iluminaciÓn artificial interior - premium light pro · 2018-08-30 · (led), también conocido...
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ILUMINACIÓN ARTIFICIAL Interior
Elaboración: ISR - Universidad de Coimbra - Julio 2017 Traducción: Ecoserveis - Noviembre 2017
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Sobre Ecoserveis
• Asociación sin ánimo de lucro creada en 1992.
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• Investigación e innovación
• Formación especializada
• Divulgación
• Consultoría técnica y social
• Dinamización comunitaria
• Intervenciones energéticas
Nuestras líneas de actuación ¿Quiénes somos?
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Tipos de Luz
Térmicas
Incandescente (Convencional)
Halógenas Incandescentes • Alto Voltage • Bajo Voltage
Descarga de Gas
Alta Presión • Sodio • Mercurio
Baja Presión • Sodio • Mercurio
(fluorescente)
Estado Sólido
LED
OLED
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• Consiste en un filamento montado en vacío o en un gas inerte (uno que no reaccione químicamente con el filamento);
• El tungsteno es el principal material para filamentos, porque es fácil de trabajar, tiene una presión de vapor baja y un punto de fusión alto;
• La luz se produce al pasar una corriente eléctrica a través del filamento de tungsteno y utiliza el efecto Joule 𝑖𝑖2𝑅𝑅 para elevar suficientemente la temperatura del filamento y producir la incandescencia (luz visible y mucho calor);
Tipos de Lámparas Radiadores Térmicos - Bombillas Incandescentes
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• Debido a que el filamento de una bombilla incandescente debe tener una temperatura muy alta para dar luz, el material del filamento se evapora con relativa rapidez;
• Como consecuencia, estas lámparas tienen una vida útil relativamente corta: 1000 horas.
Relación entre la luz emitida, la corriente, la potencia consumida, vida útil de la bombilla y voltaje de funcionamiento de una bombilla de tungsteno típica.
Tipos de Lámparas Radiadores Térmicos - Bombillas Incandescentes
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Ventajas
• Útiles para iluminar áreas pequeñas • Buen renderizado de color • Producción barata – Bajo Coste. • No contienen materiales tóxicos para eliminar (mercurio,
aleaciones tóxicas o semiconductores) • Fáciles de regular
Inconvenientes
• Muy baja eficiencia energética (más del 90% de la energía se convierte en calor).
• Vida útil corta (1000h). • Alta temperatura en la superfície de la bombilla (puede quemar al
tocarla). • Pese al bajo precio inicial, sale mucho más caro al usuario final, en
comparación con los costes de ciclo de vida de otras tecnologías.
Tipos de Lámparas Bombillas Incandescentes
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• Las halógenas son una forma avanzada de las bombillas incandescentes.
• Contienen una pequeña cantidad de halógeno (yodo o bromo) dentro de la cápsula.
• El material del filamento o tungsteno que se evapora, reacciona químicamente con el halógeno de tal manera que una parte importante del material de filamento evaporado vuelve al filamento. Este proceso se le llama ciclo halógeno. Gracias a este proceso, la vida útil de las bombillas halógenas es, de hecho, más larga que la de una bombilla incandescente. Puede ser de 2000 a 4000 horas.
• En una lámpara incandescente halógena la temperatura del filamento es mucho más alta que en las lámparas incandescentes convencionales.
• El bulbo de vidrio está hecho de cuarzo fundido, alto vidrio de sílice o aluminosilicatos (vidrio con alto punto de fusión).
Tipos de Lámparas Radiadores térmicos – Bombillas Halógenas Incandescentes
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Ventajas
• Luz brillante. • Excelente renderizado de color. • No hay un tiempo de calentamiento hasta alcanzar el flujo máximo. • Fácilmente regulables.
Inconvenientes
• Baja eficiencia (7-8%), y por ello, alto consumo (entre 2 y 4 veces mayor que otras tecnologías).
• Vida útil corta (normalmente entre 2.000 y 4.000 horas). • Alta temperatura en la superfície de la bombilla (puede quemar al
tocarla). • Pese al bajo precio inicial, sale mucho más caro al usuario final, en
comparación con los costes de ciclo de vida de otras tecnologías.
