DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE ELECTRÓNICA AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INSTALACIONES INDUSTRIALES TEMA: Fuentes de Iluminación Electrónicas GRUPO 4 INTEGRANTES: Bermeo Michael Carchi María Belén Oñate Lenin Vargas Jonathan Zoria Juan FECHA: 22 de noviembre 2016 Octubre - Febrero Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Contenido Índice de Ilustraciones ................................................................................................... 3 Índice de Tablas............................................................................................................. 3 1. Tema ..................................................................................................................... 4 2. Resumen................................................................................................................ 4 3. Objetivos ............................................................................................................... 4 3.1 3.2 4. Objetivo General ...................................................................................................... 4 Objetivos Específicos ................................................................................................ 4 Introducción .......................................................................................................... 4 5. Marco Teórico........................................................................................................ 5 5.1 Historia .................................................................................................................... 5 5.2 Fuentes de iluminación “tradicionales” ..................................................................... 5 5.2.1 Incandescentes .............................................................................................................. 5 5.2.2 Fluorescentes ................................................................................................................ 6 5.2.3 Fuentes de descarga de alta intensidad (HID) ............................................................... 7 5.3 Fuentes de iluminación más recientes ....................................................................... 7 5.3.1 Inducción ....................................................................................................................... 7 5.3.2 Plasma ........................................................................................................................... 8 5.4 Fuentes de iluminación SSL (Electrónicas).................................................................. 8 5.4.1 LED ................................................................................................................................. 8 5.4.2 LEDs orgánicos (OLED) ................................................................................................... 9 5.4.3 Electroluminiscente de polímero inducido en el campo (FIPEL) ................................. 11 5.5 Tecnología LED ....................................................................................................... 12 5.5.1 Definición de LED ......................................................................................................... 12 5.5.2 Tipos de Luminarias LED .............................................................................................. 13 5.6. Instalación.............................................................................................................. 21 6. Ventajas .............................................................................................................. 22 7. Desventajas ......................................................................................................... 24 8. Aplicaciones ......................................................................................................... 25 9. Conclusiones ........................................................................................................ 29 10. Recomendaciones ............................................................................................ 30 11. Referencias ...................................................................................................... 31 2 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Índice de Ilustraciones Ilustración 1. Lámpara Incandescente ..................................................................... 6 Ilustración 2. Luminaria Fluorescente ...................................................................... 6 Ilustración 3. Luminaria HID (En campos de Futbol) ............................................... 7 Ilustración 4. Lámpara de Inducción ........................................................................ 7 Ilustración 5. Lámpara de Plasma ........................................................................... 8 Ilustración 6. Luminaria Tubo LED [7] ..................................................................... 9 Ilustración 7. Luminarias OLED ............................................................................. 10 Ilustración 8. Desarrollo Lámpara FIPEL ............................................................... 11 Ilustración 9. Campana LED Industrial ................................................................. 14 Ilustración 10. Panel LED 60x60 cm, 43 w ........................................................... 15 Ilustración 11. Lámpara LED Sumergible .............................................................. 16 Ilustración 12. Reflector LED para exteriores 200 w ............................................. 17 Ilustración 13: Luminaria LED luxiled G2 .............................................................. 18 Ilustración 14: Luminaria LED Kramfor 6w ............................................................ 19 Ilustración 15: Luminaria LED Trof 35w ................................................................ 19 Ilustración 16: Luminaria LED downlights ............................................................. 20 Ilustración 17: Luminaria LED kastos 3w .............................................................. 