Iluminación LED: ahora la eficacia la medimos en lúmenes

La tecnología LED ha cambiado la forma en la que debemos invertir en iluminación.

Debemos tener en cuenta que la intensidad de la luz la marcan los lúmenes, no los vatios (watts).

Hasta hace bien poco, a la hora de comprar un Foco, nos guiábamos por los vatios. Dependiendo de la zona a la que fuera destinada, elegíamos una de más o menos vatios, en función de si necesitamos más o menos luz. Identificábamos (y aún lo hacemos) vatios con luminosidad. Sin embargo los vatios sólo nos indican la energía que consume la Foco. Es decir, la potencia. Lógicamente, la energía consumida siempre irá en relación a la luz desprendida (más energía, más luz), pero la cantidad de luz que emite una Foco se mide en lúmenes.

En estos tiempos en los que la eficacia energética es una de las máximas preocupaciones, es necesario cambiar el chip y empezar a pensar no sólo en vatios, sino también en lúmenes. Debemos buscar la máxima eficacia lumínica y las lámparas LED son las que nos dan más lúmenes por vatio consumido.

LED: más lúmenes, menos vatios

Antes de continuar conviene aclarar algunos conceptos en relación a las características de una lámpara LED:

Potencia: indica el consumo de energía eléctrica. Se mide en vatios (W).

Flujo luminoso: la cantidad de luz percibida por el ojo de una determinada fuente. Se mide en lúmenes (lm).

Eficacia lumínica: indica la cantidad de luz emitida en relación a la energía consumida. Se mide en lúmenes por vatio (lm/W).

Iluminancia: mide la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. Se mide en lux (lx). 1 lux = 1 lumen/m2.

Las lámparas LED son las que nos dan más lúmenes por vatio consumido

Una Foco incandescente de 60W produce aproximadamente 800 lúmenes (una eficacia lumínica de 13 lm/W), mientras que una fluorescente compacta sólo necesita 20W (40 lm/W) para dar los mismos lúmenes. Si queremos sustituir esa Foco incandescente de 60W o fluorescente de 20W por una LED, deberemos buscar una equivalente en lúmenes, no en vatios.
En este caso, una Foco LED de sólo 9W nos podría dar esos 800 lúmenes que necesitamos (88 lm/W, el doble que una fluorescente compacta de eficacia lumínica). Multipliquemos esos vatios ahorrados por todo los que consume mensualmente un gran almacén o un estacionamiento y nos haremos una idea de la cantidad de electricidad que podemos ahorrar.

 

Tabla de equivalencia aproximada incandescente/LED

Incandescente Flujo lumínico LED
150W 2500 lm 30W
100W 1500 lm 20W
75W 1000 lm 15W
60W 800 lm 9W
40W 450 lm 5W
25W 250 lm 3W

La intensidad del flujo lumínico de una lámpara no sólo depende de la fuente, sino que influye la luminaria completa. Para calcular los lúmenes reales, por tanto, hay que comparar la intensidad de una lámpara LED “desnuda” con la intensidad de la luminaria con todos sus componentes (óptica primaria, óptica secundaria, etc.). Es importante esta matización porque en algunas comparativas las Focos de sodio de alta presión se sitúan como las más que ofrecen más lúmenes por vatio, pero no se han tenido en cuenta factores como la direccionalidad o las emisiones ultravioleta.

Toda esta información (lúmenes y vatios) debe indicarse en la etiqueta del envase del Foco LED, o en caso de grandes instalaciones, deberá ser proporcionada por el proveedor en el contrato de instalación o compra. También deben indicarse la vida media de la Foco y el tono o temperatura de color expresado en grados kelvin (k).

Gestión de los niveles de iluminación

Lo importante en una gran instalación lumínica son los lúmenes generados por vatio consumido, por eso ENERSUIT ofrece a sus clientes la posibilidad de contratar la gestión de los niveles de iluminación en lugar de la potencia en vatios. Para ello se tienen en cuenta todas las variables que influyen en la luminosidad (las condiciones de temperatura de la estancia, la frecuencia de uso, la degradación de los chips LED, los costes de reemplazo de luminarias, etc.) y se ofrece al cliente la propuesta que mejor se adapte a sus necesidades. De esta forma se aseguran en todo momento los niveles de iluminación adecuados y se garantizan los máximos lúmenes por vatio consumido (lm/W).

Los niveles de iluminación necesarios en edificios, zonas de trabajo, viales y otros ámbitos están regulados por diferentes normativas. Por ejemplo, según la Norma Europea sobre Iluminación para Interiores UNE 12464.1 en la rampa de acceso o salida de un estacionamiento por el día la iluminancia media deberá ser de 300 lux, en una planta de montaje de vehículos deberá ser de 500 lux y en una oficina de dibujo técnico de 750 lux. ENERSUIT tiene en cuenta estas normas a la hora de llevar a cabos sus instalaciones.

