PRINCIPALES OBJETIVOS
La iluminación publica alberga diversas áreas, a saber la iluminación de carretera y de espacios públicos en general, contribuyendo de forma decisiva al aumento de la seguridad. Desempeña también un papel social, asegurando una reducción del crimen en general y fomentando la utilización nocturna de los espacios públicos en los centros de las ciudades y zonas turísticas, tanto para fines comerciales como sociales.
Existen por tanto, numerosos aspectos a tener en consideración en un proyecto de iluminación publica. La seguridad y la percepción de la seguridad son factores claves para los peatones. Para los conductores, la iluminación presenta un enorme conjunto de beneficios, en especial para la reducción del numero de accidentes de trafico nocturnos, aumentando el confort visual y la capacidad de trafico de una determinada carretera. En comparación con la gran mayoría de las tecnologías convencionales existentes actualmente en el mercado, la ultima evolución de la tecnología LED garantiza una mejor calidad de la iluminación, lo que corresponde a un enorme avance en este sentido.
Además, al asegurar una mayor eficiencia energética, la tecnología LED reduce directa e indirectamente la emisiones de CO2 en la atmósfera, un factor preponderante para alcanzar la sostenibilidad energética, en consonancia con el programa 20-20-20 hasta 2020 de la UE (en la secuencia de las propuestas presentadas por la Comisión Europea de Enero de 2007, todos los Jefes de Estado y de Gobierno se comprometieron a reducir las emisiones de CO2 en la atmósfera, a aumentar la cuota-parte de las energías renovables y a aumentar la eficiencia energética de la UE en por lo menos 20%, hasta 2020), permitiendo a su vez un mayor ahorro financiero.
La tecnología LED está en primera linea en el combate contra la contaminación medioambiental (más allá de los puntos ya enfocados, es importante indicar que la tecnología LED no utiliza componentes tóxicos, al contrario de lo que pasa con algunas tecnologías tradicionales usualmente utilizadas, como por ejemplo el mercurio y el sodio alta presión) y el desperdicio de energía, contribuyendo rotundamente a que las metas acordadas se concreticen. Dichas metas son ambiciosas pero absolutamente necesarias para que en el futuro podamos vivir en un mundo mejor, más verde y sostenible.
MEJOR CALIDAD DE ILUMINACIÓN
La obtención de una mejor calidad de iluminación recurriendo a la tecnología LED es conseguida fundamentalmente mediante dos factores clave:
- Elevado índice de reproducción cromático (IRC).
- Amplio abanico de temperaturas de colores disponibles.
Índice de reproducción cromático
Un alto nivel de IRC equivale a una mejor percepción de los colores reales de los objetos, lo que se traduce en una mejor calidad de iluminación y, en consecuencia, en una mayor seguridad y percepción de seguridad. Las imágenes siguientes ilustran claramente las diferencias existentes entre un escenario de iluminación publica vial basado en tecnología LED (IRC>75) y otro más tradicional, basado en la tecnología HPS (IRC=23).
Temperatura de color
La existencia de diferentes temperaturas de color permite un mayor confort visual, en consonancia con el entorno. Esto se traduce naturalmente en una mejora calidad de la iluminación.
BF-5300º K BN-4100º K BQ-3650º K
Los colores más fríos (temperaturas de color más elevadas) son mas adecuados para la iluminación vial. Los colores más cálidos (temperatura de color más reducidas) son más adecuados para la iluminación de centros históricos. Sin embargo, en términos prácticos, cualquieras de las opciones es valida en cualquier escenario, sin comprometer de forma alguna la calidad de la iluminación y la eficiencia energética.
MAYOR EFICIENCIA ENERGÉTICA
La obtención de una alta eficiencia energética basada en la tecnología LED se asienta principalmente en los siguientes casos:
- Geometría óptica adecuada.
- Espectro luminoso optimizado.
Geometría óptica adecuada
Su dimensión reducida y el hecho de que solo irradian en uno de los hemisferios permite optimizar la geometría óptica de forma relativamente simple y extremadamente eficaz, maximizando de esta forma el factor de utilización, o sea, la capacidad de convertir el flujo luminoso en iluminación útil en el plano que se pretende iluminar (cuantificando en lux/lm). Este factor puede también ser evaluado en términos de luminancia ((cd/m2)/lm), dependiendo de la aplicación.