20 Ilustración 18 Comparación entre lámpara led e incandescente ........................... 22 Ilustración 19 Flexibilidad de diseño LED .............................................................. 24 Ilustración 20 Calles de Alumbrado Público .......................................................... 25 Ilustración 21 Vagones de Laboratorios Industriales ............................................. 26 Ilustración 22 Oficinas y áreas de circulación del público ..................................... 27 Ilustración 23 Zonas Residenciales ....................................................................... 28 Ilustración 24 Áreas Deportivas, Estadios ............................................................. 28 Ilustración 25 Semáforos LEDs ............................................................................. 29 Índice de Tablas Tabla 1. Comparativa de Consumo en vatios........................................................ 12 Tabla 2 Comparación de ahorro energético .......................................................... 22 Tabla 3 Comparación de tiempo de vida útil ......................................................... 22 Tabla 4 Comparación de eficiencia lumínica ......................................................... 23 Tabla 5 Comparación del efecto ambiental ........................................................... 23 Tabla 6 Comparación de hechos importantes [8] .................................................. 24 3 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 1. Tema Fuentes de Iluminación Electrónicas 2. Resumen En el presente trabajo se realizó una investigación relacionada con las fuentes de iluminación de tipo electrónicas, las cuales son una tecnología muy utilizada en la actualidad debido a su eficiencia energética y su larga vida útil. Estas fuentes de iluminación son utilizadas en su gran mayoría en decoraciones para viviendas, locales comerciales y estructuras arquitectónicas aunque, debido a que su costo es cada vez más accesible, son utilizadas en casi cualquier aplicación en iluminación. 3. Objetivos 3.1 Objetivo General Realizar una investigación detallada sobre las fuentes de iluminación electrónicas para determinar sus principales características, funcionamiento, aplicaciones y ventajas sobre otras fuentes de iluminación. 3.2 Objetivos Específicos Determinar las ventajas y desventajas de utilizar fuentes de iluminación electrónicas frente a otras fuentes de iluminación. Reconocer las diferentes aplicaciones que tienen las fuentes de iluminación electrónicas y los diferentes sectores donde son mayormente utilizadas. Detallar las características más importantes de las fuentes de iluminación electrónicas. Determinar los tipos de fuentes de iluminación electrónicas más utilizados. 4. Introducción La industria de la iluminación eléctrica está en medio del cambio más grande y más rápido de su historia. Las fuentes de luz convencionales que se han utilizado durante décadas se están dejando de lado a favor de la iluminación de estado 4 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 sólido (SSL). Los LED, junto con fuentes menos conocidas, ofrecen una vida útil más larga y un ahorro de energía significativo sobre sus predecesores. Aunque la mayoría de las noticias de última hora se refiere a los LED, otras fuentes, como los LED orgánicos y el plasma, están cambiando la cara de la industria de la iluminación como la conocemos. Además, varias fuentes de luz existentes se están reinventando en un intento de cumplir con el desempeño económico de los LEDs. El término iluminación de estado sólido (SSL) se utiliza para definir un número de fuentes de luz no tradicionales. Las fuentes SSL no son nuevas; La mayoría han estado alrededor por un número de décadas. Sin embargo, los grandes avances en la tecnología LED "blanca" a finales de los noventa cambiaron y continúan cambiando la industria de la iluminación. Las fuentes de luz SSL también están cambiando el idioma de la iluminación y cómo medimos el rendimiento de la fuente de luz y la lámpara. Todo lo que sabíamos acerca de la iluminación está cambiando y seguirá cambiando a un ritmo sin precedentes para los próximos años. 5. Marco Teórico 5.1 Historia La primera fuente de luz eléctrica fue la lámpara incandescente, que se comercializó por primera vez a finales de 1800. Aunque la lámpara incandescente cambió muy poco en los siguientes años, en términos de rendimiento, se introdujeron nuevas fuentes de luz que suministraron más luz por menos energía durante ese período. Con la excepción de la lámpara incandescente, la mayoría de las fuentes de luz mejoraron en su rendimiento desde que se introdujeron por primera vez para convertirse en el producto utilizado hoy en día. 5.2 Fuentes de iluminación “tradicionales” 5.2.1 Incandescentes Una lámpara de incandescencia o lámpara incandescente es un dispositivo que produce luz mediante el calentamiento por efecto Joule de un filamento metálico, en concreto de wolframio, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica. Con la tecnología existente, actualmente se considera poco eficiente, ya que el 85 % de la electricidad que consume la transforma en calor y solo el 15 % restante en luz. 5 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 1. Lámpara Incandescente 5.2.2 Fluorescentes Se conoce por luminaria fluorescente, al conjunto que forman una lámpara, denominada tubo fluorescente, y una armadura, que contiene los accesorios necesarios para el funcionamiento. En ciertos lugares se conoce como luminaria solamente a la lámpara. La lámpara es de descarga de vapor de mercurio a baja presión y se utiliza normalmente para la iluminación doméstica o industrial. Su ventaja frente a otro tipo de lámparas, como las incandescentes, es su eficiencia energética. La lámpara consiste en un tubo de vidrio fino revestido interiormente con diversas sustancias químicas compuestas llamadas fósforos, aunque generalmente no contienen el elemento químico fósforo y no deben confundirse con él. Esos compuestos químicos emiten luz visible al recibir una radiación ultravioleta. El tubo contiene además una pequeña cantidad de vapor de mercurio y un gas inerte, habitualmente argón o neón, a una presión