Una luminaria sumergible funciona en el mejor y peor ambiente térmico disponible al mismo tiempo. El agua transporta el calor de manera mucho más efectiva que el aire, y una carcasa sellada casi no ofrece camino para que el calor llegue a ella. Cada decisión sobre cómo se construye una luz sumergible es una decisión sobre esa contradicción.
Una carcasa sellada es un problema térmico antes que un problema de sellado.
El sellado y el diseño térmico van en direcciones opuestas. Una pared más gruesa sella de manera más confiable y agrega resistencia al flujo de calor. El compuesto de encapsulado protege los componentes electrónicos del agua y también los encapsula, por lo que el calor tiene que viajar a través de ellos. Una cubierta removible para llegar al conductor significa un sello de compresión, y un sello de compresión es la junta con mayor probabilidad de tener fugas con el tiempo.
El resultado es que una luminaria sumergible no es una lámpara sellada con un problema térmico atornillada. Es un diseño térmico con requisitos de sellado, y de ahí surgen la geometría de la carcasa, el espesor de la pared, el material y el método de fijación interna.
Para un comprador, esta es la razón por la que dos luminarias con el mismo número de LED y la misma potencia pueden comportarse de manera diferente durante cinco años. El dado se comporta de manera idéntica. Lo que difiere es la rapidez con la que el calor lo abandona.
El camino del calor, paso a paso
El calor de un LED viaja a lo largo de una cadena y cada paso de la cadena tiene una resistencia térmica. El total es lo que decide la temperatura de la unión.
La unión al paquete, fijada por el fabricante del LED.
El paquete a la placa, establecido por la unión de soldadura y el diseño de la almohadilla.
La placa a la carcasa, determinada por el material de la interfaz y la presión de contacto.
A través de la pared de la vivienda, dependiendo del material y su espesor.
Desde la superficie de la vivienda hasta el agua, determinado por la superficie y el movimiento del agua.
Los pasos tres y cuatro son donde un fabricante tiene mayor influencia, y el paso tres es donde los diseños baratos revelan más. Una placa con núcleo de metal-sujeta a una cara mecanizada transfiere bien el calor. La misma placa colocada sobre una superficie pintada sin material de interfaz la transfiere mal y la diferencia se muestra como una temperatura de unión más alta a la misma potencia.
El quinto paso pertenece más a la instalación que al producto, por lo que un aparato puede funcionar de manera diferente en dos lavabos del mismo tamaño. Más sobre eso a continuación.
Por qué el agua no es simplemente un buen disipador de calor
La conductividad térmica del agua es muchas veces mayor que la del aire, y esa comparación se cita como si resolviera la cuestión. No es así, porque la conducción hacia el agua depende del movimiento del agua.
El agua en contacto con una superficie cálida forma una capa límite que la aísla. En aguas tranquilas, esa capa se espesa y la transferencia de calor disminuye. En el agua en movimiento, se barre continuamente y la transferencia de calor se mantiene alta. Una luminaria en un estanque sin circulación y la misma luminaria en una fuente con bomba en funcionamiento son dos instalaciones térmicas diferentes.
Otros tres efectos importan en el servicio:
Aire atrapado. Un dispositivo montado debajo de una repisa, o con su cara inclinada hacia abajo, puede contener una bolsa de aire contra su superficie superior. El aire es un aislante y la bolsa es invisible desde encima del agua.
Depósitos. Las biopelículas, las algas y las incrustaciones de calcio tienen baja conductividad térmica. Una carcasa con un revestimiento visible es una carcasa que ha perdido parte de su refrigeración.
Sedimento. Un artefacto medio-enterrado en limo en un recipiente que rara vez se limpia ha perdido la mayor parte de la superficie para la que fue diseñado.
Ninguno de estos son defectos de fabricación. Son condiciones de funcionamiento, y una especificación que supone agua limpia en movimiento debería decirlo, porque esa suposición es en la que se basó el diseño térmico.
Tj, Tc y por qué la temperatura del caso es lo que se puede medir
Los fabricantes de LED publican una temperatura máxima de unión, generalmente alrededor de 125 grados o 150 grados, según el paquete. La unión está dentro del troquel y no se puede medir directamente en una luminaria terminada.
Lo que se puede medir es la temperatura de la carcasa, y lo que hacen los fabricantes es establecer la relación entre ambas para un diseño determinado. Esta es la razón por la que los informes LM-80 se ejecutan a temperaturas de caja específicas en lugar de a una cifra ambiente: la temperatura de la caja es la condición límite que vincula el resultado del laboratorio con el producto real.
