Caía de tensión en una tira LED
Habitualmente las tiras de LED trabajan con un voltaje de entrada de 12V CC o de 24V. Trabajar a estos voltajes o tensión es muy seguro pero a menudo escuchamos esta afirmación: la tira de LED es más brillante en un extremo y más tenue en el otro, brilla mas por el extremo de entrada de la corriente que por el otro. ¿Por qué ocurre esto? La respuesta es la caía de tensión. En realidad es muy normal la caída de tensión o voltaje en los sistemas de iluminación de bajo voltaje.
En el artículo que hoy vamos a ver lo distintos aspectos para dar luz a la caída de tensión y como solucionar los problemas que se pueden dar. Vamos a ello, seguiremos estos puntos que indico a continuación:
La caída de tensión en una tira de LED es una disminución del voltaje entre la fuente de alimentación y los propios LED, es la cantidad de voltaje perdido desde la entrada de corriente hasta el punto de la tira que estas midiendo. Cuanto mayor sea la resistencia en el circuito, mayor será la caída de voltaje.
En el circuito de CC de la tira de led, el voltaje disminuirá gradualmente a medida que la corriente pasa por el cable. Por lo tanto, la longitud del cable o la tira hará que un lado de la tira de LED sea más brillante que el otro lado.
La primera razón es que cualquier longitud de cable tiene una cierta cantidad de resistencia eléctrica. Cuanto más largo sea el cable, mayor será la resistencia que presenta al paso de la corriente. La resistencia eléctrica provoca una caída de tensión, y la caída de tensión hace que los LED se atenúen, visualmente es detectado por el ojo humano.
La segunda razón es que la propia PCB (placa de circuito impreso de la tira led) tiene resistencia. La resistencia de la PCB consumirá parte del voltaje y convertirá la energía eléctrica en energía térmica, genera calor.
La resistencia de la placa de circuito impreso, PBC, está relacionada con el tamaño de la sección transversal (correspondiente al ancho de la placa de circuito impreso y al grosor del cobre). Cuanto mayor sea la sección transversal de PCB, menor será la resistencia. Cuanto mayor sea la longitud de la placa de circuito impreso, mayor será la resistencia. Resumiendo un poco para entender esta parte, a mayor longitud de un cable mayor caída de tensión, a mayor grosor de un cable, menor caída de tensión.
La caída de voltaje es una disminución en la intensidad del voltaje eléctrico en un circuito eléctrico. Esto puede ser causado por una variedad de factores, como la resistencia en el circuito, la longitud del cable o la carga eléctrica que está siendo transportada.
La caída de tensión del LED es más visible en las tiras de LED blancas y en tiras LED blanco frío (6000K). Por ello, para hacer esta prueba es mejor coger una tira RGBW, e ir probando cada uno de los colores principales, Rojo, Verde, Azul y Blanco. Vas a observa que existe caída de tensión en todos ellos pero no será la misma en un color que en otro.
Experimento: coger una tira led RGB, encender en el color blanco e ir bajando el voltaje. La caída de tensión que veremos es que inicialmente tendremos una luz blanca y al final de la tira tendremos una luz roja. Será un paso gradual desde el color blanco al rojo. Como vemos en la imagen de arriba.
El voltaje de la tira LED está relacionado con los chips LED que incorpora. Dependiendo del color del chip es necesario un voltaje concreto:
Nota: El LED blanco usa un chip azul y luego agrega fósforos en la superficie.
El voltaje de activación de los leds azules es mayor que el de los led verdes y rojos. Entonces, cuando el voltaje de la tira de luz LED blanca cae, y el voltaje actual no puede cumplir con el voltaje requerido por los chips azules, la tira de luz mostrará un color amarillo (mezcla de color verde y rojo) y rojo porque son más bajos que el voltaje requerido por la luz blanca.
La respuesta rápida es si, pero veamos mas detalles al respecto. Básicamente, todas las tiras de LED de bajo voltaje, como 5VDC, 12VDC y 24VDC, tendrán problemas de caída de tensión. Esto es debido a que para el mismo consumo de energía, cuanto menor sea el voltaje, mayor será la corriente.
Según la ley de Ohm, el voltaje es igual a la resistencia multiplicada por la corriente. La resistencia de un conductor es constante, R es constante. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será la caída de tensión. ¡Esta es también la razón por la cual para transmitir electricidad se utilizan voltajes mas altos, alta tensión!.