más baja que la presión atmosférica. En cada extremo del tubo se encuentra un filamento hecho de tungsteno, que al calentarse al rojo contribuye a la ionización de los gases. Ilustración 2. Luminaria Fluorescente 6 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.2.3 Fuentes de descarga de alta intensidad (HID) Las lámparas de alta intensidad de descarga (HID, High Intensity Discharge) son un tipo de lámpara por la cual una descarga eléctrica en el bulbo de una lámpara. En ella, el gas es sobre todo xenón entre dos electrodos de tungsteno separados entre sí, en la cual se produce un arco eléctrico debido a que el cristal del bulbo está formado por cuarzo o alúmina y esta combinación de gas xenón y sales de metal inicia gracias a un balastro que activa el encendido del arco evaporando dichas sales y formando un plasma el cual incrementa notablemente la intensidad luminosa que van desde las típicas lámparas de 35 a 100 W. de los coches a las de más 15 KW de las que se utilizan en los proyectores de cines IMAX. Ilustración 3. Luminaria HID (En campos de Futbol) 5.3 Fuentes de iluminación más recientes 5.3.1 Inducción La lámpara de inducción se basa en la descarga eléctrica en un gas a baja presión. Se prescinde de electrodos para originar la ionización que se sustituyen por una bobina de inducción sin filamentos y una antena acopladora (cuya potencia proviene de un generador externo de alta frecuencia). Ambos elementos crean un campo electromagnético que introduce la corriente eléctrica en el gas, provocando su ionización. Ilustración 4. Lámpara de Inducción 7 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.3.2 Plasma Una lámpara de plasma (también llamada "bola de plasma" o "esfera de plasma") es un objeto que alcanzó su popularidad en los años 1980. Fue inventada por Nikola Tesla tras su experimentación con corrientes de alta frecuencia en un tubo de cristal vacío con el propósito de investigar el fenómeno del alto voltaje. Tesla llamó a este invento Inert Gas Discharge Tube (tubo de descarga de gas inerte). Ilustración 5. Lámpara de Plasma 5.4 Fuentes de iluminación SSL (Electrónicas) Los términos, estándares y mediciones utilizados para la iluminación tradicional están bien definidos y se desarrollaron a lo largo de varias décadas. Básicamente, la lámpara, que puede o no requerir algún equipo de control adicional para funcionar (generar luz). SSL incluye varias fuentes que, en general, no se pueden definir de la misma manera que las fuentes de luz tradicionales. 5.4.1 LED Una lámpara de led es una lámpara de estado sólido que usa leds (Light-Emitting Diode, diodos emisores de luz) como fuente lumínica. Debido a que la luz capaz de emitir un led no es muy intensa, para alcanzar la intensidad luminosa similar a las otras lámparas existentes como las incandescentes o las fluorescentes compactas las lámparas LED están compuestas por agrupaciones de ledes, en mayor o menor número, según la intensidad luminosa deseada. Actualmente las lámparas de led se pueden usar para cualquier aplicación comercial, desde el alumbrado decorativo hasta el de viales y jardines, presentado ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energético, arranque instantáneo, aguante a los encendidos y apagados 8 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 continuos y su mayor vida útil, pero también con ciertos inconvenientes como su elevado costo inicial. Los diodos funcionan con energía eléctrica de corriente continua (CC), de modo que las lámparas de led deben incluir circuitos internos para operar desde el voltaje CA estándar. Los leds se dañan a altas temperaturas, por lo que las lámparas de led tienen elementos de gestión del calor, tales como disipadores y aletas de refrigeración. Las lámparas de led tienen una vida útil larga y una gran eficiencia energética, pero los costos iniciales son más altos que los de las lámparas fluorescentes. Ilustración 6. Luminaria Tubo LED 5.4.2 LEDs orgánicos (OLED) OLED (organic light-emitting diode, diodo orgánico de emisión de luz) es un diodo que se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan, a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. Se han logrado avances significativos en los últimos años en el campo de la tecnología OLED. Mientras que la iluminación LED (diodos emisores de luz) utiliza pequeñas fuentes de luz brillante, y produce una luz que se asemeja a la de las luminarias tradicionales, con la tecnología de iluminación OLED, la luz es emitida por bases planas que tienen la apariencia de cuadrados brillantes o de rectángulos. La luminarias OLED tienen ahora una vida útil bastante larga, que les permite ser utilizadas en aplicaciones comerciales o domésticas. Una lámpara OLED tiene una vida útil de alrededor de 30 000 a 40 000 horas – un poco menos que las LED que pueden alcanzar los 50 000 horas, pero su vida útil es mucho más alta que las lámparas fluorescentes compactas. 9 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Los paneles OLED generalmente producen una luz difusa, y podemos mirarlos sin riesgo de deslumbramiento, sin tener que añadir reflectores o difusores. Los paneles OLED actualmente tienen un alto coste de fabricación, pero tendrían que empezar a caer, y las aplicaciones residenciales o comerciales comenzarán a multiplicarse. En el futuro, las luminarias LED y OLED tendrían que coexistir debido a ventajas técnicas distintas. La eficiencia energética de las OLED es por supuesto un punto clave, pero una gran ventaja de las luminarias OLED es que van a conducir a nuevos usos novedosos de la luz. Una empresa italiana propone una fuente de iluminación artificial que proporciona la ilusión de un pleno sol en un cielo azul. Este accesorio está diseñado con paneles OLED y está pensado para cuartos cerrados sin ventanas. Permite recrear una luz casi natural. Su inventor cree que su luz permitirá la construcción de edificios subterráneos, verdaderos “earthscrapers” en lugar de nuestros “rascacielos”. Las OLED podrán convertirse en el futuro en fuentes de luz para cualquier elemento que podamos imaginar. Ilustración 7. Luminarias OLED Características destacadas (Panel OLED Marca: OSRAM Evento: Light + Building 2014) - Flujo