Dos consecuencias para los compradores:
Cuando un proveedor reclame una cifra de mantenimiento de lúmenes, pregunte a qué temperatura de la caja se midió y cómo se compara con la temperatura de la caja de la luminaria terminada en servicio.
Cuando especifique un dispositivo, describa las condiciones de funcionamiento en lugar de solo los requisitos eléctricos. El rango de temperatura del agua, el flujo y si el dispositivo alguna vez está expuesto al aire son los datos de los que depende el diseño térmico.
El conductor suele ser lo primero que falla
El paquete LED es robusto y predecible. La fuente de alimentación no es ninguna de las dos cosas, porque contiene condensadores electrolíticos cuya vida útil se reduce a la mitad aproximadamente cada diez grados de aumento de temperatura.
En una luminaria sumergible, el conductor se sienta en el peor lugar disponible: sellado, sin flujo de aire, a menudo junto a los LED que enciende. Un conductor en esa posición es un elemento de desgaste con una vida útil, no un componente permanente.
Éste es el argumento más fuerte para separarlos. Un diseño con el controlador fuera del agua, en el lado seco en un recinto ventilado o en una sala de máquinas, saca el componente más sensible a la temperatura-del peor ambiente térmico y cambia el modo de falla de todo el sistema.
Si es necesario integrar el controlador, entonces las preguntas prácticas son si la luminaria se puede abrir para reemplazarlo y si el repuesto es una pieza en stock. Una unidad sellada con un controlador fallido es un reemplazo completo del dispositivo, y el costo de ello está dominado por el acceso.
Funcionamiento en seco: qué sucede cuando la bomba se detiene y las luces permanecen encendidas
Una luminaria sumergible está diseñada con agua en el otro lado de la carcasa. Si se elimina el agua, el último paso del camino del calor se sustituye por aire, que es aproximadamente veinte veces peor como conductor e infinitamente peor sin convección en un recipiente cerrado.
Las consecuencias llegan en un orden definido:
La temperatura de la caja aumenta y también la temperatura de la unión.
La salida de luz disminuye porque la eficiencia del LED disminuye a medida que se calienta el troquel.
El color cambia porque los canales se desplazan a diferentes velocidades.
Los condensadores del conductor envejecen más rápido
La tensión térmica hace que el sello cicle y el sello es la siguiente falla.
Una característica que enciende sus luces mientras la bomba está apagada lo hace siempre. Puede que sobreviva a la primera temporada. Lo que no hará es alcanzar la vida útil que describe la hoja de datos, porque la hoja de datos describe una condición diferente.
La solución es una decisión de control más que una decisión de producto. Conecte la iluminación con la bomba para que las luces no puedan funcionar sin flujo, o use un dispositivo cuyo diseño térmico tolere la exposición al aire y diga cuál de los dos se aplica en la especificación. La tercera opción, funcionar sin flujo y aceptar la vida más corta, es una elección comercial legítima siempre que todos los participantes en la conversación sepan que es la elección que se está haciendo.
Incluya la condición de operación en la especificación en lugar de dejar que se infiera, y cuando el lavabo no pueda garantizar el flujo, trate el enclavamiento como parte del alcance eléctrico en lugar de como una instrucción de operación.
Envasado o útil: la compensación-en términos sencillos
Predominan dos familias constructoras.
Completamente en maceta. La electrónica está encapsulada en un compuesto dentro de la carcasa. La difusión del calor es buena, el sellado es el más robusto disponible y no hay juntas internas que puedan tener fugas. Tampoco es reparable: cuando falla el controlador, se reemplaza el dispositivo.
Sellado pero abrible. Se puede acceder al controlador y a la junta. Los repuestos y una larga vida útil son posibles, y la tarea de sellado es más difícil porque hay una junta de compresión que debe fabricarse correctamente y re-hacerse correctamente después de cada intervención.
Por lo general, usted decide si se puede drenar el agua. Una piscina que se vacía anualmente puede aceptar un accesorio en maceta, porque el reemplazo es planificado y no perjudicial. Un lavabo que nunca se drena, o una piscina en uso continuo, abogan por un artefacto cuyos consumibles se puedan alcanzar sin mover un metro cúbico de agua.
Lo que realmente muestra una prueba térmica
Una prueba térmica en una luminaria sumergible no es una medición única. Es un conjunto de medidas que se toman hasta que las temperaturas dejan de subir, en condiciones que hay que especificar para que el resultado signifique algo.