Esto contribuye de manera decisiva a la reducción del consumo energético, ya que en comparación con las tecnologías convencionales habitualmente utilizadas, es necesaria menos lumenes para alcanzar los mismos niveles de iluminación. Concretamente, la tecnología LED presenta un factor de utilización que es aproximadamente el doble del conseguido con el uso de la tecnología HPS (sodio alta presión).
La figura siguiente ilustra las diferentes zonas de incidencia (el área que se pretende iluminar está señalada en amarillo, es decir, la iluminación útil).
Como consecuencia de la obtención de un factor de utilización elevado, los niveles de deslumbramiento son por norma extremadamente reducidos, una cuestión central en términos de seguridad vial. Lo mismo pasa con los niveles de contaminación lumínica, lo que se traduce directamente en una mejor calidad de vida.
Espectro luminoso optimizado
En general, debido a los niveles de luminancia habitualmente utilizados, la iluminación publica nos coloca en la región de visión mesópica.
Las propriedades de todas las fuentes de luz son actualmente cuantificadas basándose en la respuesta fotópica del ojo humano. En condiciones mesópicas, dicha cuantificación está totalmente desajustada de los valores de desempeño real.
Una de las grandes ventajas en la utilización de la tecnología LED está en el hecho de que su respuesta espectral esta sintonizada con la sensibilidad del ojo humano en la región mesópica, lo que potencia de forma clara y significativa su desempeño.
La figura anterior ilustra de forma simple las curvas de sensibilidad del ojo humano en las regiones limite: escotópica y fotópica. La región mesópica se localiza entre las dos. La sensibilidad en esta región depende de los niveles de luminancia existentes. Mientras que para los niveles de luminancia más bajos esta se aproxima de la región escotópica, para niveles de luminancia más elevados se aproxima de la región fotópica.
Los niveles de luminancia en cuestión son aproximadamente los siguientes:
- Modo fotópico- L>= 3,4 cd/m2
- Modo mesópico- 0,01<L<3,4 cd/m2
- Modo escotópico- L < =0,01 cd/m2
La figura anterior ilustra los diferentes niveles de flujo luminoso en la región mesopica (lumens mesopicos) en función de la luminancia (mediación fotópica). Como se puede verificar, para las tecnologías con fuertes componentes espectrales en los largos de onda más bajos (región de los azules), el nivel de flujo luminoso aumenta considerablemente. Lo contrario pasa para las tecnologías con componentes espectrales más fuertes en los largos de onda más elevados (región de los amarillos/rojos), como es el caso de las lamparas de sodio alta presión muy utilizadas. En la practica, para niveles de luminancia más bajos, la sensibilidad del ojo humano favorece las lamparas que emiten un color más frío (azulado). Una lampara de halogenuros metálicos de 150W y temperatura de color de 4000ºK, en un escenario de apenas 0,5cd/m2 tiene cerca de 25% más de flujo que el valor original para solo 1cd/m2 ( ya más próximo de la región fotópica). Por otro lado, para las mismas condiciones, una lámpara de sodio alta presión presenta cerca de 8% menos de flujo luminoso. Esto se traduce entonces en un diferencial entre las dos tecnologías de cerca de 36%, teniendo por base la lampara HPS.
Por el hecho de presentar un espectro optimizado para la región mesopica, la tecnología LED presenta el mismo tipo de comportamiento que las lampara de halogenuros metálicos, lo que se traduce en la practica en un aumento significativo de desempeño en esta región. La figura siguiente ilustra este hecho.
En este caso concreto, considerando el mismo valor de referencia de luminancia (0,5 cd/m2), la solución LED considerada en este estudio presenta un incremento de flujo luminoso de 20%. Una vez más, considerando la reducción de 8% para las lamparas HPS, el diferencial se cifra en unos 30%.
UTILIZACIÓN EFICIENTE DE LA ENERGÍA
La utilización eficiente de energía (o simplemente eficiencia energética) consiste en la utilización de una menor cantidad de energía para alcanzar el mismo objetivo. El nivel de reducción de cantidad de energía necesaria define el nivel de eficiencia. Así, cuanto mayor fuera la reducción efectuada, más eficiente es el sistema.
