La tendencia de los últimos años está llevando cada vez más a utilizar tiras de LED en los hogares como fuente de iluminación principal y no solo decorativa.

Este modo de iluminación es, de hecho, muy eficaz y estéticamente atractivo gracias a la gran variedad de perfiles de aluminio disponibles.

Una de las dificultades que se encuentran a menudo en la construcción del sistema eléctrico es tener que encontrar el espacio para la instalación de todas las fuentes de alimentación, a veces muchas, que alimentan las tiras de LED. Normalmente se utilizan de una a varias fuentes de alimentación, dependiendo de la potencia instalada, para cada encendido. También se debe cuidar la ubicación para contener la distancia a la tira y, a su vez, contener la caída de tensión. Una habitación de matrimonio tiene fácilmente 4 o más tomas de corriente (dos para las dos mesitas de noche, una para la iluminación principal y otra para la secundaria decorativa).
Antes de ver las ventajas de utilizar iluminación de 48V, es bueno destacar algunas características de las tiras LED.

Caída de tensión, número de LED y eficiencia

Para elegir una tira de led es importante entender cómo funcionan y, dependiendo del tipo de tira, cuáles son las fortalezas y debilidades.

Desde el punto de vista eléctrico, además de la tensión de alimentación, las regletas se pueden dividir inicialmente en dos grandes categorías: con control de potencia en tensión (resistencia) y con control de potencia en corriente (transistor o circuito integrado). Posteriormente se distinguen en el número de LEDs en serie para cada circuito. Para las tiras de 24V normalmente oscila entre 6 y 8 LEDs (últimamente también 9).

Control de tensión

La mayoría de las tiras de led están fabricadas con un control de tensión de alimentación. Esta elección de diseño se hace para reducir el coste final del producto y, en muchas aplicaciones, no es una elección penalizadora. Pero veamos cómo funcionan las dos versiones.

Control de voltaje

En las tiras con control de potencia por tensión, la corriente que circula en los LEDs, y en consecuencia la potencia, se define con el valor de la resistencia puesta en serie con los LEDs. De hecho, el valor de la corriente viene dado, según la ley de Ohm, por la tensión Vr de la resistencia dividida por el valor de la propia resistencia. Por ejemplo, con un voltaje en la resistencia de 6V y una resistencia de 100 Ohm, se obtiene una corriente de 60mA.
En una tira de LED de 24V con 60 LED por metro y cortando cada 6 LED, suponiendo una tensión nominal de los LED (Vf) de 3V, tenemos una tensión total en los LED de 3V * 6 = 18V y por tanto una tensión en la resistencia de 24V -18V = 6V. Si usáramos una resistencia de 100 ohmios, obtendría una corriente de 60 mA por cada corte de 6 LED. Teniendo la tira elegida 10 cortes por metro, podemos calcular la potencia por metro: 60mA * 10 = 600mA que corresponde a 24V * 0,6A = 14,4W por metro.
En condiciones ideales,por lo tanto, la potencia por metro de la tira se puede ajustar fácilmente con una simple resistencia. Desafortunadamente, en el mundo real,las cosas son mucho más complejas. La primera criticidad obvia es la hipótesis de un 3V Vf de los LED. De hecho, este parámetro depende del lote de producción de los LED y puede variar mucho. Sin embargo, los LED se dividen por voltaje y durante la fase de producción pueden tener una precisión de voltaje de 0,1 V (por ejemplo, con un voltaje de 2,9 V a 3,0 V).
Esto le permite calibrar la resistencia con un valor bastante preciso. Sin embargo, es una lástima que el valor del voltaje del LED varíe durante el uso según la corriente que fluye a través del LED y la temperatura del LED. El valor medido durante la producción del LED e indicado en el embalaje se refiere a la tensión Vf a la potencia nominal declarada. Para el led 2835 se mide a 60mA.