Debemos tener en cuenta que la tecnología LED, a pesar de ser la más eficiente en términos generales (lúmenes por vatio consumido), no siempre resulta la más idónea. Existen otras variables como frecuencia de uso, distribución de la luz o características de la estancia, que pueden hacer más rentable otro tipo de soluciones. Consulte siempre con un proveedor cualificado, que le asesorará para conseguir la mejor instalación lumínica.

Flujo e intensidad lumínica del led

El flujo luminoso (lumen/lm), es la cantidad total de luz emitida por segundo por una fuente de luz, dando relevancia a la sensibilidad espectral del ojo humano.

El ojo humano, para enviar información captada a través de los ojos al cerebro, discrimina en función del color del objeto que se está mirando.

 

 

 

 

Los tubos fluorescentes de descarga, tienen la llamada temperatura de flujo luminoso óptimo. Este parámetro es conveniente tenerlo en cuenta cuando comparemos flujos teóricos luminosos.

Estos tubos fluorescentes están diseñados para ofrecer un flujo luminoso óptimo a una determinada temperatura. A cada tipo de tubo le corresponde una temperatura óptima. De este modo el flujo luminoso será máximo (que es el que se publicita).

Esto ocurre porque la presión de vapor de mercurio en el interior, está condicionada por la temperatura dentro de él, y el número de átomos de mercurio,  en estado gaseoso que podrán interaccionar con los electrones liberados, serán escasos, cuando la temperatura ambiental es baja (el flujo de luz será inferior). Por contra, cuando la temperatura es superior a la que corresponde al diseño del tubo fluorescente, el número de átomos de mercurio, en estado gaseoso, será mayor y sucederá una absorción de la energía radiada convirtiéndola en calor (y, de nuevo, el flujo luminoso será inferior).

Por debajo o por encima, de la temperatura óptima, se producirán pérdidas importantes de flujo de luz (ineficiencia). Esta situación no ocurre con las lámparas LED, que mantienen un flujo luminoso constante en todo el rango de temperatura de funcionamiento (de -25ºC a XXºC), consiguiendo que no se produzcan las pérdidas que sufren los tubos fluorescentes, por la no coincidencia entre temperatura ambiental y temperatura de optimización del flujo luminoso.

Intensidad Luminosa

La Intensidad Luminosa debe tenerse en cuenta a la hora de evaluar la aplicación de una lámpara.

Si el Flujo Luminoso (los lúmenes), nos indican la cantidad de luz que emite una fuente de luz (en todas las direcciones del espacio), para determinar cómo se distribuye este Flujo Luminoso en cada dirección del espacio, es necesario conocer la Intensidad Luminosa.

Se puede definir la Intensidad Luminosa, como el Flujo Luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección concreta. La unidad de medida de la Intensidad Luminosa son las candelas (cd) y su valor permite saber la concentración de luz que se obtendrá en una dirección determinada.

De este modo, un haz de menor apertura, expresado en grados (º), nos permite obtener una mayor concentración de la luz producida por una lámpara y, en consecuencia, los lúmenes se concentrarán en un menor radio.

En las lámparas reflectoras, la magnitud que informa sobre la cantidad de luz irradiada por la lámpara, no es el flujo, sino la intensidad luminosa, debido a que el reflector hace que la luz se emita en una dirección determinada.

Las lámparas LED nos permiten diseñar y utilizar ópticas, que cubran la mayor parte de las necesidades lumínicas, tanto funcionales como ambientales.

 

TABLAS GUÍAS DE EQUIVALENCIAS APROXIMADAS WATTS-LÚMENES ENTRE LÁMPARAS LED Y DE DIFERENTES TIPOS UTILIZADAS PARA ALUMBRADO EN GENERAL Y SUS DIFERENTES CARACTERÍSTICAS

CONSUMO APROXIMADO EN WATTS Y LÚMENES DE POTENCIA LUMINOSA DE DIFERENTES LÁMPARAS PARA ALUMBRADO GENERAL

Valores en lúmenes (lm)

CONSUMO APROXIMADO EN WATTS (W) SEGÚN EL TIPO DE LÁMPARA

LEDs

Incandescentes

Halógenas

CFL y fluorescentes

50 / 80

1,3

10

– – –

– – –

110 / 220

3,5

15

10

5

250 / 440

5

25

20

7

550 / 650

9

40

35

9

650 / 800

11

60

50

11

800 / 1500

15

75

70

18

1600 / 1800

18

100

100

20

2500 / 2600

25

150

150

30

2600 / 2800

30

200

200

40

 

Tabla donde se relacionan diferentes valores en lúmenes (lm), comparándolos con el consumo en watts (W) aproximado que poseen diferentes tipos de lámparas que comparten esos mismos valores. Como se puede apreciar en la tabla, los LEDs son los que más eficiencia luminosa tienen al consumir menos watts que el resto de las lámparas.