luminoso: ~ 1,500 Lumens Eficiencia: ~ 65 Lúmenes por Vatio Tono de luz: 3,000 Kelvin Duración de vida: ~ 15,000 horas Dimensiones: 750 x 1,000 x 50 mm Peso: ~ 8 kg Cuerpo modular, revestido por un lado con placas de metal Una mezcla de arte y concepto de luminaria Diseño sofisticado de alta calidad 10 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.4.3 Electroluminiscente de polímero inducido en el campo (FIPEL) FIPEL (por las siglas en inglés de field-induced polymer electroluminescent bulbs), consistiría en capas plásticas de tamaños nanométricos que brillan cuando la corriente eléctrica pasa a través de ellos, generando una luz blanca y tenue, aunque la tecnología permitiría que el FIPEL genere luz de cualquier color. Promete ser tan eficiente como la luz LED y al menos el doble de los tubos fluorescentes, pero sin ninguno de sus problemas asociados como una luz azulada en el caso de los LED, o una luz amarillenta que parpadea hecha con gases tóxicos de la luminaria fluorescente. Entre sus características es que la luminaria sería maleable, permitiendo adoptar cualquier forma como los tubos fluorescentes, pero sin el riesgo de que se trize o explote, por lo que planean fabricar luces adoptadas a todo tipo de portalámparas. Ilustración 8. Desarrollo Lámpara FIPEL Dado que la tecnología SSL es radicalmente diferente a las fuentes de luz tradicionales, muchas de las métricas de rendimiento de iluminación existentes utilizadas hoy en día no pueden aplicarse a fuentes de luz SSL. Esto significa que se deben desarrollar estándares enteramente nuevos para SSL. La diferencia hace que la comparación de fuentes tradicionales con SSL sea bastante difícil, y los usuarios básicamente necesitan volver a aprender gran parte de lo que sabían acerca del diseño de iluminación. 11 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.5 Tecnología LED 5.5.1 Definición de LED Un led (light-emitting diode) es un componente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz. A un LED se le conoce como tecnología de “iluminación de estado sólido”. Estas lámparas en lugar de emitir luz en vacío (como una lámpara incandescente) o un gas (como los fluorescentes), emiten luz a partir de un trozo de materia sólida. En el caso de un LED tradicional, este material es un semiconductor. Dicho de manera muy simple, un LED produce luz cuando los electrones se mueven dentro de la estructura del semiconductor. Las fuentes de luz LED ofrecen una luz blanca o de color de alta calidad, mientras que consumen mucha menos energía que otras fuentes de luz. De hecho la iluminación LED tiene el potencial de transformar la manera en que pensamos acerca de la luz, y la forma en que iluminamos nuestros espacios públicos y privados. El LED de luz blanca ya ha logrado la generación de luz, una luz blanca de calidad y la eficiencia energética que supera con creces a las fuentes incandescentes, y que además también supera a las fuentes de luz fluorescentes. Las fuentes de luz LED ofrecen el doble de los ahorros de energía de las lámparas fluorescentes compactas, no contienen plomo o mercurio y ofrecen un nivel de flexibilidad y control que ningún otro tipo de luz puede igualar. La teoria ́ dice que un LED es capaz de generar por si solo entre 60 y 90 lúmenes. Todo valor por encima o es falso o baja circunstancias muy óptimas. Como dato, el record de lúmenes generados por un led fue de 150 lm/w. Para conocer los lúmenes que genera una luminaria LED existe una pequena ̃ formula: 𝐿ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑅𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠 = 𝑛º 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜𝑠 ∗ 70 Siendo 70 un valor medio que coincide con la mayoría de las luminaria del mercado. Por tanto, una luminaria LED de 12W ofrecería una potencia lumínica de 840 lm. Que vendría a sustituir la luz que genera una luminaria incandescente de 60W. Generando la misma cantidad de luz ahorramos 48w por cada luminaria incandescente que sustituyamos. Tabla 1. Comparativa de Consumo en vatios Incandescente 30W 60W 75W Halógeno 25W 50W 60W Fluorescente 8W 14W 17W LED 3W 8W 12W 12 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Con esta tabla se puede tener más o menos una idea clara de los vatios que debe tener una luminaria LED para sustituir la luz de una incandescente, halógena o fluorescente. 5.5.2 Tipos de Luminarias LED La denominación luminaria LED, es una unidad de luz destinada a albergar en su interior varias lámparas LED configurando la distribución luminosa. Los diodos luminiscentes, más conocidos por sus siglas en inglés LED (LightEmitting Diode) aún representan una novedad en el mercado de la iluminación de exteriores, es valorada por su potencial de desarrollo futuro en lo que se refiere a la eficiencia energética, al control de las diferentes formas de contaminación lumínica y a su capacidad de regulación por medios electrónicos, También pueden alojar en el interior del cuerpo equipos auxiliares para el funcionamiento de la fuente de luz. Diseñadas para proporcionar una iluminación de calidad con un ahorro energético. Actualmente una luminaria de LED puede alcanzar en términos de eficacia de fuente de luz valores solo ligeramente por debajo de los que se obtienen con otras fuentes de luz tradicionales de tecnología actual como las lámparas de vapor sodio de alta presión (VSAP) o las lámparas de halogenuros metálicos (HM) con quemador cerámico (ambas emplean la misma tecnología). La luminaria LED, incluye todos los componentes necesarios para fijarlas y protegerlas. Las luminarias LED tienen múltiples aplicaciones por lo tanto se las puede diferenciar de la siguiente manera: 5.5.2.1 Luminarias Industrial LED En el ámbito industrial, las luminarias más utilizadas son las campanas industriales, por la gran capacidad de iluminación que ofrecen y por su adaptabilidad según a las necesidades que se presenten, las luminarias industriales LED permite introducir nuevos diseños en el mercado y de esta manera se aprovecha todo el rendimiento que el LED produce, las ventajas que ofrecen es el consumo puesto que las campanas convencionales que usan la tecnológica VSPA o VMPA generalmente suelen tener consumos entre 400w y 500w, mientras que las campanas industriales LED sus potencias generalmente van de 50w hasta 200w, es necesario experimentar diferentes potencias para conseguir la iluminación o consumo adecuado, otra ventaja es que la iluminación industrial LED asegura un mínimo de ahorro del 50%, su encendido es instantáneo y tienen un vida aproximada de 50000horas que casi es el triple que las otras dos tecnologías utilizadas para la iluminación industrial. El precio de la Luminaria de la Ilustración 9 es de $100 en Ecuador. 