Sistemas de iluminación eficientes
En iluminación, la eficiencia energética pasa entonces por la utilización de una menor cantidad de energía eléctrica sin comprometer cualitativa ni cuantitativamente los niveles de iluminación deseados. Simplemente, se basa en la utilización de sistemas de iluminación eficientes.
Un sistema de iluminación envuelve diversos componentes diferentes. Para ser eficiente, todos estos componentes tienen que ser eficientes. Esto se aplica tanto a la lampara propiamente dicha, como al sistema de alimentación y, globalmente, a la propria luminaria.
La tecnología LED más reciente permite alcanzar los niveles de eficacia global deseados, alrededor de los 60 lm/W.
Utilización racional de la energía en iluminación
La eficiencia energética se basa también en la utilización racional de la energía. De hecho, no es suficiente disponer de un sistema eficiente del punto de vista energético, es necesario que este sea utilizado de forma eficiente! Este principio se aplica a todas las áreas en general y, naturalmente, a la iluminación en particular.
La utilización racional de la energía en iluminación consiste en la gestión adecuada de la energía utilizada para este fin, de acuerdo con las necesidades. La utilización de los sistemas de iluminación más eficientes es condición necesaria pero no suficiente para alcanzar una eficiencia energética más elevada.
La gestión adecuada de los recursos disponibles conduce, por tanto, al aumento de la eficiencia energética. En este sentido, algunos de los principales aspectos a tener en consideración en un proyecto de iluminación son:
- Cantidad y calidad de la luz adaptada a las necesidades del espacio a iluminar.
- Color de la luz y temperatura de color adaptados al tipo de objectos a iluminar.
- Distribución fotométrica adecuada, procurando siempre maximizar el confort en la utilización de los espacios a iluminar y reducir la contaminación lumínica.
La realización de estudios luminotécnicos de soporte, con vista al proyecto y desarrollo de luminarias y sistemas de luminarias adaptados a las necesidades (light Design) es un factor clave en este contexto.
Además, la utilización de sistemas de gestión inteligentes permite racionalizar de forma eficiente la utilización de energía en iluminación, actuando por ejemplo al nivel de la regulación del flujo, según la luz ambiente y con presencia de personas y/o vehículos en los locales a iluminar.
COMENTARIOS FINALES
Los más recientes avances de la tecnología LED vinieron a cimentar su utilización en la iluminación de los espacios públicos, donde se destaca la iluminación vial, como respuesta a las limitaciones impuestas por la mayoría de las tecnologías convencionales utilizadas habitualmente (en especial la HPS). La tecnología LED asegura una reducción significativa del consumo energético, una elevada eficiencia energética y una calidad de iluminación superior sin precedentes. La reducción de la emisión de CO2 en la atmósfera y el ahorro financiero son un reflejo de lo mismo.
Reducción del consumo energético
La reducción directa del consumo energético es posible puesto que muchos proyectos de iluminación serán antiguos y estarán totalmente desajustados de la realidad actual, utilizando más energía de la necesaria. En relación a los proyectos más recientes, muchas veces mal dimensionados de raíz, sucede lo mismo con frecuencia.
Factor de mantenimiento (MF- Maintenance factor)
La depreciación de los sistemas de iluminación a lo largo de su tiempo de vida útil es uno de los factores más importantes a tener en consideración en cualquier proyecto luminotecnico y tiene un enorme impacto en el consumo energético. El factor de mantenimiento (MF) cualifica y cuantifica esta depreciación, teniendo en consideración los factores siguientes (este factor incide directamente sobre el flujo inicial):
- La depreciación del flujo luminoso de las lamparas utilizadas (LLMF- Lamp Lumen Maintenance Factor). Esta depreciación está fuertemente condicionada por la temperatura de funcionamiento de la lampara en el interior de la luminaria y por las condiciones de funcionamiento en términos eléctricos. Cuanto mayor sea la temperatura de funcionamiento y las fluctuaciones de la tensión de alimentación de las lamparas provocadas por las perturbaciones existentes en la red eléctrica, mayor será la depreciación, en consecuencia, menor el factor.