Tipos de Lámparas Radiadores térmicos – Bombillas Halógenas Incandescentes
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Tipos de Lámparas Radiadores térmicos – Bombillas Incandescentes
Caracteristicas Cantidad usual para Incandescentes
Cantidad usual para Halógenas
Rango de Eficacia Luminosa 8 - 17 lm/W 11 - 21 lm/W
Vida Útil 1.000 – 1.500 h 2.000 – 3.000 h
Índice de Renderizado de Color 100 100
Temperatura Correlacionada de
Color 2.600 – 2.800 K 2.800 – 3.200 K
Regulable? Sí Sí
Especificaciones Técnicas Típicas
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Tipos de Lámparas Lámparas de Descarga de Gas
• La presión del gas dentro del tubo de descarga está cerca del vacío (alrededor de 10−5 atmósferas).
• La temperatura de funcionamiento es relativamente baja y la duración de la lámpara es relativamente larga.
• Ejemplos: • Lámparas de sodio de baja
presión • Fluorescentes (mercurio a baja
presión) • Neón
• Presión de gas desde 5 kPa hasta más de la presión atmosférica.
• Ejemplos: • Lámparas de halogenuros metálicos • Lámparas de sodio a alta presión • Lámparas de vapor de mercurio a
alta presión.
Lámparas de baja presión Lámparas de alta presión
Una Lámpara de Descarga de Gas es una fuente de luz que genera luz mediante la creación de una descarga eléctrica a través de un gas ionizado, un plasma.
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Tipos de Lámparas Descarga de Gas – Fluorescentes
Respecto al diámetro del tubo, puede ser: • T5 | 16 mm • T8 | 25.4 mm • T12 | 38.1 mm
• Las lámparas fluorescentes lineales se utilizan en gran medida en edificios dedicados al servicio, debido a su eficiencia bastante alta, buena reproducción de color y distribución de luz.
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Las Bombillas Fluorescentes Compactas (CFLs) son una buena solución cuando el objetivo es conseguir una alta eficiencia a bajo coste, con un nivel de luz bajo, por lo que se aplica cuando se aceptan niveles modestos de iluminación.
Construcción de un CFL destinado a sustituir las bombillas incandescentes.
Tipos de Lámparas Descarga de Gas – Bombillas Fluorescentes Compactas
Potencia de entrada necesaria para alcanzar un número dado de lúmenes usando lámparas fluorescentes incandescentes o compactas.
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• Otras lámparas fluorescentes se utilizan principalmente en el sector de servicios, especialmente en edificios de oficinas. Pero a pesar de esto, son mucho menos utilizadas que cualquier otra lámpara fluorescente. Estas lámparas se venden sin el balasto, en dos piezas separadas. De esta forma, se reducen los costes de mantenimiento, ya que la vida útil del balasto es hasta cinco veces superior a la de la propia lámpara.
• Este tipo de lámparas fluorescentes tienen las siguientes formas: Palo Circular | la T9 (29 mm) es el ejemplo
más común Cuadrado
Tipos de Lámparas Descarga de Gas – Fluorescentes
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Tipos de Lámparas Lámparas de Descarga de Gas
Lámparas de Sodio a Baja Presión
• La lámpara de sodio de baja presión genera luz a partir de una descarga del vapor de sodio a baja presión (0,7 - 1 Pa).
• Gran eficacia : entre 150 y 200 lm/W. • Los modelos varian entre 18 y 180 W. • Tiempo de vida entre 16000 y 23000
horas. • Iluminación monocromática que produce
una reproducción de color muy pobre (<5).
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Tipos de Lámparas Descarga de Gas – Baja Presión
Caracteristicas CFL LFL Sodio de baja presión
Rango de Eficacia Luminosa 50 - 70 lm/W 80 - 110 lm/W 150 – 200 lm/W
Vida Útil 6.000 – 15.000 h 15.000 – 30.000 h 16.000 – 23.000 h
Índice de Renderizado de
Color 70 - 85 60 - 95 < 0
Temperatura Correlacionada de
Color 2.500 – 6.500 K 2.700 – 6.500 K 1.800 – 2.000 K
Regulable? Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Especificaciones Técnicas Típicas
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de Sodio de Alta Presión
• Las bombillas de sodio de alta presión (HPS) funcionan a una presión entre 5-10 kPa.
• Una mayor presión de sodio mejora el renderizado del color, pero disminuye la eficacia: de 100 a 125 lm/W dependiendo del tamaño.
• Modelos entre 35 – 1000 W. • Tienen una vida útil entre 20.000 y 24.000 horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas con Mercurio a Alta Presión
• Utilizan un arco a través de mercurio vaporizado en un tubo de alta presión para crear una luz muy brillante directamente desde el propio arco.
