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LEDS una Tecnología Transformadora
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LEDS una Tecnología Transformadora

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  • 1. 8 Energía Ing. Alberto Tama Franco MAE, MGE, MBA Asesor de la Gerencia General de la Corporación Eléctrica del Ecuador LEDS: UNA TECNOLOGÍA TRANSFORMADORA Introducción En el 2006, la iluminación a nivel mundial representó el 19% de la ge- neración de electricidad y el 9% del consumo global de energía. El 6% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (GEI), atribuidos a la iluminación, es equivalente al 70% de las emisiones de los vehícu- los de pasajeros del mundo. El cam- bio a iluminación eficiente puede generar una significativa merma en estas cifras. La tecnología LED -Li- ght Emitting Diode- (Diodo Emisor de Luz) nos ofrece una oportunidad extraordinaria para lograr esto. Los recientes avances en dicha tecno- logía, conjuntamente con el rápido crecimiento del mercado LED; nos indican, sin lugar a dudas, que ahora es el momento de actuar. Esta nueva tecnología está revolu- cionando la eficiencia energética de la iluminación, pues es infinitamente escalable, extremadamente confiable y tienen una vida útil mucho más larga que casi todos los otros tipos de iluminación. Pero al igual que cual- quier nueva tecnología, se enfrenta a barreras para su adopción por parte de un mercado que no está familiari- zado con sus beneficios. En el presente artículo, se examina la forma cómo la adopción generaliza- da de la tecnología LED puede cam- biar nuestro mundo: 1) los benefi- cios técnicos y sociales que aportan a nuestros hogares, oficinas y calles de la ciudad; y 2) el potencial de redu- cir las emisiones globales de gases de efecto invernadero. De igual mane- ra, se analiza el estado de situación y el potencial de la aplicación del Con- trol Inteligente de la tecnología LED; así como se proporciona una orien- tación práctica para los responsables políticos y gestores de iluminación que quieran ampliar y financiar cam- bios o recambios a gran escala con la referida tecnología. Energía CRIEEL 30.indd 8 28/08/13 15:05
  • 2. 9 Energía ¿Qué es un LED y cómo trabaja? La luz es la parte visible del espectro de radiación electromagnética, que comprende longitudes de onda des- de 450 nanómetros (luz azul) a 674 nanómetros (luz roja). La radiación electromagnética, producto de la unión de un electrón y un positrón, cuando sus masas se transforman en energía, es denominada fotón; y es un pequeño paquete del espectro de radiación electromagnética que podemos ver como luz. El lumen es la unidad primaria de la medición de la luz que viaja a través de un espacio definido, tal como la percibe el ojo humano. En la lámpara incandescente, un me- tal tal como el tungsteno, formado en un alambre delgado, resiste elec- trones que fluyen a través de éste, causando así la fricción y el calor. La lámpara incandescente es esen- cialmente una fuente de calor, la luz no es más que un subproducto que representa sólo el 10% a 25% de la energía consumida, obteniendo en- tre 10-15 lúmenes por vatio. El fila- mento de esta lámpara es muy frágil, y su vida útil es de sólo 3,000 horas. Es sorprendente como una tecno- logía tan ineficiente, haya domina- do la iluminación durante un siglo. Entonces, la pregunta que surge es: ¿Cuál es su secreto?, la respuesta es sencilla, pues es de fácil fabricación y extremadamente barata. En la lámpara fluorescente, un gas sa- turado a baja presión es cargado por un arco de alto voltaje dentro de un tubo lineal, electrones excitados son absorbidos por el revestimiento de fósforo del tubo, ocasionado brillo o fluorescencia al recibir radiación ul- travioleta. Las lámparas fluorescen- tes dominan la iluminación comer- cial de hoy en día; y han logrado una alta eficiencia energética, con niveles de 80 a 100 lúmenes por vatio y vida útil de hasta 20,000 horas. Debido a su actual alta eficiencia, con toda se- guridad que será el último reducto de la tecnología convencional de ilu- minación que será reemplazado por la tecnología LED. Los diodos emisores de luz (LED, acrónimo en Inglés de Light Emit- ting Diode) producen luz que pro- viene del excedente de electrones que corre energéticamente hacia los ho- yos cuánticos a través de la frontera existente en una especie de sándwich de dos materiales semiconductores diferentes. Uno de esos materiales es un semiconductor N (negativo), generalmente Silicio, el cual tiene demasiados electrones producto de una impureza especial en su rejilla molecular. El otro material es un semiconductor P (positivo), el cual tiene pocos electrones producto de una impureza diferente, creando de esta manera “hoyos” en su rejilla molecular. CRIEEL 30.indd 9 28/08/13 15:05
  • 3. 10 Energía En la frontera de los dos materiales semiconductores, denominada junta o unión, los electrones libres, a un lado de la junta, son atraídos hacia los hoyos, al otro lado de la junta, tal como se aprecia en la figura. Cuan- do los electrones se acomodan en los hoyos o agujeros encontrados, reto- man su estado normal energético y liberan el exceso de energía en forma de fotones, dando como resultado el brillo o resplandor de dicho diodo. Esta energía liberada (y por ello la longitud de onda del fotón y el color de la luz emitida) puede ser variada. La promesa de los LEDS Debido a la forma como produce la luz, la tecnología LED ofrece impor- tantes beneficios con respecto a las tecnologías convencionales de ilu- minación, entre ellos: Potencial de alta eficiencia energé- tica.