Por lo tanto, esta variabilidad hace que sea imposible establecer la potencia exacta con este modo de control. Esta es la razón por la que hablamos de la potencia nominal de la tira de led y la potencia real. En nuestras tiras LED la potencia real es "sobre" un 10% inferior a la potencia nominal.
A este problema, de difícil solución en la fase de diseño, se suma un segundo problema ligado esencialmente al uso que se dará a la tira de LED: la caída de tensión en el circuito.
De hecho, la tira de led es un circuito que puede ser muy largo y, dependiendo de cómo se alimente, puede haber caídas de voltaje muy altas. El circuito sobre el que se montan los LED tiene pistas de cobre que, dependiendo del grosor, tienen una resistencia que varía con la longitud. En longitudes de 5 metros, alimentación por un lado y potencia real de 13W por metro, pueden producirse caídas de tensión de 1,5V. Esta pérdida de tensión provoca una pérdida de potencia, entre el principio y el final de la tira, del 25-30%. Esto quiere decir que si,orientativamente, el primer metro de tira consume 13W, el último consume 9,1W.
Es pues evidente que con este modo de control de potencia en una tira de LED es prácticamente imposible establecer de antemano la potencia de una luz instalada. Hay demasiados factores que afectan su poder real.

Control de curriente

En las tiras LED con control de corriente el circuito se complica aumentando el coste pero es posible librarse de todos o casi todos los problemas vistos en la versión con control de tensión. No está en el alcance de este texto ver cómo funcionan estos circuitos y cuáles son las ventajas y desventajas de las diferentes implementaciones que se pueden hacer.
Basta saber que la parte "activa" del circuito, que reemplaza a la resistencia, es capaz de controlar la corriente que fluye en el LED independientemente del voltaje que alimenta la serie de LED. Evidentemente estos circuitos no son los ideales y solo hay que destacar un problema que todo el mundo tiene más o menos. Para funcionar necesitan una diferencia de voltaje suficiente entre la fuente de alimentación y el voltaje del LED. Por lo general, se considera al menos 1V.
Por lo tanto, en estas tiras, siempre que la tensión de alimentación sea superior a la de los LED en al menos 1 V, la corriente que circula en los LED es siempre la misma que se definió en la fase de diseño. Esto quiere decir que en el ejemplo anterior de la tira de 13W por metro, la potencia del último contador siempre es de 13W a pesar de que la tensión de alimentación del último contador ya no es de 24V sino de unos 23,5V.

La desventaja de esta solución es el aumento de los costes. Cada serie tiene un control de corriente en lugar de la resistencia.