• Modelos en un rango entre 35 - 2000 W. • Eficacia típica: de 45 a 55 lm/W. • Tienen una vida útil entre 20.000 y 24.000
horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de halogenuros metálicos de alta presión
• Las bombillas de halogenuros metálicos son similares a las bombillas de vapor de mercurio, pero utilizan aditivos de haluro metálico dentro del tubo de arco junto con el mercurio y el argón. Estos aditivos permiten que la bombilla produzca una luz más visible por vatio con una reproducción de color mejor.
• 80 – 100 lumens por watt • Tienen una vida útil entre 10.000 y 20.000
horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de Mercurio de Alta Presión - Bombillas de Halogenuros Metálicos
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Caracteristicas Vapor de Mercurio Sodio a Alta Presión
Halogenuros Metálicos
Rango de Eficacia Luminosa 45 - 55 lm/W 105 - 125 lm/W 80 - 100 lm/W
Vida Útil 20.000 h 20.000 – 24.000 h 10.000 – 20.000 h
Índice de Renderizado de
Color 15 - 50 25 65 - 85
Temperatura Correlacionada de
Color 3.900 – 5.700 K 2.000 – 2.100 K 4.000 – 5.000 K
Regulable? Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Eficiencia típica:
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Ventajas
• Mayor vida útil que las bombillas halógenas incandescentes. • Son más eficientes que las bombillas incandescentes. • Coste moderado, aunque los LED están alcanzando precios similares. • Luz difusa (buena para iluminación general, reduciendo sombras duras)
Inconvenientes
• Contienen mercurio. • Necesitan un tiempo de calentamiento hasta brillar por completo. • El parpadeo de alta frecuencia puede ser irritante para los humanos
(tensión ocular, dolores de cabeza, migrañas). • No tiene el mejor índice de representación de color (CRI). • No es la mejor tecnología para regular su intensidad. • Parpadeo irritante al final del ciclo de vida
Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
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• Un diodo emisor de luz (LED), también conocido como SSL (iluminación de estado sólido), es un dispositivo electrónico que produce luz cuando pasa una corriente eléctrica a través de él.
• Un diodo es una unión semiconductora que, una vez excitada, permite que la corriente atraviese la unión, conduciendo a la emisión de luz blanca.
• Los LED son la tecnología de iluminación blanca más eficiente del mercado. • Un diodo emisor de luz orgánico (OLED) está hecho con compuestos orgánicos que
se iluminan cuando se les alimenta con electricidad. Debido a que pueden hacerse extremadamente delgados, flexibles y pequeños, se usan en pantallas de TV, teléfonos móviles y luces de techo.
Tipos de Lámparas Bombillas de Estado Sólido – LEDs y OLEDs
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Tipos de lámparas LED: • Bombilla | Para la sustitución de CFL y
bombillas incandescentes halógenas
• Spot | donde se aplica mejor su propiedad de direccionalidad
• Tubo | Para iluminar áreas amplias abiertas, reemplazando LFLs
• Tira | Aprovechando la flexibilidad de la tira de luz LED para fines estéticos
Los LED también pueden integrarse en luminarias. Un diseño particular es el panel plano LED que puede construirse en el techo.
Tipos de Lámparas LEDs
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Tipos de Lámparas LEDs
Caracteristicas Bombilla LED Típica Luminaria LED Típica
Rango de Eficacia Luminosa 60 - 130 lm/W 80 - 150 lm/W
Vida Útil 15.000 – 30.000 h 20.000 – 60.000 h
Índice de Renderizado de Color 70 - 95 80 – 95
Temperatura Correlacionada de Color 2.700 – 6.500 K 2.700 – 6.500 K
Regulable? Si el controlador es regulable
Si el controlador es regulable
Especificaciones Técnicas Típicas
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Ventajas
• Tecnología que puede tener eficiencia Clase A +, A ++ • Los LED tienen, de lejos, la vida más larga de todas las tecnologías de
iluminación • Menor coste de propiedad. • Tecnología extremadamente flexible para fines estéticos y de control. • La temperatura baja en funcionamiento evita cualquier posibilidad de
quemadura al tacto. • En comparación con los CFL, los LED soportan muchos más ciclos de
conmutación y se iluminan de inmediato.
Inconvenientes
• Su costo inicial es algo mayor que el de otras tecnologías (pero los precios son cada vez más bajos) y se compensa más bien por su bajo consumo de electricidad.
• Los LED son sensibles a la temperatura. La eficacia y la vida útil se reducen fuertemente si las bombillas se sobrecalientan.
