I LED (light Emission diodes) stanno rapidamente conquistando terreno in ogni applicazione illuminotecnica. Sono caratterizzati da un basso consumo energetico, una ottima efficienza energetica e le ridotte dimensioni della fonte luminosa consentono grande libertà stilistica ai designer.
Il principale ostacolo connesso all’utilizzo dei LED di alta potenza è il controllo delle temperature. Approssimativamente il 70% dell’energia assorbita è trasformata in calore. I LED sono più sensibili alle alte temperature di altre tecnologie d’illuminazione, perchè, per loro natura di semiconduttori, la giunzione deve essere raffreddata per funzionare correttamente, tipicamente deve essere mantenuta sotto i 120°C. Temperature superiori inducono un rapido decadimento della durata.
E’ fondamentale quindi disporre di un adeguato dissipatore (tipicamente in alluminio o rame), le cui dimensioni e forma consentano di mantenere sotto controllo i parametri di funzionamento della sorgente. Contemporaneamente si richiede che l’aspetto del dissipatore soddisfi le richieste del design, che, per contenere i costi, sia realizzato con la minore quantità possibile di materiale e sia ottenibile mediante la tecnologia scelta (pressofusione od estrusione).
Individuare il disegno migliore per massimizzare la dissipazione termica, minimizzando i costi, richiede un “esplorazione digitale”. I progettisti e gli ingegneri possono indagare l’efficacia di tutta una serie di modifiche e migliorie semplicemente mediante le simulazioni numeriche. Il numero di diversi disegni che si possono indagare è ampiamente superiore a quello ottenibile con prove empiriche ed è così possibile giungere ad un progetto ben ottimizzato in tempi ridotti.
Per un importante produttore italiano di sistemi illuminanti per aree pubbliche ed industriali abbiamo condotto una serie di simulazioni termo-fluidodinamiche volte a determinare l’efficacia di diverse ipotesi progettuali. Le analisi CFD includevano lo scambio termico per convezione naturale, basate su forze di galleggiamento secondo la approssimazione di Boussinesq. Si è individuato il punto più critico nel bilanciamento tra spessore delle pareti e superficie di scambio. Le soluzioni individuate hanno migliorato la conduttività termica di oltre il 40%.
La nuova struttura del corpo illuminante ha consentito un netto abbassamento del temperature tipiche della giunzione, consentendo un funzionamento a piena potenza anche negli impieghi più gravosi, come nei capannoni senza aria condizionata, ove in estate, nelle zone più alte del sottotetto, si raggiungono agevolmente temperature dell’aria prossime ai 50°.