Sorgenti LED negli ambienti industriali: cosa è necessario sapere

sorgenti led e ambienti industriali

sorgenti led e ambienti industrialiNel settore industriale, l’utilizzo di sorgenti LED negli impianti di illuminazione assicura risparmio energetico, migliora – in termini di resa del colore – la qualità della luce e garantisce maggiore sicurezza.
In questi ultimi anni si è assistito ad un’evoluzione della tecnologia led che ha portato alla risoluzione di alcune criticità come la dispersione del calore.

Tuttavia, quando si approccia la progettazione dell’illuminazione di reparti produttivi industriali è necessario considerare le condizioni ambientali: calore, freddo, umidità e sostanze volatili, come polveri e gas, che si generano nei diversi tipi di lavorazione.

Proprio la presenza di sostanze chimiche volatili può creare delle problematiche alle sorgenti LED.
Per comprendere al meglio cosa succede in situazioni particolari, sono stati raccolti i pareri di alcuni dei maggiori produttori di sorgenti LED: Mauro Ceresa di Cree e Gabriele Giaffreda di Osram Opto Semiconductors.

I fattori che possono accorciare la vita dei led: gli stress elettrici e il fenomeno di incompatibilità chimica

“I primi impianti di illuminazione per l’industria interamente a LED – ricorda Gabriele Giaffreda – risalgono a tempi molto più recenti rispetto all’illuminazione generale. Si tratta quindi di una tecnologia il cui sviluppo ha beneficiato degli studi e delle applicazioni pionieristiche, che però ha caratteristiche molto diverse da quelle che l’hanno preceduta. La lampada a scarica, generalmente utilizzata in questo ambito, non presenta particolari rischi legati alle condizioni ambientali, se non quello dell’eventuale scoppio dovuto a casi estremi. Naturalmente l’apparecchio di illuminazione deve garantire il grado di protezione adeguato al contesto in cui opera. In ogni caso, mentre la lampada a scarica ha una durata di vita limitata e va sostituita periodicamente, il – limitando di fatto fortemente i costi di sostituzione – e il tema della protezione dai possibili danni legati all’ambiente di installazione va affrontato in modo diverso”.

“Quando sono comparsi i primi LED la durata di vita di 50mila ore era un dato teorico, raggiungibile solo per le sorgenti che operavano nelle condizioni ideali. Oggi che i costruttori sono più consapevoli delle potenzialità dei LED e hanno risolto i problemi di fondo, come per esempio la dissipazione del calore, possiamo indicare per i LED una durata di vita anche oltre le 100mila ore, a patto che si rispettino determinate condizioni ambientali. Fra queste la temperatura, il grado di umidità e anche la protezione dalle alte concentrazioni di alcune sostanze chimiche”.

In un ambiente industriale quali sono le situazioni che possono limitare i vantaggi dell’utilizzo di sorgenti LED?

“Si è scoperto – evidenzia Giaffreda – che l’alta concentrazione nell’ambiente di alcune sostanze chimiche, come per esempio alcuni solventi utilizzati nelle verniciature, può andare a deteriorare il materiale utilizzato per la realizzazione dell’ottica primaria del LED. In questi casi il flusso luminoso diminuisce e il LED non è più in grado di raggiungere l’aspettativa di vita che dovrebbe avere”. 

I produttori di sorgenti LED da sempre sensibili a queste tematiche e i reparti di Ricerca e Sviluppo conducono numerosi test al fine di dare indicazioni ai produttori di apparecchi su quali siano le sostanze chimiche che in alte concentrazioni possono dare origine a queste criticità. 