13 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 9. Campana LED Industrial 1 Precauciones: - Cerciorarse de que las condiciones del almacén o fábrica cumplan con los requisitos necesarios. - Respetar el tiempo máximo de encendido dando un descanso a la lámpara por precaución. - Mantener la línea de iluminación totalmente separada de la alimentación para motores o aparatos que puedan provocar electricidad reactiva; puede dañar los dispositivos LED y los drivers de las campanas industriales LED. 5.5.2.2 Paneles LED Los paneles LED permiten crear ambientes decorativos modernos y luminosos, siendo ideales para sustituir los paneles de fluorescencia convencionales Estos corrigen el factor de deslumbramiento que ocurre en muchas luminarias de tubo convencionales, de tal manera que los diodos van situados en 2 de los laterales del panel. Lleva una tapa ciega metálica y un policarbonato con puntos opacos y puntos translúcidos, diseñado de tal modo que el efecto es de una superficie totalmente iluminada direccionada hacia abajo. Las ventajas de los paneles son que emiten un flujo de luz uniforme, ahorrando hasta un 80% en comparación con sistemas convencionales de fluorescencia, tienen una larga vida (hasta 10 veces más) y no tienen mantenimiento. El precio del panel mostrado en la Ilustración 10 es de $40 en Ecuador. 1 http://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-410302763-campana-tipo-reflector-led100w-campana-led-industrial-_JM#redirectedFromParent 14 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 10. Panel LED 60x60 cm, 43 w 2 A continuación se enlistan sus especificaciones técnicas. - Potencia: 48w. - Tensión nominal: 85-265 v. - Flujo Luminoso: 4000lm - Temperatura del color: 4000-4300. - Vida útil.: 50000 horas 5.5.2.3 Luminarias LED Sumergibles Los focos LED sumergibles tienen un gran número de ventajas frente a la iluminación de incandescencia, de todas ellas destacaremos sólo las que influyen de una u otra manera en la iluminación de fuentes ornamentales: - Los focos de LED sumergibles son sinónimo de eficacia ya que producen más luz por vatio que las lámparas incandescentes. Este hecho es importante entre otras cosas por la reducción del coste económico de mantenimiento que supone el uso de LED frente a focos sumergibles de incandescencia en la iluminación de fuentes. - Pueden reproducir una amplia gama de colores sin necesidad del uso de filtros adicionales. - Los focos de LED sumergibles tienen una gran durabilidad ya que no influye en su vida útil el número de apagados y encendidos, acción muy frecuente en la iluminación de fuentes de agua. El costo de la lámpara LED sumergible de la Ilustración 11, en Ecuador tiene el precio de $14. 2 http://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-410289209-panel-led-60x60-48w-superslim-decoracion-_JM 15 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 11. Lámpara LED Sumergible3 Las especificaciones técnicas de la lámpara anterior se enlistan a continuación. - Flujo luminoso: 900-1000 lm - Potencia de salida 10w. - Voltaje de entrada: 12v. - Vida útil: 50000 horas. - Grados de dirección: 180°. 5.5.2.4 Luminarias LED para Exteriores La nueva generación de farolas LEDs para exteriores cuentan con una eficiencia global de más del 80%. Son de máxima funcionalidad, sencillez constructiva y facilidad de instalación. Su alto grado de protección las hacen ideales para cualquier tipo de ambientes extremos. El alumbrado LED se usa para iluminar jardines y zonas exteriores de comunidades y piscinas. Para iluminación exterior urbana o privada. Ideales para iluminación de zonas ajardinadas, espacios públicos, zonas peatonales, áreas residenciales El alumbrado con esta tecnología reducirá la contaminación lumínica y proporcionará una sensación de seguridad y confort. Las luminarias LED para iluminación vial y urbana de alta luminosidad y eficiencia, son la solución perfecta para el reemplazo de las luminarias, farolas y focos tradicionales, en la iluminación de calles, fachadas de edificios, y en general en zonas exteriores o de uso público, aportando un ahorro en el consumo energético. Las ventajas que se presentan en este tipo de luminarias son: la garantía es de 2 años con un tiempo de vida de 50000h. 3 http://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-410281948-reflector-lampara-led-rgbsumergible-impermeable-piscinas-_JM 16 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Los ahorros energéticos superan en la mayoría de los casos el 50 %, consiguiendo que pasemos de lámparas de descarga de 400 W a LED de 170W. Los ángulos de apertura pueden ser de hasta 90º en el eje horizontal El reflector LED que se presenta en la Ilustración 12 tiene un costo de $150 en Ecuador. Ilustración 12. Reflector LED para exteriores 200 w4 Las especificaciones del reflector LED se las enlistan a continuación: Potencia: 200w Encendido instantáneo. Vida útil: 50000 horas. No existen parpadeos. Precauciones: Tener muy claro el tipo de iluminación exterior que se desea, y los efectos que se pretenden, puesto la iluminación de exteriores son muy variados y pueden cambiar totalmente el aspecto del lugar, negocio donde se vaya a implementar. Considerar los focos para exteriores con diversos interruptores, pues darán la posibilidad de flexibilizar la instalación, o colocar sensores en lugares de paso. En el alumbrado de calles y fachadas tomar en cuenta el deslumbramiento que se puede generar. 