- La tasa de supervivencia de las lamparas utilizadas (LSF- Lamp Survival Factor). Las lamparas tradicionales presentan siempre una tasa de mortalidad (cuando ocurre un fallo catastrófico, la lampara se desconecta por completo), siendo el tiempo de vida útil de la lámpara medido en función de esta tasa de mortalidad (especificado en el nivel de los 50%). Paralelamente, se considera la depreciación del valor medio del flujo luminoso de toda la instalación, reflejo de esta tasa de mortalidad. Concretamente, cuanto mayor sea la tasa de mortalidad, mayor será la depreciación de este valor medio y, en consecuencia, menor el LSF. En la iluminación, publica, teniendo en cuenta la distribución regular de luminarias, la falta de una de las lamparas provoca la aparición de una región oscura (sin iluminación), lo que corresponde directamente a una reducción del nivel medio del flujo luminoso y, en consecuencia, del nivel de iluminación en el plano. Más grave aún, perjudica gravemente los niveles de uniformidad exigidos por la norma (EN13201-2).
- La depreciación de las luminarias (LMF- Luminaire Maintenance Factor). Este factor es fuertemente condicionado por las condiciones de mantenimiento de las luminarias, principalmente al nivel del sistema óptico. En este sistema se incluye los reflectores y las protecciones a través de los cuales la luz es emitida. Todas las lamparas tradicionales emiten cantidades bastante grandes de radiación UV e IR, las cuales (en especial la UV) contribuyen fuertemente a la degradación de los reflectores y de las protecciones (más allá de la radiación presente en la luz solar). Cuanto mayor sea esta degradación, menor sera el factor LMF. Por otro lado, la radiación emitida atrae generalmente insectos, lo que contribuye también a la degradación del LMF. A eso podemos añadir la suciedad que se acumula naturalmente en las protecciones, con los mismos resultados prácticos.
En condiciones normales de funcionamiento, teniendo en cuenta su casi total independencia de las condiciones de funcionamiento, la tecnología LED presenta niveles de depreciación de flujo luminoso bastante reducidos, del orden del 1 a 2%. La tecnología HPS tiene depreciaciones de 20 a 30%.
En cuanto a la tasa de supervivencia, en el caso de la tecnología LED no se aplica. De hecho, como esta tecnología no presenta un final de vida catastrófico ( o sea, los LEDs no se apagan por completo), ha sido necesario encontrar una nueva forma de cuantificar su tiempo de vida útil. La ASSIST (Alliance for Solid-State Illumination Systems Technologies) determinó que 70% es el limite máximo a partir del cual, es posible, al ojo humano detectar una reducción del flujo luminoso (está relacionado con la integración logarítmica de nuestro ojo, menos sensible en los niveles de flujo más elevado). Así, se quedo especificado que una reducción efectiva del 30% del flujo luminoso en relación al valor inicial define el fin del tiempo de vida útil de un LED. Dicho de otra manera, cuando se dice que un LED alcanzo el fin de vida a las 60.000H, estamos en la practica diciendo que tiene, aún, por lo menos 70% del flujo inicial de cuando fue conectado por primera vez. Actualmente, se trabaja con niveles de B10/L70, lo que corresponde a una reducción efectiva del flujo luminoso de 30% pero solo en 10% de los LEDs.
En términos de depreciación de la luminaria (LMF), al no ser utilizado ningún tipo de reflector, el nivel de degradación en el caso de la tecnología LED es siempre inferior. Por otro lado, como no emiten radiación UV ni IR, no damnifican las protecciones (solamente la luz solar podrá contribuir a ello, pero también aquí el efecto sera mínimo teniendo en cuenta que serán utilizados materiales con tratamiento anti-UV) ni atraen insectos. Para la suciedad, se recurre a tratamiento anti-estático, minimizando de esta forma su efecto.