“Allo stato attuale – spiega Mauro Ceresa – sono due i fattori che possono accorciare la vita dei led: gli stress elettrici e il fenomeno che noi chiamiamo di incompatibilità chimica. Si tratta un processo che avviene all’interno della struttura del LED a causa di contaminanti esterni. 
La struttura del Led a luce bianca (quello usato per i sistemi di illuminazione) è formata da un chip che produce luce blu, coperto da uno strato di fosforo che la converte in luce bianca, tutto questo è protetto da un involucro di silicone. Si tratta di un silicone particolare, altamente trasparente, resistente agli scambi termici, un materiale fortemente stabile, che non degrada con l’azione dei raggi UV e garantisce una lunga durata di vita ai LED. Questo silicone, però è permeabile ai gas e quindi può essere danneggiato da alcune sostanze chimiche in alta concentrazione”.

struttura della sorgente led
Struttura di un LED per l’illuminazione

 

“Si tratta di composti organici volatili che in alta concentrazione possono penetrare e rimanere nel silicone all’interno del LED. Questo fenomeno lo abbiamo riscontrato inizialmente con determinati collanti che venivano impiegati per sigillare gli apparecchi di illuminazione. Quando i LED cominciarono ad essere utilizzati per l’illuminazione esterna si scoprì che alcuni sigillanti usati per garantire la tenuta stagna degli apparecchi rilasciavano composti organici volatili (VOC) che andavano a interferire con il silicone. Con l’intervento di altri fattori, come la lunghezza d’onda del LED blu (particolamente energetici) e l’innalzamento di temperatura negli apparecchi si può innescare un fenomeno che in inglese si chiama discoloration”.

Sorgenti LED e industria
Le sostanze volatili si inseriscono negli spazi vuoti del silicone. L’aumento di temperatura e l’energia dei LED innescano il fenomeno di discloration

 

“Il LED diventa marroncino, perde il flusso luminoso e cambia tonalità. Quando vediamo questi fenomeni possiamo dire con certezza che c’è un’incompatibilità chimica.
Questo problema è stato superato testando i sigillanti in laboratorio per verificare che non ci fossero sostanze dannose per i LED”.

“Il fenomeno di incompatibilità chimica può essere causato anche da un alta concentrazione di particolari sostanze presenti nell’ambiente esterno all’apparecchio di illuminazione. Per esempio, in ambienti dove si fa la verniciatura, dove si usano particolari solventi. Anche in questo caso perché ci sia un alterazione del LED occorre che ci siano determinate condizioni, come un certo livello di saturazione, una temperatura che accelera il processo.”

Cosa possono essere evitati questi fenomeni?

Per proteggere direttamente il LED da qualsiasi agente esterno bisognerebbe incapsularlo

Per proteggere direttamente il LED da qualsiasi agente esterno bisognerebbe incapsularlo, ma in questo modo si perderebbe molto del flusso luminoso che andrebbe a diminuire l’efficienza luminosa del LED. 

Un esempio di applicazione LED con protezioni estremamente elevate è quello dell’automotive: il LED deve avere una protezione superiore perché si trova direttamente a contatto con ambienti altamente dannosi e corrosivi per i componenti e riconducibili ai gas di scarico e ai vapori presenti a livello asfalto. 

“I testi di laboratorio e le esperienze sul campo ci aiuteranno a capire meglio quali sono le sostanze specifiche che ad alte concentrazioni possono generare fenomeni di incompatibilità con i LED. In questo modo il produttore di apparecchi può inserire dei “warning” avvertendo che in presenza di alte concentrazioni di determinate sostanze la vita della lampada è ridotta” aggiunge Gabriele Giaffrida.

Informazioni chiare e precise

“La parola chiave quindi è quella dell’informazione, che deve riguardare un po’ tutta la filiera” sottolinea Marco Ceresa.

“I produttori devono dotare gli apparecchi di avvertenze sulla possibilità che alcune sostanze ad alte concentrazioni possono determinare questi fenomeni, ma sarebbe importante che anche chi acquista l’apparecchio fornisca al produttore le informazioni necessarie per avere eventuali protezioni speciali”.

Queste tematiche e problematiche sono fondamentali per una corretta progettazione e installazione, il LED rappresenta sicuramente una soluzione per gli impianti industriali, a patto che vengano valutate tutte le condizioni ambientali.

La lunga durata è una caratteristica fondamentale dei LED ed è importante fornire garanzie serie, informazioni sulle condizioni di funzionamento del LED, indicazioni affidabili e conservative sull’aspettativa di vita.

Autore: Disano LED Technology per ElettricoMagazine

 

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