Qué útil informe de prueba le ofrece:
La temperatura del agua durante la prueba y si se mantuvo constante o se dejó variar.
Si el agua estaba quieta o circulando y a qué velocidad, si se sabe.
La temperatura de la caja en el punto de medición definido y dónde se encuentra ese punto.
La potencia realmente consumida durante la prueba en lugar de la cifra nominal.
La duración y la evidencia de que se alcanzó el estado estacionario.
El último punto es donde se muestran las pruebas aceleradas. Una luminaria con carcasa de metal fundido tiene una masa térmica apreciable y la carcasa se calienta lentamente. Una prueba que se detiene después de treinta minutos mide el calentamiento de la carcasa, no la condición en la que permanecerá el artefacto durante seis horas. Si un informe no indica el tiempo de remojo, la temperatura de la caja que contiene es provisional.
Para un comprador, el uso práctico de un informe térmico es una comparación más que un juicio absoluto. Se pueden comparar entre sí dos proveedores que realizan pruebas en la misma condición descrita. Dos proveedores que citan la temperatura de una sola caja sin condiciones de prueba no se pueden comparar en absoluto.
Que especificar
Escríbalos en la especificación y el diseño térmico tendrá algo que comparar:
El rango de temperatura del agua en servicio, incluidas las más frías y cálidas esperadas.
Si el agua se está moviendo o quieta en la posición del dispositivo y el flujo asumido
Si el aparato se puede energizar alguna vez sin agua y, de ser así, durante cuánto tiempo.
La temperatura máxima del aire cuando el lavabo está vacío y el aparato está expuesto al sol directo.
Si el controlador está integrado o es remoto y, si es remoto, dónde está instalado.
Si el artefacto debe seguir siendo útil si nunca se drena
donde nos sentamos
Construimos luminarias sumergibles con el controlador integrado o remoto, y establecemos las condiciones de funcionamiento que asume el diseño térmico en lugar de dejarlo para que se infiera. Cuando un lavabo enciende sus luces independientemente de su bomba, recomendamos un enclavamiento y le proporcionaremos los detalles del cableado.
Si su sistema funciona con luces sin un flujo de agua garantizado, infórmelo en la etapa de consulta. Una luz subacuática IP68 y unLuz de fuente de 12VSon casos térmicos diferentes y la respuesta cambia con el montaje. NuestroPerfil de la empresacubre cómo manejamos las preguntas de la solicitud.
Preguntas frecuentes
P: ¿Las luces subacuáticas funcionan más frías porque están en agua?
R: Sólo cuando el agua está en movimiento. El agua tranquila forma una capa límite aislante contra la carcasa. Una luminaria en un estanque circulante y la misma luminaria en un estanque tranquilo son dos instalaciones térmicas diferentes.
P: ¿Qué sucede si enciendo las luces de la fuente con la bomba apagada?
R: La carcasa pierde su ruta principal de calor. Las temperaturas de la carcasa y las uniones aumentan, la salida y el color cambian y los condensadores del controlador envejecen más rápido. El funcionamiento repetido en seco acorta la vida útil del aparato y, en la mayoría de los casos, la garantía no lo cubre.
P: ¿Es mejor una luminaria completamente encapsulada que una que se pueda reparar?
R: Sella y distribuye mejor el calor y no se puede reparar, por lo que una falla del controlador significa reemplazar el dispositivo. Un diseño útil permite un cambio de impulsor o junta, pero depende de que la junta de compresión se realice correctamente. La elección suele depender de si se puede drenar el agua.
P: ¿Por qué fallan los LED cuando los propios LED tienen una capacidad nominal de 50 000 horas?
R: Porque el conductor falla primero. Los condensadores electrolíticos pierden vida rápidamente a medida que aumenta la temperatura, y en un dispositivo submarino sellado el conductor se sienta en la posición más caliente disponible.
P: ¿Qué cifra de temperatura debería aparecer en una especificación?
R: La condición de funcionamiento en lugar de un solo número: rango de temperatura del agua, si el agua se está moviendo y si el artefacto podrá funcionar alguna vez sin agua. Esas son las entradas en torno a las cuales se construye el diseño térmico.
Comprobación de una aplicación-de ejecución en seco o-de agua sin gas
Díganos el horario de la bomba, el tipo de lavabo y la posición de montaje, y le diremos cuál de nuestros modelos se adapta a la aplicación y cuál no.