 

 

 

 

Una lámpara LED emite más lúmenes de potencia luminosa a medida que su temperatura de color en grados kelvin (ºK) es más alta. A menos grados kelvin corresponde una “luz cálida”, mientras que a una temperatura mayor la luz que se obtiene es “fría, con más potencia luminosa en lúmenes.

Por otra parte, la diferencia en lúmenes que proporciona cada lámpara LED responde al grosor de la capa de fósforo que recubre el chip o diodo emisor de luz. Cuando la capa de fósforo es gruesa (de color amarillo ocre) la lámpara emite luz cálida, mientras que cuando la capa es más delgada (de color amarillo claro), emite entonces luz fría.

Esa capa de fósforo actúa como filtro y su función es convertir la luz azulada que normalmente emite el chip del LED en luz blanca, ya sea cálida o fría, lo cual depende del grosor de dicha capa. Cuando ésta es gruesa, la cantidad de fotones que pueden atravesarla es menor que cuando es más delgada.

Por tanto, un chip recubierto con una capa de fósforo delgada emitirá “luz fría” con mayor flujo luminoso en lúmenes que otro chip que emita “luz cálida” en el que la capa de fósforo es más gruesa. En el primer caso la capa más delgada ofrece menor resistencia al paso de los fotones que emite el chip, por lo que la potencia luminosa será más intensa, independientemente de que el consumo eléctrico en watt de ambas lámparas sea el mismo.

Por ejemplo, una lámpara LED de 3,5 watts (W) de alta potencia luminosa con una temperatura de color de 3000 ºK, proporciona una “luz cálida” (warm-light) de 170 lúmenes (lm) aproximadamente, mientras que otra similar, con los mismos watts de consumo eléctrico, pero de 6400 ºK, proporciona una “luz fría” (cool-light) de 270 lúmenes aproximadamente. Por tanto, la potencia luminosa de la lámpara diseñada para emitir luz fría ofrecerá una luz más intensa que la que diseñada para emitir luz cálida, aun teniendo ambas el mismo consumo eléctrico en watts.

Por supuesto, a medida que el consumo en watt de cada lámpara LED es mayor, la potencia luminosa en lúmenes que emite cada una en particular será más o menos intensa dependiendo si emite luz fría o cálida.

TABLA COMPARATIVA DE DIFERENTES CARACTERÍSTICAS ENTRE LÁMPARAS LEDs, CFLs, E INCANDESCENTES

CARACTERÍSTICAS

LEDs

CFLs

Incandescentes*

 Ciclos continuados de encendido/apagado

Indefinido

Acorta su vida útil

Indefinido

 Tiempo de demora para encender

Instantáneo

Algún retardo

Instantáneo

 Emisión de calor

Muy baja

Baja

Alta

 Consumo eléctrico

Bajo

Bajo

Alto

 Eficiencia

Alta

Alta

Baja

 Sensibilidad a la baja temperatura

Ninguna

Alta

Poca

 Sensibilidad a la humedad

Ninguna

Alguna

Poca

 Contenido de materiales tóxicos

Ninguno

Mercurio (Hg)

Ninguno

 Vida útil aproximada en horas de
funcionamiento

50 000

10 000

1 000

 Permite atenuación

Algunos modelos

Algunos modelos

Todas

 Precio

Alto

Medio

Bajo

 

*A partir del mes de agosto de 2012 se han dejado de producir, definitivamente, las lámparas incandescentes.

 

Antecedentes

 

Durante más de 120 años las lámparas incandescentes han iluminado nuestras vidas, sobre todo durante las noches, proporcionando luz artificial en calles, fábricas, comercios, hospitales, oficinas e infinidad de sitios más, incluyendo nuestros hogares.

Se puede afirmar que el invento de la lámpara incandescente de Edison en 1878 Contribuyó en gran medida al avance de la humanidad, pues a partir de entonces el hombre ha podido mejorar su calidad de vida al prescindir en buena medida de velas, lámparas de gas, o de aceite, para alumbrar las estancias y lugares públicos, tanto de día como de noche, sobre todo en ciudades, poblaciones y zonas agrícolas que cuentan con suministro de corriente eléctrica.