4 http://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-410027657-reflector-led-200w-blancoexterior-ip65-alta-luminosidad-_JM. 17 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.5.2.5 Luminarias LED para Interiores Evidentemente el uso de luminarias LED resulta ser más eficiente y efectivo, por lo que para el uso de este tipo de luminarias en interiores se presenta a continuación algunos tipos de modelos. Luminaria LED luxiled G2: Es un tipo de luminaria colgante que presenta las siguientes características: Montaje empotrado en sistemas de techo Parte superior de la carcasa hecha de lámina de acero Marco visible hecho de aluminio anodizado Color de la luminaria: blanco (RAL 9016) Ópticas microprismáticas Temperatura del color: 3.000 K, 4.000 K Vida útil (L80/B50): hasta 50.000 h Ilustración 13: Luminaria LED luxiled G2 Luminaria LED Kramfor 6w: Es un tipo de luminaria usada para las paredes, presenta las siguientes características: Se caracterizan por su elevada calidad de fabricación y sus ópticas simétricas fijas. Construido en aluminio inyectado y reflector faceteado. Disponen de elementos antideslumbrantes que les dotan de gran confort visual. Compuestos por LEDs SMD de alta luminosidad, logran una gran eficiencia y están especialmente indicados para dar respuesta a una iluminación general tanto en el ámbito doméstico, como en el ámbito profesional. En cuestión de diseño, se adaptan a un sinfín de acabados, sin prescindir, en ningún momento, de calidad lumínica. 18 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 14: Luminaria LED Kramfor 6w Luminaria LED Trof 35w Es un tipo de luminaria usada para techos, presenta las siguientes características: Combinan diferentes materiales de gran calidad para ofrecer productos únicos de gran belleza. Funcionalidad para cualquier tipo de ambiente que proyectan la luz donde se necesita. Ilustración 15: Luminaria LED Trof 35w Luminaria LED downlights Es un tipo de iluminaria con uso múltiple que presenta las siguientes características: Están indicados para todos los usos, tanto en el hogar, centros comerciales o a nivel industrial. Crean un ambiente cálido y acogedor y cuentan con un consumo muy bajo. Son empotrables y puede encontrarlos en diferentes formatos, redondos, cuadrados, rectangulares, alargados para que se adapten perfectamente al espacio que se desee. Se puede utilizarlos tanto en paredes, suelos o techos, creando diferentes iluminaciones. 19 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Tienen una cubierta esmerilada para una emisión uniforme de luminosidad sin reflejos. Ilustración 16: Luminaria LED downlights Luminaria LED kastos 3w Es un tipo de luminaria usada para mostradores, dentro de las características principales están las siguientes: Ocupan poco espacio, generan muy poco calor y no emiten luz Ultravioleta o infrarroja, por lo que no afecta al producto que se está exhibiendo. Su ahorro en electricidad es más del 90% respecto a sus homólogos halógenos Ilustración 17: Luminaria LED kastos 3w 20 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 5.6. Instalación Los pasos para la instalación de estas luminarias es relativamente fácil primeramente se deber realizar toda la conexión o cableado a los LED , luego conectar el driver y por último dar la corriente, a continuación se detalla cada uno: Driver. Leer con claridad el instructivo de instalación del driver y del LED. Verificación. Leer sobre el driver el tipo de corriente, voltaje y polaridad teniendo en cuenta que la corriente puede ser 350 MA, 700 MA o 1000 MA y que la corriente de salida del driver es continua. Cableado. Es importante que en el cableado la sección que se utilice sea de la adecuada, y acordarse además que la intensidad de corriente requerida es muy pequeña. Empalmes. Tener en cuenta que los empalmes deben ser soldados y utilizar termo contraíbles. Conexión. Es preciso respetar la conexión ya sea en serie o en paralelo según sea necesario. Sin embargo se debe seguir las siguientes recomendaciones: Bajo ningún motivo dar corriente al sistema y agregar el LED, ya que podríamos quemarlo. Puede ser que el LED no emita luz pero recordar siempre que en el sistema sigue circulando corriente. El voltaje de los LED varía para emitir fotones de 2.4 a 3.5 volts. La carga estática afecta a los LED y por ello se recomienda siempre envoltorios antiestáticos. No apoyar los LED en superficies que tengan carga estática. La conexión incorrecta puede causar daños irreparables al LED y a la fuente. Es importante también tener en cuenta que el LED puede dañarse si no tiene el adecuado disipador de calor. Existen LED que pueden usarse como de 1 watt, 3 watts o 5 watts cambiando sólo la intensidad de la corriente, pero en estos casos es preciso tener en cuenta que el disipador cubra las exigencias a la que se los somete. No deben guardarse los LED en bolsas de nylon o de papel, tampoco tienen que guardarse en lugares húmedos. Se recomienda no desconectar los LED cuando están funcionando ya sea en forma individual o en serie. Pensar que la luminaria que contiene el LED, o este mismo, no tiene protección contra sobretensión, o corto circuito. Para limpiarlos se recomienda no usar ningún tipo de líquidos, agua, solvente o limpiador. 21 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 6. Ventajas 6.1. Eficiencia energética Se refiere a una práctica que busca la reducción en el consumo de energía pero sin limitar su uso, es decir optimizar el empleo de esta. Además no generan pérdidas en calor como sucede con lámparas tradicionales. Ilustración 18 Comparación entre lámpara led e incandescente Tabla 2 Comparación de ahorro energético Característica Lámparas LED Ahorro energético 50-80% 6.2. Lámparas Incandescentes -- Lámparas Fluorescentes 50-70 Tiempo de vida útil Es prácticamente imposible que un LED se queme. En condiciones normales de uso, únicamente se degrada (pierde luminosidad a un ritmo del 5% anual). Un LED tardará 10 años en perder solo el 50% de su brillo inicial. [7] Tabla 3 Comparación de tiempo de vida útil Característica Tiempo de vida útil (horas) Lámparas LED 50000 Lámparas Incandescentes 12000 Lámparas Fluorescentes 8000 22 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 6.3. Eficiencia lumínica Los LEDs utilizan menor potencia (watts) por unidad de luz generada (lumens), estos aprovechan más del 90% de la energía que consumen. Las lámparas LED