En resumen, el factor de mantenimiento es mucho más elevado en los sistemas de LED, rondando el 75 al 80%. Al contrario, en el caso de la tecnología HPS, el factor de mantenimiento ronda habitualmente el 45% (o aun menos, pudiendo llegar al 33%). Teniendo en cuenta la disparidad de valores, se traduce en un nivel de iluminación mucho más estable por parte de los LEDs en relación a los niveles iniciales y en una degradación acentuada por parte de la tecnología HPS. Dicho de otra manera, en un proyecto de iluminación, la utilización de la tecnología HPS obliga a su excesivo sobredimensionamiento, lo que se traduce en perdidas energéticas innecesarias de forma a compensar la degradación acentuada y conseguir que se cumpla con los niveles especificados por las normas. Considerando un MF de 45% significa que es necesario más del doble de la energía desde el primer instante para que se pueda asegurar este factor de mantenimiento. Desde otra perspectiva, inicialmente son considerados niveles de iluminación muy superiores a los necesarios. Más allá del enorme desperdicio de energía que representa, esto solo contribuye para aumentar la incomodidad en la utilización de los espacios públicos iluminados de esta forma, puesto que se irán registrando variaciones acentuadas de los niveles de iluminación, lo que deteriora la calidad de la iluminación.
Eficiencia energética
La obtención de una alta eficiencia contribuye también a la reducción del consumo energético, puesto que es necesario recurrir a una menor cantidad de energía para alcanzar los mismos objetivos. Esto se consigue mediante un sistema de iluminación eficiente, centrado en un modulo óptico innovador. En términos concretos, se traduce en una geometría óptica y en la emisión de un espectro luminoso optimizado y adaptado a las necesidades.
Con base a la geometría óptica, se asegura la obtención de un factor de utilización (capacidad de convertir la luz que es emitida en iluminación en un plano, cuantificado como lux/lm) más elevado, el doble del que es posible obtener con la tecnología de sodio alta presión (HPS). Dicho de otra forma, para el mismo nivel de iluminación en el plano, solo será necesario la mitad del flujo luminoso. El factor de mantenimiento (factor que cualifica y cuantifica la depreciación del sistema de iluminación a lo largo de su tiempo de vida útil), más elevado en los sistemas LED, contribuye de forma decisiva para este nivel de eficiencia.
La emisión de un espectro luminoso adaptado a la curva de sensibilidad del ojo humano en las condiciones habitualmente encontradas en la iluminación publica (condiciones mesopicas), optimiza la utilización del mismo y maximiza el desempeño del sistema de iluminación. En términos prácticos, considerando las mismas condiciones de iluminación en el plano y para un determinado nivel de luminancia, un sistema LED presenta siempre un nivel de flujo luminoso más elevado del previsto inicialmente, una vez que las mediciones son realizadas en condiciones fotópicas, pero luego totalmente desajustadas de la realidad. Para una luminancia de 0,5cd/m2, el flujo luminoso es cerca del 20% superior al valor fotópico de referencia. En el caso de las lamparas HPS sucede exactamente lo contrario, o sea, el flujo luminoso es siempre inferior, en este caso concreto del 8%. Dicho de otra forma, un sistema LED tiene siempre más flujo luminoso del que está medido (es perfectamente perceptible en el terreno, en condiciones reales) y lo contrario ocurre con el sistema HPS. Este es un valor añadido más para el aumento de la eficiencia energética asociada a la tecnología LED.
Mejor calidad de la iluminación
Una mejor calidad de la iluminación contribuye claramente al aumento de la seguridad vial (la percepción de la seguridad) y a un mayor confort de utilización de las vías publicas. La tecnología LED asegura una calidad de iluminación de nivel superior, basada fundamentalmente en un Indice de Reproducción Cromática (IRC) elevado (>75). Un nivel de IRC elevado permite una mejor percepción de los colores reales de los objetos y, en consecuencia, una mayor seguridad vial.
Este hecho resulta habitualmente en una reducción efectiva de la cantidad de la luz necesaria para iluminar el espacio pretendido, lo que se traduce también en una reducción del consumo energético. Es una de las razones por las cuales los proyectos de iluminación basados en las tecnologías tradicionales, en especial la HPS, recurren a un aumento efectivo de la potencia lumínica. De hecho, debido al valor reducido de IRC que presenta esta tecnología (IRC=23), este aumento es absolutamente necesario para compensar la mala calidad de la iluminación, lo que se traduce en un mayor incomodidad y dificultad en distinguir los objetos que nos rodean, aumentando de esta forma la sensación de inseguridad.
La tecnología LED presenta excelentes argumentos con vista a su utilización en la iluminación de espacios públicos, en especial la iluminación vial, contribuyendo de forma decisiva para un mundo más seguro, confortable y sostenible.