Número de LEDs en serie y eficiencia

Este aspecto del diseño de las tiras LED es poco conocido pero,como veremos, de extrema importancia ya que afecta drásticamente el rendimiento de la tira.
La primera característica que varía en una tira de LED en función del número de LED en serie es la eficiencia. Como sabemos,la eficiencia de una luz se mide en lúmenes por vatio. En una tira de LED de 13W por metro, 60 LEDs/m y una serie de 6 LEDs que emiten 1400 lúmenes por metro,tengo una eficiencia de unos 108 lúmenes/W. Esta tira tiene 10 circuitos en serie cada metro (60 led por metro dividido por 6 led). Si cambio el diagrama de cableado y llevo los LED en serie a 7, manteniendo siempre 10 circuitos por metro, obtengo una tira de LED de 70 LED por metro. Si mantengo la corriente que fluye en los LED, la potencia por metro sigue siendo la misma, siempre 13W. ¿Qué sucede con la eficiencia? La nueva tira tiene 10 LED por metro más que la anterior. Si considero que la luz que emiten los LED depende únicamente de la corriente que circula por encima, tengo que la nueva tira tiene 10/60 * 100 = 16.6% más de luz y por lo tanto 1630 lúmenes por metro y una eficiencia de 126 lúmenes/ w
Si la nueva tira tuviera 8 LEDs en serie tendría una tira LED de 80 LEDs por metro y un aumento de eficiencia de 20/60*100 = 33,3% (144 lumen/W). Un aumento increíble solo a costa de los LED adicionales.
Estas mejoras se logran fácilmente cambiando el diagrama de cableado de las tiras pero tienen un efecto indeseable que debe tenerse en cuenta. La caída de tensión en las tiras de led con control de potencia de tensión provoca una mayor caída de potencia con la misma caída.
Tomemos siempre como ejemplo la tira de led de 60 led/m, 24V con led de tensión Vf de 2,8V. Para calcular la resistencia a montar, si quiero una corriente de 60mA en los leds, tengo que hacer: 6 leds * 2.8V = 16.8V → 24V-16.8V = 7.2V → R = 7.2V / 0.06A = 120 Ohm.
En el mismo tipo de tira pero con 70 LEDs/m Tenemos una resistencia de: 7 LEDs * 2,8V = 19,6V → 24V-19,6V = 4,4V → R = 4,4V / 0,06A = 73 Ohm.
Finalmente, en la versión con 80 LEDs/m tenemos una resistencia de: 8 LEDs * 2,8V = 22,4V → 24V-22,4V = 1,6V → R = 1,6V / 0,06A = 26,6 Ohm.
Como dijimos anteriormente, la corriente que fluye en los LED depende del valor de la resistencia y el voltaje en ella. Los cálculos recién realizados se refieren a la condición ideal al comienzo de la tira de LED. Si por la caída de tensión a lo largo de la tira tuviéramos una pérdida de 1,5V, la potencia del último metro de la tira variaría considerablemente dependiendo del número de LEDs en serie. De hecho, vemos que con 6 LED en serie tenemos 5,7V en la resistencia en lugar de los 7,2V calculados en la fase de diseño. Con este voltaje, por lo tanto, tenemos una corriente de 47,5 mA en la resistencia en lugar de 60 mA (-21%). En la tira con 7 LEDs en serie tenemos 2,9V en la resistencia en lugar de los 4,4V calculados con una corriente de 39,7mA (-34%). Finalmente, en la tira con 8 LEDs en serie tenemos 0,1V (!!!) en lugar de 1,6V calculado con una corriente de 4mA (-93%).
Es evidente que en estas condiciones de funcionamiento la tira LED de 8 LEDs en serie no puede ser utilizada ya que la caída de tensión afecta su funcionamiento a largas distancias. Por lo tanto, se puede deducir que las tiras de LED muy eficientes, con 8 o incluso 9 LED en serie, son extremadamente sensibles a las caídas de tensión y deben usarse con mucho cuidado. Además, deben fabricarse con circuitos más gruesos (mayor coste) para reducir las caídas de tensión y por tanto los problemas que ello conlleva.

Conclusión

Como hemos visto, una tira LED ideal debería tener un número elevado de LEDs en serie por cada ramal y un control de corriente para eliminar el efecto negativo de la caída de tensión.

Se llega a un buen compromiso con las tiras de led de 48V. De hecho, con este voltaje es posible hacer una serie de 16 LED con control de corriente, para reducir las corrientes involucradas con la misma potencia y por lo tanto reducir la caída de voltaje. Con las soluciones de 48V es posible hacer tiras de longitudes dos veces mayores que las de 24V y no aumentar excesivamente el coste de la tira por el control de corriente (de hecho, recuerda que se necesita un circuito para cada serie y las tiras de 48V tienen la mitad de la serie en comparación con un 24V).
¿De acuerdo entonces? Casi, el mayor problema que tienes es el corte mínimo de la tira que resulta ser el doble que las de 24V. Afortunadamente, las tiras de LED con muchos LED, como 240 LED/m, incluso duplicando la longitud del corte, no están particularmente limitadas en las aplicaciones de iluminación. También existen algunas precauciones que permiten no verse afectado por el mínimo corte en instalaciones con perfiles montados en placa de yeso (basta con ocultar el trozo de fleje sobrante dentro de la estructura de placa de yeso).

