?

La tecnología LED se propone sobre todo en el sector de la restauración por la CALIDAD de la luz. Hay sin embargo otras ventajas (que por ejemplo han sido explotadas para la retro iluminación de los display de los televisores LCD o en los teléfonos celulares de última generación), como:
•        Bajísimo consumo energético
•        Seguridad debida al bajísimo voltaje
•        Larguísimo tiempo de vida (hasta 100.000 horas para el LED de alta calidad = 11 años de uso continuo), y por tanto reducida manutención (un ahorro indirecto).
•        Pequeñas dimensiones y ligereza.
•        Alta eficiencia luminosa respecto a las lámparas de incandescencia y alógenas.
•        Bajo impacto ambiental (nada de mercurio).
•        Amplio rango de temperatura de funcionamiento (desde -40C a + 90°C).

Los puntos de fuerza que interesan a nuestro sector, además de la calidad que analizaremos más abajo, son:
•        Ausencia de radiaciones UV (no se estancan los ojos y no se degradan los estratos pictóricos).
•        Ausencia de radiaciones IR (no se calientan las superficies iluminadas).
•        Resistencia a shock y vibraciones (debida a la ausencia de filamentos incandescentes).

Para comprender la diversa calidad de la luz emitida por el LED es necesario introducir algunos términos técnicos, el principal es el CRI, o sea el Índice de Rendimiento Cromática.


Los objetos que no emiten luz propia se presentan de un cierto color porque absorben parte de las radiaciones luminosas que reciben, y reflejan el resto, que es lo que define el color. Las fuentes de luz artificial no emiten todas las longitudes de onda visibles. Para medir su capacidad de acercarse al nivel óptimo, correspondiente a una emisión completa sobre todas las longitudes de onda, como aquella de la luz solar, se usa el CRI, que es un índice que va desde 0 a 100. Los LED pueden ir desde 65 a 95, sobre la nueva escala basada en 15 bandas, ó longitudes de onda (la antigua preveía solo 8).


Otros términos útiles son:
Flujo luminoso.- Se entiende la cantidad de luz que se emite desde una fuente luminosa en un segundo y se mide en lumen (lm).
Iluminación.- Se define como la cantidad de luz (por tanto el flujo) que golpea una superficie, y se mide en lumen/m2. La unidad de medida de la iluminación es el lux, definido como 1 lumen sobre 1 m2. Para dar una idea de las dimensiones de esta unidad de medida, la tierra en una noche de luna llena está iluminada por 1 lux.
Eficiencia luminosa.-  Es la relación entre el flujo luminoso y la potencia eléctrica absorbida. Se mide en lumen/Watt (lm/W). Es necesario tenerlo presente en la lección de una lámpara, porque las fuentes luminosas diferentes, pueden absorber la misma potencia, pero para emitir un flujo diferente, necesitan una cantidad de energía diferente. Los LED tienen una eficiencia luminosa hasta los 100 lm/W. Como término de parangón basta pensar que una lámpara de incandescencia tiene una eficiencia luminosa máxima de 15 lm/W, una lámpara alógena de 25 lm/W y una fluorescente linear típicamente 70 lm/W.
Temperatura de color.- Con este término se cuantifica la tonalidad de la luz. Cada fuente luminosa tiene una temperatura de color que se mide en kelvin (k). Cuanto más baja es la temperatura, la luz que percibe el ojo humano es de tonalidad más calida: si la temperatura sube, nos acercamos a tonalidades frías. Por ejemplo, una lámpara de incandescencia desde 100W tiene una temperatura de 2.900 k; una lámpara de 40W toca los 2.650 k. Importante subrayar que mientras en una lámpara de incandescencia si se varia la intensidad, varia su temperatura de color, esto no sucede con el LED que mantiene constante su temperatura para todos los niveles de variación de la intensidad desde el 10% hasta el 100%. 

High-CRI: el futuro del retoque
De las múltiples ideas que pueden surgir al valorar las aplicaciones de las propiedades de los LED en el campo de los bienes culturales, la mejor aplicación es en el retoque pictórico ya que podemos aplicar la explosiva prospectiva de las más recientes innovaciones en la tecnología LED: la puesta a punto de sistemas High-CRI.
Para comprender la potencialidad en el campo de la restauración debemos recordar que los fotones emitidos por los semiconductores de los diodos van a excitar un estrato de fósforo depositados sobre la superficie. Estos fósforos de diferente tipología, oportunamente medidos, permiten obtener una emisión completa, en todas las zonas del espectro, y por lo tanto trabajar con un alto índice de restos cromáticos.
Naturalmente la sobreexposición de muchos fósforos lleva a una reducción de la eficiencia, porque este material funciona en cierto sentido como filtro.
La consecuencia es una reducción del flujo luminoso, pero como ventaja hay una mejor calidad: es sobre todo esto lo que nos interesa, dado que en las operaciones de retoque más complejas una luz no perfecta puede evidenciar la zona reintegrada en la fase de exposición.
Como precedentemente se ha señalado, el CRI hasta hoy se calculaba midiendo la respuesta espectral de una fuente luminosa en ocho niveles de color. De esta forma, los fabricantes que querían declarar un alto nivel de CRI, se preocupaban de cubrir bien las longitudes de onda requeridas por la normativa incluso en detrimento de las otras. Estas lámparas, declaradas de esta forma  CRI 100, si se midieran aplicando las nuevas reglas de la nueva normativa que mide el rendimiento medio sobre 15 frecuencias (colores) no tendrían un CRI adecuado.

Un ejemplo son las luces alógenas consideradas con CRI 100 pero que no permiten distinguir perfectamente un azul de un negro o de un marrón oscuro.

Este gráfico evidencia como un led HCRI de luz fría 5000K° no obstante el pico de rendimiento en la zona del azul, sea de todas formas eficaz en toda la escala cromática del visible. Además se nota la ausencia de componentes ultravioletas (por debajo de 420 nm) y de infrarrojos (por encima de 700 nm)


Esta potencialidad la intuyó el restaurador Daniele Piacenti, que ha integrado sus observaciones con una larga experiencia como fotógrafo. El estudio partió del caso de una problemática reintegración llevada a cabo en una tela de Matteo Rosselli que figura en San Giovanni Battista (colección privada). El problema era particularmente difícil: había un rasgón que atravesaba la cara en sentido horizontal, a nivel del labio superior, y que ocupaba también el cielo en azul claro, color que era particularmente sensible a pequeñas pero determinantes variaciones cromáticas vistas a la luz al neón (5500°K), con la cual se ejecutaba el retoque, y el sol. Ha sido posible obtener un resultado óptimo usando una fuente de LED High Cri, que ha sido estudiada y desarrollada en colaboración con F&M Progetti Srl, empresa especializada en la aplicación de los LED a la iluminación, y C.T.S. Srl.

Hoy es posible proponer en el mercado de las lámparas estudiadas para la restauración pictórica de alta calidad, que presentan todas las ventajas  de esta innovación tecnológica,  bajo consumo y de la seguridad para los operadores.


Son las primeras de una nueva generación de cuerpos “iluminadores” destinados a revolucionar los laboratorios.
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