Tipos de Lámparas LEDs
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Qué es una Luminaria? Una luminaria es una estructura eléctrica completa, incluyendo la(s) lámpara(s), el mecanismo para insertar o sostener la(s) lámpara(s), el cableado, enchufe y otros componentes de protección/arranque. Una luminaria tiene 5 funciones específicas: Sostiene y protege la fuente; Proporciona una conexión eléctrica segura; Permite una instalación adecuada; Mejora la estética o el estilo dentro del espacio; Controla la distribución de la luz
Luminarias
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Una luminaria tradicional incluye los siguientes componentes: 1. La carcasa, que también se denomina troffer, contiene todas las partes y el balasto/controlador si no está integrado directamente en las lámparas (típicamente en el caso de lámparas LED en el sector terciario). 2. Reflector, para dirigir la luz en la dirección deseada 3. Lámparas (también llamadas fuentes de luz) y su respectivo portalámparas o zócalo 4. Blindaje (lente, rejilla o similar) para reducir el resplandor molesto y, a menudo, también para controlar la distribución de la luz que sale
Luminarias
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Porque hay tantas luminarias y tan diferentes? • Cada luminaria está diseñada para dirigir la luz a la ubicación deseada, creando
el entorno visual requerido sin causar deslumbramiento o incomodidad. Las luminarias están adaptadas para muchas tareas y entornos humanos diferentes.
• Hay muchos tipos de luminarias, opacas o translúcidas, y pueden variar mucho según el tipo de fuente de luz que tengan.
Luminarias
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Luminarias
La eficiencia de la luminaria es proporcionada por todos los fabricantes acreditados en sus descripciones técnicas y se conoce como la relación de salida de luz (LOR) de la luminaria. La eficiencia se ve afectada por:
• La forma de la lámpara; • La reflectancia de los materiales • El número de lámparas que contiene la luminaria
LOR es la relación entre la luz emitida de una luminaria ∅𝑜𝑜𝑜𝑜𝑡𝑡 y la luz total que emiten las lámparas desnudas ∅ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 que contiene. Es preferente escoger la luminaria con la mayor LOR.
𝐿𝐿𝐿𝐿𝑅𝑅 =∅𝑜𝑜𝑜𝑜𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑙𝑙𝑜𝑜𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
∅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
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Luminarias
El factor de eficacia de la luminaria (LEF, por sus siglas en inglés), también conocido como relación de eficacia de la luminaria, mide la salida (en lumen) de un dispositivo en función de la potencia de entrada, permitiendo las comparaciones entre dispositivos. Cuanto mayor sea el LEF, más eficiente será la luminaria.
𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =𝐿𝐿𝐿𝐿𝑅𝑅 × ∅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 × η𝑑𝑑𝑙𝑙𝑙𝑙𝑑𝑑𝑑𝑑𝑙𝑙
𝑃𝑃𝑙𝑙𝑙𝑙
ηdriver - Eficiencia del balasto o del controlador LED
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Luminarias
• Las Luminarias se venden a menudo con las lámparas incorporadas que las acompañan.
• El comprador debe estar informado sobre la compatibilidad de la luminaria con la eficiencia de las lámparas que se pueden usar en la luminaria.
• Es importante resaltar que la etiqueta para las luminarias no se refiere a la eficiencia de la luminaria.
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Luminarias
Leyenda de etiquetado: I. Nombre del proveedor II. Código identificador del modelo III. Explicación de su compatibilidad o
cualquier otra información necesaria sobre el soporte de la fuente luminosa
IV.Gama con las clases de eficiencia energética
V. Información sobre el tipo de lámpara (si hay)
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• Hay dos tipos de balastos eléctricos: balastos electrónicos y balastros magnéticos.
• Un balasto tiene dos funciones principales. Enciende la lámpara y controla la operación de la lámpara. Según sus características, también pueden: transformar el voltaje, atenuar la lámpara y corregir el factor de potencia.
• Todas las lámparas de descarga, incluidas las lámparas fluorescentes, necesitan un balasto para funcionar.
Balastos
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Balastos Electrónicos • Controlan la tensión de arranque y las corrientes durante el funcionamiento de las
lámparas de descarga de gas. • Utilizan la tecnología de estado sólido para operar a una frecuencia muy alta
(aproximadamente 30 kHz), lo que resulta en una mayor conservación de energía, ya que hay una menor pérdida de potencia y una mayor eficacia de la lámpara.
• Estos balastos también pueden mejorar el factor de potencia.