Vamos a ver un par de ejemplos donde veremos la importancia de tener menos voltaje del necesario:
– Ejemplo práctico: Puedes comprobar que en una tira LED de 12V o de 24V la caída de tensión en 5 metros será de al menos 3V. A mayor consumo tendrás mayor caída de tensión. Si compramos estos 3V respecto a 12V es una pérdida del 25% y en el caso de 24V será del 12,5%. La importancia de esta pérdida dependerá de cada instalación concreta, no es ni bueno ni malo, es buscar una solución teniendo los datos en la mano.
– Ejemplo práctico: ¿Alguna vez has utilizado 4 pilas recargables en un dispositivo y no funciona? seguramente si. La respuesta que no funcione es que las pilas recargables son de 1,2V y las pilas no recargables de 1,5V. En el caso de 4 pilas tendremos estas dos situaciones:
Pilas recargables: 4 x 1,2 = 4,8V
Pilas no recargables: 4 x 1,5 = 6V
Perdemos 1,2V al utilizar las pilas recargables, que es mucho y lo suficiente para que el dispositivo no funcione al perder el 20%. Para hacer funcionar el dispositivo necesitaríamos 5 pilas recargables en lugar de 4 pilas no recargables.
Las tiras LED de mayor voltaje, como 110 V CA, 220 V CA y 230 V CA, generalmente no tienen el problema de la caída de tensión. Para la alimentación de energía de un extremo, la distancia máxima de funcionamiento de las tiras de luz LED de mayor voltaje puede ser de hasta 50 metros.
En este caso, teniendo en cuenta la ley de Ohm, a mayor voltaje como la resistencia es constante menor corriente necesaria, esto hace que la caída de tensión sea menor (recuerda que en el caso anterior de pedida de 3V frente a 12V es grande, pero frente a 110V o 220V es muy pequeño). Ya se que no es así literalmente, pero se entiende el concepto. Recuerda que la potencia eléctrica es igual al voltaje por la intensidad, P = V · I = I2 · R.
La caída de tensión en una la tira de LED generalmente no es perjudicial para los LED, ya que el voltaje suministrado es menor de lo que teóricamente se espera.
Sin embargo, esta pérdida de energía debida a la caída de tensión suele generar una ganancia de energía térmica lo que genera mucho calor. Sabemos que la energía nunca se pierde, se transforma, y en este caso tendremos mas calor. Esto puede causar problemas en la tira LED instalada, sobre todo cerca de materiales sensibles al calor.
Una caída de tensión excesiva puede generar un problema de calor. Debes tener en cuenta esto y disipar el calor de alguna forma o evitar la caída de tensión en la instalación troceando los tramos y añadir mas fuentes de alimentación.
Según la ley de Ohm, el voltaje es igual a la corriente por la resistencia, como hemos comentado mas arriba. Teniendo esto en cuenta, la caída de tensión puede ser causada por una variedad de factores, como la resistencia en el circuito, la longitud del cable o la carga eléctrica que está siendo transportada.
La resistencia del cable está determinada por su longitud y tamaño del cable. La resistencia de la PCB de la tira de LED está determinada por la longitud y el grosor del cobre en la PCB.
Por lo tanto, el grado de caída de tensión en las tiras LED se puede determinar principalmente por estos los factores: la corriente total de la tira LED, la longitud y el diámetro del cable y la longitud de la tira LED y el grosor del cobre de la PCB.
En las especificaciones de la tira LED podemos ver la potencia que tiene por cada metro. Con este dato podremos calcular la potencia total del tramo de tira LED que tengamos. La corriente total de la tira LED es igual a la potencia total dividida por el voltaje, (P = V · I), como ya hemos comentado.
La corriente total de la tira LED es igual a la potencia total dividida por el voltaje.
Entonces, cuanto mayor sea la potencia total, mayor será la corriente total y, por lo tanto, más grande será la caída de voltaje. Por tanto, la caída de tensión de las tiras LED de alta potencia es más grave que la de las tiras LED de baja potencia.
También vemos que cuanto menor sea el voltaje, mayor será la corriente y más severa será la caída de tensión. Por tanto, la caída de tensión de la tira LED de 12V es más grave que la de la tira de 24V.
La resistencia del cable está determinada principalmente por el material del conductor, la longitud del conductor y la sección transversal del conductor. Cuanto más largo sea el cable, mayor será la resistencia, y cuanto menor sea la sección transversal, mayor será la resistencia. Es decir, que para tener una menor caída de tensión necesitamos cables mas cortos y mas gruesos.