Evolución de las plantas

Es importante hacer algunas consideraciones sobre la evolución de los sistemas de iluminación con tiras de 48V.
Un primer cambio importante en el sistema de iluminación que se puede obtener gracias a las tiras de 48V es la reducción sustancial de las fuentes de alimentación necesarias para un sistema con su ubicación en el cuadro eléctrico. De hecho, gracias a 48V es concebible implementar la distribución de puntos de luz directamente a 48V desde el cuadro eléctrico principal, sin tener que preocuparse demasiado por la caída de tensión y por lo tanto la distancia de los puntos de luz del cuadro eléctrico.
Las elecciones dependen de las potencias implicadas pero normalmente un punto de luz en una vivienda no supera los 100-150W que corresponden a 3A. Esta carga se puede gestionar con un conductor de 1,5mm2, prácticamente lo que se hubiera utilizado con un punto de luz de 230V. Si las potencias son superiores, como podrías tener en el salón, puedes utilizar un conductor de 2,5mm2 o más (pero el consejo es poner varios conductores en paralelo y servir para diferentes tiras aunque pertenezcan a la misma luz). punto). Otra ventaja radica en el cableado que será de 2 conductores en lugar de 3 (falta tierra).
Este sistema también permite concentrar toda la domótica dentro del cuadro eléctrico mediante reguladores de baja tensión y utilizar una única fuente de alimentación de carril DIN como la Meanwell xxx-480. Las ventajas se reducen si el sistema doméstico está desprovisto de domótica, pero siguen siendo interesantes. Puedes controlar los puntos de luz individuales con los mandos de la serie doméstica, garantizando una mayor duración de los mismos, no teniendo el problema de la corriente de arranque en encendido típica de las fuentes de alimentación (incluso 60A!!!).
Contar con una fuente de alimentación de 48V también podría optimizar el consumo si se utiliza para alimentar los equipos de red y todos aquellos usuarios que puedan ser alimentados (seleccionándolos en el momento de la compra) a 48V (conmutador de red POE, VDR, router, etc).
La distribución de 48V también reduce los campos eléctricos en la casa generados por la de 230V. Característica a veces solicitada por los clientes.
El escritor cree que un uso generalizado de bajo voltaje para la iluminación del hogar puede generar muchas ventajas que se vuelven importantes cuando se usa la automatización del hogar para controlar las luces.
Llevará algún tiempo permitir que los fabricantes de equipos de control incluyan dispositivos adecuados para controlar cargas de 48 V CC en su catálogo, pero no debería tardar mucho. Ya hay fabricantes que suministran algunos dispositivos capaces de trabajar con estos voltajes y otros que tienen en su catálogo controladores declarados para trabajar a 12-24V pero que en realidad también pueden trabajar a 48V.
Este método de instalación se utilizó en un sistema de iluminación complejo basado en tiras de LED CCT de 48 V con LED de alto CRI y sin componente azul en el LED de 3000 K. Todos los puntos de luz se cablearon con 3 hilos (para el CCT) y se llevaron al panel de iluminación (uno por planta). Toda la alimentación la proporcionan 1 o 2 alimentadores en función de la máxima potencia absorbida por las luminarias de suelo. Por lo tanto, cada punto de luz está controlado por un dimmer KNX. La realización de un sistema tan complejo con otros sistemas hubiera implicado la instalación (con relativa búsqueda de espacio en las cajas de derivación) de decenas de fuentes de alimentación con tantos sistemas de control complejos (dedicados, dali, u otros), un aumento de cableado y una importante proliferación de problemas a lo largo del tiempo. Sabemos que cada componente que se inserta en el sistema se puede romper, cuanto menos se ponga menos piezas se pueden romper.
La concentración de toda la iluminación en el cuadro de iluminación también permite gestionar cualquier política de iluminación de emergencia directamente con las tiras de luz primarias directamente desde el cuadro insertando dispositivos de respaldo en las luces elegidas. También es posible planificar la inserción del panel de iluminación debajo de una posible unidad de respaldo vinculada al sistema fotovoltaico con sistema de almacenamiento. De esta forma es posible, con un pequeño sobrecoste, insertar todas las luces bajo el circuito de respaldo.
La primera desventaja de este enfoque es que todas las luces dependen de una fuente de alimentación, si esa se quema, toda la casa queda a oscuras. Afortunadamente, estos dispositivos tienen un gran rendimiento y, en algunos casos, también se pueden conectar en paralelo (y, por lo tanto, ofrecen cierta resistencia a la rotura de una fuente de alimentación).