Balastos
Clases de Balastos según su Eficiencia Clase A1 Balastos electrónicos regulables Clase A2 Balastos electrónicos con pérdidas reducidas Clase A3 Balastos electrónicos Clase B1 Balastos magnéticos con muy pocas pérdidas Clase B2 Balastos magnéticos con pocas pérdidas
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Balastos Magnéticos • Usan una reactancia magnética para controlar la corriente eléctrica y para
encender la lámpara. • Son una tecnología antigua, con un núcleo de placas de acero envueltas en
bobinados de cobre. Las pérdidas por efecto Joule que se producen en los bobinados de cobre, y las pérdidas magnéticas en el núcleo de hierro, incrementan las pérdidas de potencia entre un 10 y un 25%. Este valor dependerá de la dimensión y la construcción del balasto.
Balastos
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Balastos
Los balastos regulables se consideran de clase A1 si cumplen los siguientes requisitos: - Emitiendo el 100% de luz, el balasto cumple al menos las exigencias de A3; - ajustando la luz al 25%, la potencia consumida total es igual o inferior al 50% de la potencia que consume al ajustarse al 100% de luz; - el lastre debe poder reducir la luz al 10% o menos respecto a la luz máxima que puede emitir. Los balastos magnéticos pertenecientes a las categorías de eficiencia energética B1 y B2 tienen un alambre de cobre más grueso y un núcleo de hierro sujeto a menor disipación de potencia, reduciendo las pérdidas internas. Los balastos electrónicos (A1, A2 y A3) incluso reducen el consumo de energía de los circuitos del balasto de la lámpara a menos de la potencia nominal de la lámpara a 50Hz. Esto es causado por el aumento de la eficiencia de la lámpara a altas frecuencias (> 20kHz), dando lugar a un 10% menos de potencia y una disminución de las pérdidas del balasto.
Clases de Balastos según su Eficiencia Clase A1 Balastos electrónicos regulables Clase A2 Balastos electrónicos con pérdidas reducidas Clase A3 Balastos electrónicos Clase B1 Balastos magnéticos con muy pocas pérdidas Clase B2 Balastos magnéticos con pocas pérdidas
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Ventajas
• La salida de las lámparas se degrada más lentamente
• Se elimina el parpadeo de la lámpara
• Funcionamiento con múltiples lámparas (1 a 4)
• Larga vida útil
Ventajas • Los materiales pueden
reciclarse fácilmente • Bajo coste inicial
Balastos Electrónicos Balastos Magnéticos
Inconvenientes
• Pueden causar distorsión harmónica
Inconvenientes
• Menos eficientes • Más pesados que los
balastos electrónicos • Más ruidosos que los
balastos electrónicos
Balastos
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Una unidad que se encuentra entre la fuente de alimentación y el (los) módulo (s) de LED para proporcionar les el voltaje y corriente apropiados. El controlador también se llama equipo de control electrónico.
Controladores
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Controladores Internos Las bombillas para el hogar generalmente incluyen un controlador interno porque hace que reemplazar las bombillas incandescentes o CFL viejas sea más fácil.
Controladores
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La vida útil de un controlador de LED está determinada por la vida útil de los componentes electrónicos individuales que lo componen. El enlace débil, en particular, suelen ser los condensadores electrolíticos. El electrolito que contienen es típicamente un gel que se evapora gradualmente durante la vida del componente. La velocidad de evaporación depende de la temperatura dentro del controlador, que, a su vez, se correlaciona con la temperatura externa de la caja del controlador. Las temperaturas de funcionamiento altas aceleran la evaporación y, por lo tanto, acortan la vida útil del condensador.
Controladores
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Socios de Premium Light Pro
Financiado por la Comisión de la Unión Europea (UE) en el marco del programa Horizonte 2020
Socios de la UE
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Socios de Premium Light Pro
Nombre País Organización Email Bernd Schäppi Austria Austrian Energy Agency
www.energyagency.at
Michal Stasa República Checa SEVEn
www.svn.cz
Caspar Kofod Dinamarca EnergyPiano [email protected] Anibal T. De Almeida Portugal Institute for Systems and
Robotics, University of Coimbra [email protected]
Stewart Muir Reino Unido Energy Saving Trust
www.energysavingtrust.org.uk/
Boris Demrovski Alemania CO2ONLINE
www.co2online.de
Andrea Roscetti Italia Politecnico Milano http://www.energia.polimi.it/index.php
Aniol Esquerra España Ecoserveis
www.ecoserveis.net
Łukasz Rajek Polonia FEWE The Polish Foundation for Energy Efficiency
www.fewe.pl