Si necesitas mas información o como calcular la resistencia de un determinado cable, desde esta herramienta puedes hacer el cálculo. Además encontrarás información y datos dependiendo del tipo de material con el que esté fabricado el cable.
Las PCB son similares a los cables, ambos son conductores y tienen resistencia. El material conductor de una PCB es el cobre. Cuanto más larga sea la PCB, mayor será la resistencia. Cuanto mayor sea la sección transversal de cobre dentro de la PCB, menor será la resistencia. Aquí tienes una herramienta para el cálculo de la resistencia de una PBC, por si tienes curiosidad o quieres hacer tus propios cálculos.
Aunque la tira de LED siempre tendrá el problema de caída de tensión, podemos evitarlo utilizando los siguientes métodos.
Cuando sea necesario instalar tiras de LED más largas, se recomienda conectaren paralelo cada 5 metros de tiras a la fuente de alimentación.
La longitud máxima recomendada de tiras LED es de 5 metros. Si necesitas instalar una tira de LED de 10 metros, puedes conectar ambos extremos de la tira de LED a la fuente de alimentación.
Usar múltiples fuentes de alimentación en lugar de una sola unidad es una gran idea para obtener un mejor brillo. Requiere una planificación estratégica para no terminar demasiado lejos de la fuente de energía.
Utilizar tiras LED de mayor voltaje de entrada para evitar problemas de caída de voltaje. Es mejor utilizar tiras LED de 24V en lugar de 12V o de 5V. Ya sabemos que voltaje mas alto significa corriente mas baja, tendremos una caída de tensión menor.
El cobre es el material más utilizado en el cableado eléctrico. Esto se debe a que conduce bien la electricidad y es relativamente económico en comparación con la plata. Cuanto más grueso es el cable de cobre, más corriente fluye a través de él, por ello nos interesa que el grosor del cobre de la PBC sea mayor.
Cuando mayor es el espesor del cobre menor resistencia tendrá al paso de la electricidad, es energéticamente mas eficiente además de ser mejor disipador del calor.
A veces, el lugar donde se instala la tira LED está muy lejos de la fuente de alimentación LED. Por ello, debemos considerar qué tamaño de cable necesitamos utilizar para conectar la tira LED a la fuente de alimentación. Como hemos visto, cuanto mayor sea el tamaño del cable, mejor. Necesitamos saber cuál es la caída de voltaje que podemos aceptar, y saber qué causa esta longitud de cable en la caída de voltaje.
Para determinar el tamaño del cable podemos seguir estos pasos:
Paso 1. Calcular la potencia
Uno de los datos que tendremos de la tira LED es la potencia que tiene por metro. La potencia total resulta de multiplicar la potencia por metro por el número total de metros. Una vez conocida la potencia, si divides por el voltaje (un dato que tenemos que conocer) al que trabajamos tendremos la corriente total.
Paso 2. Mide la distancia entre la tira de LED y el controlador
Mide la distancia entre la tira LED y la fuente de alimentación LED o el controlador en el caso de tener uno instalado. Este dato afecta directamente el tamaño del cable.
Paso 3. Elegir el cable del tamaño correcto
Puedes calcular la caída de voltaje del cable utilizando esta Calculadora de caída de voltaje.
Puedes intentar cambiar diferentes diámetros de cable en la calculadora para ver la caída de voltaje correspondiente. Así es como puedes utilizar el cable adecuado para la instalación, al menos tendrás una idea de cual utilizar para la caída de tensión que puede soportar la instalación que vayas a realizar.
El problema de la caída de tensión se puede resolver, pero costará algo de tiempo o dinero. Si deseas ahorrar dinero, puede conectar las tiras de led en paralelo a la fuente de alimentación o conectar ambos extremos de las tiras de led a la fuente de alimentación. Si necesita ahorrar tiempo, puede elegir tiras de LED con PCB de cobre más grueso. Tú decides en cada tipo de instalación que es lo mejor, eso si apuesta por tiras LED de calidad como las que ofrecemos en nuestra tienda.
Es importante tener en cuenta que la caída de tensión puede afectar la luminosidad y el color de los LED individuales a lo largo de la tira. Por lo tanto, es importante seleccionar la tira LED adecuada. Además debes asegurarte que la fuente de alimentación sea adecuada para minimizar la caída de tensión y garantizar un rendimiento óptimo en cada instalación que realices.
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