permiten dirigir el flujo de luz al área que se desea iluminar manteniendo una uniformidad, sin pérdidas en otras direcciones como sucede con las lámparas convencionales. Tabla 4 Comparación de eficiencia lumínica Característica Lámparas LED (Lumens) 450 1100 2600 6.4. (watts) Lámparas Incandescentes (watts) Lámparas Fluorescentes (watts) 4-5 9-13 25-28 40 75 150 9-13 18-25 30-55 Impacto ambiental Cumplen la normativa CE y ROHS por lo que estas lámparas no contienen mercurio en su fabricación, este material es altamente tóxico para la salud y el medio ambiente por lo al no contenerlo resultan ser más amigables con este. Debido a su bajo consumo de energía permite disminuir las emisiones de CO2. Tabla 5 Comparación del efecto ambiental Característica Lámparas LED Lámparas Incandescentes Lámparas Fluorescentes No No Si Emisión de CO2 Baja Alta Media Normativa ROHS Si No No Mercurio 6.5. Hechos importantes Existe una gran gama de LEDs, de diferentes tamaños y con diseños varios, además de ofrecer una amplia gama de tonos por ejemplo el que ofrece el RGB, a diferencias de lámparas convencionales estas son eficientes en 23 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 ambientes con bajas temperaturas y no generan problemas de encendido, siendo robustos y fuentes fiables de iluminación. Su mantenimiento es mínimo debido a que la degradación de su iluminación no es significativa y además en el caso de lámparas convencionales estas cumplen su tiempo de vida y necesitan ser remplazadas. Ilustración 19 Flexibilidad de diseño LED Tabla 6 Comparación de hechos importantes [8] Característica Lámparas LED Lámparas Incandescentes Lámparas Fluorescentes Sensibilidad a bajas temperaturas No Media Si Sensibilidad a la humedad No Media Si Ningún Efecto Si Muy durable Si Bajo Media Si No muy durable No Alto Si No No muy durable Media Medio Ciclo on/off Encendido instantáneo Durabilidad Flexibilidad en diseño Mantenimiento 7. Desventajas 7.1. Costos La principal desventaja de estos elementos se encuentra en el mercado debido al costo que este presenta, una lámpara incandescente puede llegar a tener un costo de $1.50 y en comparación con lámparas led están pueden costar alrededor de $10. 24 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 7.2. Altas temperaturas Si bien estos elementos pueden trabajar eficientemente en bajas temperaturas, en su contraparte en temperaturas mayores a 65° C estos elementos se destruyen. 7.3. No emisión de calor Existen aplicaciones en las que las lámparas son utilizadas no solamente como una fuente de iluminación si no como una fuente de calor por lo que estas no serían adecuadas disminuyendo su campo de aplicabilidad. 8. Aplicaciones 8.1. Iluminación Pública La incorporación de la tecnología LED al sistema de alumbrado público es una solución enorme al problema de consumo de energía, al reemplazar la iluminación tradicional por LED se logran ahorros muy significativos que llegan hasta el 80%, esto sumando a su larga vida útil que en estos momentos ya puede alcanzar las 60.000 horas, arroja ahorros muy significativos a los gobiernos locales. Ilustración 20 Calles de Alumbrado Público La amplia variedad de tamaños, potencias y estilos nos permite instalar nuestras luminarias en cualquier lugar podemos ir desde: Postes de 4 hasta 14 m. 25 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Líneas de iluminación especial para túneles, con una luminaria diseñada específicamente para este fin, con el color de luz, ángulo y potencia específica para esta aplicación. 8.2. En la Industria En esta sección la aplicación de la tecnología LED es muy importante ya que el ahorro de consumo de energía eléctrica en las grandes industrias en la parte de iluminación es verdaderamente muy importante, en la mayoría de los casos del 85%, la razón de este gran ahorro es que en esta área se utilizan luminarias de alta potencia lo que conlleva a un consumo elevado de energía. La tecnología LED en esta área está muy avanzada. En estos momentos se ha logrado tener eficiencias de hasta 120 Lms por watt y vida útil que llegan a las 60.000 horas. Las luminarias a prueba de explosión pertenecen a un área de la tecnología LED muy interesante ya que estas pueden ser instaladas en áreas de alto riesgo a explosiones por la existencia de materiales altamente inflamables. Estas luminarias LED están diseñadas de tal forma que no hay ninguna posibilidad de que exista una chispa de ningún tipo producido por ellas con un material aislante. Ilustración 21 Vagones de Laboratorios Industriales 8.3. En el comercio Para el área comercial la introducción de la tecnología LED es importe debido a que cuenta con una variada gama de colores para todo tipo de aplicación. 26 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 El color blanco frío (6500K), este color de luz es específicamente hecho para utilizarlo en áreas de oficina, el motivo es que este color de luz es propicio para áreas donde se requiere mucho el enfoque y buena visión, la ventaja al utilizar esta es que no produce cansancio y ayuda a la concentración. El color blanco neutro es excelente para áreas de circulación de público, dando una excelente claridad a estas áreas de tránsito. El color blanco cálido es especial para exhibir mercancía ya que hace que los colores se vean más vibrantes, haciendo resaltar los productos. Ilustración 22 Oficinas y áreas de circulación del público 8.4. En el hogar La introducción de la tecnología LED para el área residencial trae un alivio a las pesadas cargas que tiene el grupo familiar en estos tiempos; el introducir iluminación LED en los hogares reduce hasta un 80% los costos en la factura eléctrica en la parte que le corresponde a la iluminación, además también hay que tomar en cuenta el gran ahorro que se produce por el recambio de luminarias ya que la vida útil del LED en esta sección es de 40.000 horas, con garantías que llegan a los tres años. Otra de las grandes ventajas del LED es que es totalmente ecológico, no contiene metales pesados como el mercurio, contenido por ejemplo en los bombillos ahorradores. 