Los investigadores han diseñado un nuevo faro de tren basado en LED que utiliza una décima parte de la energía necesaria para los faros que utilizan fuentes de luz convencionales. Si se opera 8 horas todos los días, Los ahorros de electricidad del nuevo diseño reducirían las emisiones de dióxido de carbono de gases de efecto invernadero en aproximadamente 152 kilogramos por año.

Los faros de los trenes no solo iluminan las vías por delante, también juegan un papel importante en el transporte ferroviario. Debido a que los trenes son difíciles de detener, los faros deben ser visibles desde una distancia lo suficientemente lejana para que las personas o los vehículos en las vías tengan tiempo suficiente para apartarse del camino. Faros de tren tradicionales, que utilizan bombillas incandescentes o halógenas, son lo suficientemente brillantes como para cumplir con las normas de seguridad, pero no son muy eficientes desde el punto de vista energético porque la mayor parte de la energía que alimenta la luz se convierte en calor en lugar de luz visible.

Investigadores dirigidos por Guo-Dung J. Su del Laboratorio de Dispositivos de Microóptica del Instituto de Posgrado de Fotónica y Optoelectrónica de la Universidad Nacional de Taiwán, Taiwán fueron contactados por la empresa de ingeniería y diseño Lab H2 Inc., para diseñar faros de locomotoras que utilicen LED como fuente de luz. Además de requerir menos energía, Los LED también duran más y son más pequeños y resistentes que las fuentes de luz tradicionales.

"Algunos productos de faros LED que se venden en el mercado están diseñados con muchos LED que tienen salidas que se superponen en grandes secciones. Estos diseños desperdician mucha energía, "dijo Wei-Lun Liang del Laboratorio de dispositivos de microóptica, quien jugó un papel decisivo en el diseño del nuevo faro del tren. "Nuestra investigación mostró que el uso de electricidad se puede reducir si se enfoca en la mejor manera de distribuir la energía LED de manera equitativa".

En la revista The Optical Society Óptica aplicada , Liang y Su informan sobre un nuevo diseño de faros de tren basado en diez LED de alta eficiencia colocados con precisión. El diseño utiliza un total de 20,18 vatios para lograr la misma intensidad de luz que una lámpara incandescente o halógena que utiliza varios cientos de vatios. El nuevo faro también se puede atenuar apagando algunos de los LED para evitar cegar a los pasajeros que esperan cuando el tren pasa por un andén. por ejemplo.

Diseñar para la eficiencia energética

Al igual que los que se utilizan para los coches, Los faros de los trenes suelen combinar una fuente de luz con una parabólica, o en forma de copa, superficie reflectante que enfoca la luz emitida en un haz. Aunque los LED son una excelente opción para ahorrar energía, los LED de mayor eficiencia energética emiten puntos de luz más pequeños. Por esta razón, los investigadores tuvieron que combinar las pequeñas salidas de múltiples LED de alta eficiencia en una salida circular más grande para crear un haz lo suficientemente grande como para usarlo como un faro de tren.

"Combinar varios LED es más caro y consume más electricidad que usar unos pocos LED individuales, "dijo Liang." Por lo tanto, necesitábamos determinar cómo posicionar mejor el menor número posible de LED de alta eficiencia necesarios para cumplir con los requisitos analizando cómo la superficie parabólica reflejaba las luces LED ".

El objetivo de los investigadores era un faro que proporcionara luz 1,25 veces el brillo requerido por las regulaciones federales de EE. UU. Estas regulaciones requieren que los faros de los trenes tengan una intensidad máxima de al menos 200, 000 candelas e iluminar a una persona al menos a 800 pies delante del faro.

Colocar los LED para ahorrar energía y cumplir con las pautas federales supuso varios desafíos. Los investigadores tuvieron que tener cuidado de superponer las salidas de LED lo suficiente para crear un haz grande, pero no tanto como más LED, y así más energía, sería necesario. También, los LED deben colocarse lo suficientemente lejos entre sí para que el calor se disipe y evitar daños en el circuito.

Colocación de los LEDS Para crear un faro de tren de alta eficiencia, los investigadores utilizaron dos reflectores aluminizados parabólicos semicirculares. Cuando se usan juntos, los fuertes rayos de cada reflector se combinan para generar la intensidad de luz necesaria para cumplir con las pautas federales. Este diseño también simplificó la colocación de los circuitos necesarios para alimentar los LED porque podrían alojarse en el divisor horizontal que separa los reflectores.

Para determinar dónde colocar los LED en los reflectores, Los investigadores primero calcularon la mejor ubicación de cada LED y luego utilizaron una serie de pruebas y simulaciones para ajustar la posición final de cada LED en función de su patrón de iluminación correspondiente. "Otros científicos pueden usar la ecuación lineal que obtuvimos para decidir las posiciones aproximadas de los LED para otras aplicaciones, ", dijo Liang." Esto puede acortar sustancialmente el tiempo necesario para determinar el posicionamiento del LED antes de ajustar las posiciones ".

Los investigadores señalan que los faros suelen utilizar una superficie reflectora parabólica completa. "Creemos que este es el primer diseño que utiliza una combinación de dos superficies reflectoras semiparabólicas, "dijo Liang." Al analizar sistemáticamente el diseño para determinar la mejor ubicación de los LED en el reflector, pudimos minimizar el consumo de electricidad al mismo tiempo que cumplimos con los requisitos asociados con la seguridad del tráfico ".

Los investigadores ahora están trabajando para convertir su diseño en un producto comercial. Aunque el nuevo diseño presenta un bajo consumo de energía, todavía genera algo de calor residual. Antes de que el diseño pueda comercializarse, los investigadores deberán desarrollar y probar un sistema de disipación de calor para el nuevo faro.