La torre Eiffel, al igual que otros muchos monumentos y edificios, en la. Actualidad se ilumina exteriormente por las noches empleando diodos LEDs.

 Lámpara incandescente Edison, en vías de extinción desde 2008. Está lámpara está siendo sustituida por otros tipos de menor. Consumo energético y más eficientes.

No obstante haber sido utilizada diariamente desde su invención hasta nuestros días, la lámpara incandescente ha resultado ser extremadamente ineficiente, pues sólo el 10% de la energía que consume se convierte en luz, mientras el 90% restante se pierde, liberándose al medio ambiente en forma de calor con muy poca o casi nula utilidad práctica. Como consecuencia, al consumir las lámparas incandescentes más energía de la necesaria para convertir la electricidad en luz, las centrales eléctricas tienen que quemar más carbón o petróleo para generar la corriente eléctrica necesaria con el fin de satisfacer la demanda de los consumidores, liberándose por ese concepto una gran cantidad de CO2 a la atmósfera, lo que incrementa aún más el calentamiento global.

En el año 1938 apareció en el mercado la lámpara fluorescente de. Tubo recto, que ofrece mejor iluminación comparada con las. Lámparas incandescentes tradicionales y con menor consumo. Energético.  En la foto se puede ver un tubo fluorescente recto de. 20 watt (W) de consumo (equivalente al flujo luminoso propio de. una lámpara incandescente de 100 watt). Los tubos. Rectos y redondos de luz fluorescente tienen aún hoy en día un amplio uso. En comercios y hogares en todo el mundo.

Sin embargo, el despilfarro energético de las lámparas incandescentes ha preocupado desde hace varios años a la comunidad científica internacional, la que se ha volcado en desarrollar otros tipos de lámparas más eficientes. Las primeras lámparas que

cumplieron y cumplen todavía con esa finalidad son las fluorescentes, desarrolladas en el año 1938 con un mayor rendimiento energético en comparación con las incandescentes. Las lámparas fluorescentes proporcionan, además, mayor iluminación con menos consumo energético y sin calentarse tanto como las incandescentes.

La lámpara halógena, desarrollada en la primera mitad de los años 50 del siglo pasado, se creó inicialmente para uso como luces de posición en los aviones de combate, pasando después al ámbito civil. Su principio de funcionamiento es similar al de las lámparas incandescentes, ya que emplean filamento, pero son mucho más eficientes desde el punto de vista de la iluminación que producen y del menor consumo energético.

La invención posterior de las lámparas halógenas en la primera mitad de los años 50 del siglo pasado ofreció también la posibilidad de obtener mayor iluminación con algo menos de consumo eléctrico que las incandescentes, pero calentándose tanto como éstas, al poseer también filamento para convertir la corriente eléctrica en luz. En los últimos años del siglo pasado se desarrolló también otro tipo de lámpara fluorescentes ahorradora de corriente eléctrica denominada CFL (Compact Fluorescent Lamp – Lámpara Fluorescente Compacta). Esta lámpara es de menor tamaño que las fluorescentes convencionales y se fabrican para proporcionar una variedad de tonalidades de luz similar a la que ofrecen tanto las lámparas incandescentes como las fluorescentes, con la ventaja que la variedad de casquillos y conectores disponibles facilitan que se puedan instalar en cualquier portalámparas para sustituir una incandescente.


Lámpara CFL con casquillo de rosca.  La variedad de lámparas disponibles. De este tipo y los diferentes casquillos y conectores con que se pueden. Encontrar en el mercado facilita que cualquier lámpara incandescente se. Pueda sustituir por una CFL sin necesidad de cambiar el portalámparas.

Tanto las lámparas fluorescente como las ahorradoras CFL, aunque consumen mucho menos energía eléctrica que las incandescentes, tienen el inconveniente de contener mercurio (Hg) en su interior, metal pesado peligroso y altamente contaminante si al romperse el cristal exterior que recubre estas lámparas en un descuido o accidente casual se libera ese elemento químico al medio ambiente.

Con respecto a las lámparas incandescentes, de acuerdo con la normativa de eficiencia energética aprobada en Bruselas en el año 2008, desde ese mismo momento quedó prohibido fabricar más lámparas de ese tipo en lo adelante en la Unión Europea, previéndose que lo que se ha dado por denominar “apagón incandescente” termine en el año 2016. Después de aprobada dicha normativa en 2010 se dejaron de comercializar lámparas de 100 watt de ese tipo y en 2011 de 60 watt. A partir de septiembre de 2012 habrán desaparecido finalmente del mercado para siempre las últimas existentes de 40 y 25 watt.