27 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 Ilustración 23 Zonas Residenciales 8.5. En instalaciones deportivas Es una nueva rama de la tecnología LED, estas luminarias están especialmente diseñadas para iluminar áreas donde se practican deportes, lo que las hace tan especiales es que tienen la capacidad de alcanzar largas distancias con su halo de luz, ideal para ser instaladas a grandes alturas, que es el caso de la mayoría de los estadios deportivos, donde estas pueden estar ubicadas a más de 40 m de altura. Las potencias en esta línea van desde los 200W hasta los 4000W, con eficiencias de 140 Lms por watt, vida útil de 80.000 horas y garantías de hasta 5 años. Ilustración 24 Áreas Deportivas, Estadios 28 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 8.6. Semáforos LEDs La tecnología LED también se encuentra en el tráfico vehicular mediante los semáforos electrónicos, cuyas características se muestran a continuación: Modelos de 220 volts y 12 Volts. Modelos con destellados programable incluido. Leds específicos de tráfico (cumple norma americana, CEE y Argentina) Todos los puntos luminosos juntos forman una lámpara led más brillante que la lámpara incandescente y es un 80% más eficiente en el ahorro de la energía. Mientras que las tradicionales lámparas incandescentes de semáforo consumen entre 69 y 150 Watts, cada lámpara led consume entre 10 y 25 Watts, dependiendo del tamaño, el color y el tipo. Cuando una lámpara incandescente falla, se quema del todo y necesita ser reemplazada cada 6 meses a un año. Por otro lado, los números puntos luminosos generados por cada led individual, no se queman al mismo tiempo además que los leds pueden tener una vida útil de hasta 10 años. Ilustración 25 Semáforos LEDs 9. Conclusiones Cada tecnología de las fuentes de iluminación es diferente en cuanto a su evolución y poseen sus propios beneficios y limitaciones que son importantes conocer antes de realizar una instalación eléctrica como eficiencia, valor económico, horas de trabajo, etc. 29 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 La utilización de componentes electrónicos para la realización de fuentes de iluminación, permite a los diseñadores utilizar varias herramientas para controlar el color, la intensidad, ángulo de luz, protecciones, entre otros parámetros en un solo dispositivos. Un foco led durará más tiempo que un foco incandescente, debido a que más del 90% de la energía que consume una lámpara led será trasformada en luz a diferencia de una lámpara halógena que ocupará apenas el 25%, además las lámparas led no contiene gases nocivos para la salud y el medio ambiente, y su principal desventaja son sus costos elevados. La iluminación LED es la representante líder de las fuentes electrónicas considerando una amplia gama de aplicaciones y brindando ventajas a todo nivel en casi todos los ambientes, donde los componen equipos de alta duración y sobre todo alta eficiencia energética. La tecnología ha dado grandes pasos en cuanto a la iluminación se refiere, pues de la misma manera se puede apreciar como la iluminación fluorescente y los focos incandescentes serán cosas del pasado y serán remplazados por luminarias electrónicas. A nivel mundial se analiza constantemente cómo preservar las fuentes de energía, evitar el calentamiento global y disminuir todo tipo de desechos. En este aspecto la tecnología LED, es un paso fundamental para colaborar con el cuidado del medio ambiente y energía y sin duda será la elección obligada de las próximas generaciones en materia de iluminación, además del alto rendimiento de los leds tenemos que tomar en cuenta su fácil instalación y su mantenimiento. 10. Recomendaciones Conociendo las ventajas de la iluminación electrónica, es importante considerar que no se va a cambiar las lámparas tradicionales de la casa a leds de un día para otro, se puede cambiar de a poco conforme estás vayan agotando su vida útil, y desecharlas de una manera adecuada con el medio ambiente. Debido a que estos dispositivos tienen componentes electrónicos se debe tomar en cuenta las condiciones necesarias para la instalación de todos los componentes (fuentes, luminarias, cableado, lámpara led). Esto asegura el correcto funcionamiento del dispositivo y además alarga su vida útil. Dimensionar de forma correcta el tipo de fuente de iluminación para un ahorro energético y protección del medio ambiente. Debido a la gran variedad de lámparas led se debe considerar los ambientes que se desea iluminar antes de una instalación. 30 Instalaciones Industriales – NRC: 2211 11. Referencias [1] Años luz, iluminación de vanguardia. (24 abril 2014). Las fuentes de luz más utilizadas. [Online]. Disponible en http://anosluziluminacion.com/las-fuentes-deluz-mas-utilizadas/ . [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [2] Ounae. Guía completa para iluminación led en el hogar. [Online] Disponible en: http://ounae.com/iluminacion-led-guia-completa-domotica-hogar/. [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [3] Pedro Santamaria (22 Oct 2012). Cómo elegir la bombilla LED correcta para cada necesidad Especial. Iluminación LED. [Online]. Disponible: http://www.xatakahome.com/iluminacion-y-energia/como-elegir-la-bombilla-ledcorrecta-para-cada-necesidad-especial-iluminacion-led. [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [4] Deltonholdings (08 Oct 2015). Aplicaciones para Luminarias LED. [Online]. Disponible: http://deltonholdings.com/aplicacionesled/. [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [5] Ovacen. Como elegir una bombilla led. [Online]. Disponible en: http://ovacen.com/como-escoger-una-bombilla-led-adecuada-para-tu-hogar/ [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [6] Victor H. Kohen, Iluminet revista de iluminación [Online], Recomendaciones para tener en cuenta para instalaciones de Leds [Último acceso: 18 Noviembre 2016]. [7] J. Gómez, M. Viñas, Telos 82 Cuadernos de Comunicación e Innovación. Enero-Marzo 2010. [8] Comparison Chart LED Lights vs. Incandescent Light Bulbs vs.CFLs [Online]. Disponible: http://www.designrecycleinc.com/led%20comp%20chart.html. [Último acceso: 19 Noviembre 2016]. [9] A. Usón, I. Zabalza, S. Díaz, E. Llera, Eficiencia energética en instalaciones y equipamiento de edificios, Prensas Universitarias de Zaragoza 2010. 31
