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ANÁLISIS DEL RENDIMIENTO LUMINOSO DE UNA FUENTE DE FOTOTERAPIA BASADA EN LED consta de 192 elementos, la potencia eléctrica total suministrada es P LED TOTAL = 192 × 0.064 = 12.288 W. La relación entre el flujo luminoso F L emitido y la intensidad de corriente I F en el LED es esencialmente una función no lineal [14] y es específica para cada modelo. Esta relación normalmente viene descrita en la hoja de datos del fabricante, pero también puede aproximarse con una exactitud dentro de un 2% con La respuesta considerando la intensidad luminosa relativa especificada en la hoja de datos del LED se muestra en la Figura 5. F LR ≈ √2 ln(1 + I FR ) (Ec. 2) Donde F LR e I FR son el flujo luminoso y la intensidad de corriente en el LED relativos a sus valores nominales especificados por el fabricante. En el caso específico del 510BL7C estos datos no se encuentran en la hoja de especificaciones. Es interesante obtener el flujo luminoso total partir de una distribución de iluminación no uniforme en el patrón de radiación de un emisor luminoso. En general se sabe que el ángulo sólido Ω del cono de radiación sobre el que se distribuye el flujo luminoso total se halla a partir del comportamiento de intensidades luminosas I(θ) en el patrón de radiación [15]. π Ω = 2π ∫ I(θ)senθdθ 0 (Ec. 3) Y entonces se tiene que el flujo luminoso total es F L = Ω I L0 (Ec. 4) donde I L0 es la intensidad luminosa máxima en el patrón, situación que se obtiene sobre el eje axial del emisor. Puede simplificarse lo anterior considerando un ángulo sólido medido cuando la intensidad luminosa decrece a un 50% del valor máximo. Bajo este criterio de aproximación se tiene que Ω = 2π(1 − cosθ) (Ec. 5) Para el LED en consideración el ángulo de media potencia es = 7° según la información de la fabricante mostrada en la Figura 4. Figura 5. Intensidad luminosa relativa según la corriente en el LED 510BL7C. Fuente: http://www.hebeiltd.com.cn/led.datasheet/510LB7C.pdf Según la hoja de especificaciones del fabricante, en el punto de operación nominal (I F =20mA) la intensidad luminosa se encuentra entre 3,000~5,860mcd. Considerando una media con I L =5,000 mcd se obtiene F L = 2π(1 − cos7°)(5) = 0.234 lm Entonces el rendimiento luminoso de cada LED se encuentra con η = F L 0.234 lm = = 3.7 lm/W P LED 0.064 W Este valor de rendimiento es muy pequeño considerando las excelentes cualidades descritas en la literatura en cuanto a las posibilidades de uso eficiente de la energía que presentan los LED [6] [10]. Una posibilidad para aumentar este valor del rendimiento considera la operación con corrientes mucho más altas, controlando los valores deseados de iluminación empleando drivers que utilicen el modo pulsado [13] [14]. Otra es sustituir los LED por otro tipo que permita una mayor capacidad de corriente. CONCLUSIONES Figura 4. Patrón de radiación del LED 510BL7C. Fuente: http://www.hebeiltd.com.cn/led.datasheet/510LB7C.pdf Es muy importante, al diseñar circuitos que usan dispositivos electrónicos, conocer las repercusiones que existen al elegir un punto de operación específico para el dispositivo en cuestión. Un aspecto de gran relevancia a considerarse es el de conversión energética. Se presenta un método simple aproximado para determinar el rendimiento luminoso de una lámpara de fototerapia basada en LED. Se muestra el procedimiento de cálculo tomando en consideración los datos extraídos de la hoja de especificaciones que publica el 148 REVISTA DEL CENTRO DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN. INSTITUTO TECNOLÓGICO MÉRIDA Vol. 33 NÚM. 72
LUJÁN-RAMÍREZ, C.A., SANDOVAL-GÍO, J., RODRÍGUEZ-SOLÍS, D.G., MANDUJANO-LÓPEZ, G.A. Y PUERTO-LOEZA, J.A. fabricante de los LED y el circuito integrado “driver”. Se concluye que el rendimiento encontrado es muy bajo para el caso de estudio ejemplo y que puede mejorarse llevando el punto de operación del LED a valores más elevados de corriente planteándose un esquema alterno de trabajo en modo pulsado. AGRADECIMIENTOS Al Tecnológico Nacional de México, por su financiamiento para la realización de este proyecto. [13] Keithley Instruments, Inc., The Next Big LED Testing Challenge: High Power LED Modules, Cleveland, Ohio. USA., 2012. [14] L. Godzki, «The Comparison of the Pulse and Constant-current LED Driving,» PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 89 NR 11/2013, pp. 298-300, 2013. [15] Texas Instruments, LED Reference Design Cookbook, Jaros Press, 2010. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] H. J. W. R. J. &. S. D. K. Vreman, «Phototherapy: Current Methods and Future Directions,» de Seminars in Perinatology, 2004. [2] R. &. A. V. Malkin, «A Novel Phototherapy Device,» IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, vol. 29, nº 2, pp. 37-43, 2010. [3] X. Z. J. W. M. W. P. X. D. W. X. &. L. R. Yang, «Research on the Optical System of Neonatal Jaundice Phototherapy Apparatus based on Fly-eye Lens,» de 2nd International Symposium on Instrumentation and Measurement, Sensor Network and Automation (IMSNA), Toronto, ON, Canada, 2013. [4] Koninklijke Philips Electronics N.V, Philips lamps for Phototherapy treatment, Netherlands, 2012. [5] E. Solís Flores, Diseño de una fuente de fototerapia LED. Tesis de Maestría. Instituto Tecnológico de Mérida, 2015. [6] M. Y. Soh, T. H. Teo, W. X. Ng y K. S. Yeo, «Review of high efficiency integrated LED lighting,» de 2017 IEEE 12th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Honolulu, HI, USA, 2017. [7] H. J. W. R. J. &. S. D. K. Vreman, «Standardized bench method for evaluating the efficacy of phototherapy devices,» Acta paediatrica, vol. 97, nº 3, pp. 308-316, 2008. [8] H. J. Vreman, «Vreman, H. J. (2010). Phototherapy: The Challenge to Accurately Measure Irradiance,» Indian Pediatrics, vol. 47, pp. 127-128, 2010. [9] V. R. &. W. R. J. Bhutani, «Neonatal phototherapy: choice of device and outcome,» Acta Pediatrica, vol. 101, pp. 441-443, 2012. [10] R. Lenk y C. Lenk, Practical Lighting Design with LEDs, Wiley-IEEE Press, 2017. [11] Texas Instrumens, TLC5940 16-Channel LED Driver With DOT Correction and Grayscale PWM Control, 2007. [12] Arduino Playground, Arduino TLC5940 Library, 2008. REVISTA DEL CENTRO DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN. INSTITUTO TECNOLÓGICO MÉRIDA Vol. 33 NÚM. 72 149
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