- Los LEDS, en teoría, tienen una excepcional elevada eficiencia energética. Hoy en día, la eficiencia de la tecnología LED está superando rápidamente a la de las tecnologías convencionales de iluminación, tal como aprecia en la siguiente figu- ra. Dispositivos LED con una efi- ciencia de 148 lúmenes por vatio se encuentran ahora disponibles en el comercio; y, los LEDS con eficiencia emisora de 254 lúmenes por vatio se encuentran en etapa de prueba en los laboratorios. Control de la intensidad de la luz.- Las tecnologías convencionales de iluminación, a través del tiempo, tienden a sufrir deterioro en la ca- lidad -conocido como deprecia- ción lumínica- y tienen vidas útiles más cortas cuando son sometidas a dimerización; en contraste con un producto LED, cuya vida útil se incrementa cuando se reduce la co- rriente media que fluye a través de él. Esto hace que la tecnología LED sea mejor para la adaptación a los controles inteligentes que cualquier tecnología de iluminación anterior, aumentando aún más el potencial de la eficiencia energética y hacien- do posible, obtener una intensidad lumínica más cercana y acorde a las necesidades. Selección infinita de color.- Me- diante la incorporación de impure- zas seleccionadas, el color puede ser controlado con precisión; gracias a esto, los LEDS de colores han traído nuevas posibilidades para la ilumina- ción arquitectónica, entretenimiento y otras aplicaciones estéticas. Actual- mente, los LEDS blancos vienen con el potencial para la iluminación de espacios públicos, residencias y ofi- cinas con una luz que imita a la luz del día. Direccionalidad.- Los LEDS pro- porcionan luz altamente direccional, lo que significa que puede direccio- nársela hacia los lugares donde sea necesaria (área-objetivo). Esto re- presenta una gran parte del potencial de ahorro energético de la precitada tecnología. Este beneficio, en el caso de la iluminación de las calles, puede sin lugar a dudas reducir la contami- nación y el desperdicio lumínico que se ocasiona al dirigir la luz hacia el cielo nocturno. Durabilidad.- Los LEDS son extre- madamente durables, resistentes a las vibraciones y otros tipos de estrés mecánicos. Esto los convierte en un complemento perfecto para aplica- ciones de iluminación de puentes y carreteras elevadas o para lugares donde el vandalismo es un verdade- ro problema. Larga vida útil.- Los materiales uti- CRIEEL 30.indd 10 28/08/13 15:05
  • 4. 11 Energía lizados en la fabricación de LEDS son inherentemente estables. Las pruebas de laboratorio y la expe- riencia obtenida con la estabilidad del carburo de silicio (denominado también Carborundo SiC), del cual se hacen muchos semiconducto- res, ha generado indicativos de que los LEDS pueden durar de 50,000 a 100,000 horas y más allá. Esto es de dos a cinco veces más que las más avanzadas lámparas fluorescentes. Colaterales.- La capacidad de poder controlar el color, la intensidad y la dirección de luz de los LEDS, per- mite la implementación de novedo- sos diseños de sistemas de ilumina- ción que pueden ofrecer una amplia gama de beneficios sociales. Así, en el alumbrado público, estudios de- muestran que la opinión pública pre- fiere la luz blanca suministrada por la tecnología LED a la luz convencio- nal proporcionada por luminarias de vapor de sodio, y que a esto se suman los beneficios colaterales como: 1) la mejora subjetiva de la visibilidad; y, 2) la seguridad pública, mismos que pueden ser el resultado de la com- binación de la tecnología LED con controles inteligentes. La tecnología LED, logra un ahorro energético esperado entre el 50% - 70%; y puede alcanzar hasta el 80% cuando se combina con controles in- teligentes. Impacto climático Dado que los LEDS de hoy, prome- ten un ahorro energético de alrede- dor de 50% a 70%; y, se espera que penetren casi todos los nichos de la iluminación, tanto en interiores como en exteriores, a largo plazo y conservadoramente, podemos espe- rar que el uso de la tecnología LED permita reducir la intensidad ener- gética mundial de la iluminación en un 40%. Adicionalmente y logran- do este 40% de ahorro energético en todas las aplicaciones, los LEDS podrían generar un ahorro de 670 millones de toneladas por año de emisiones de gases de efecto inver- Hoy en día, la eficiencia de la tecnología LED está superando rápidamente a la de las tecnologías convencionales de iluminación CRIEEL 30.indd 11 28/08/13 15:05
  • 5. 12 Energía nadero (siglas GGH en inglés y GEI en español), que representa alrededor de la mitad de las emisiones producto de generación de la electricidad y ca- lor en los Estados Unidos de América. Según el Departamento de Energía de los EE.UU., solo en el nicho de ilumi- nación de exteriores, los LED podrían prevenir la emisión de alrededor de 90 millones de toneladas métricas de CO2 dentro de los EE.UU. Pero más allá de estos ahorros, las aplicaciones de sistemas de iluminación para exte- riores tienen un importante papel que desempeñar pues son vistas como una amplia “puerta” para liberar el poten- cial de ahorro energético de los LEDS. Este nicho, obliga a proporcionar a las economías de escala que impulsen mejoras continuas en los precios de los LEDS y en la eficiencia energética. Conclusiones El mercado mundial de la iluminación se encuentra en medio de una gran agitación. El desarrollo y la comercia- lización de sistemas de iluminación con tecnología LED señalan una revo- lución comparable a la transición de gas a la iluminación eléctrica ocurrido a finales del Siglo 19 y principios del Siglo 20. Las compañías electrónicas, incluyendo a las pequeñas firmas em- prendedoras, están creando materia- les avanzados y sofisticados compo- nentes a través de una gran cadena de suministros LEDS que ofrece grandes oportunidades para el desarrollo eco- nómico y la creación de empleo. Los problemas de abastecimiento de energía y la preocupación por el me- dio ambiente generan una necesidad por el ahorro de energía y la reduc- ción de emisiones contaminantes. Sin embargo, poco se piensa en cómo ges- tionar correcta o adecuadamente esa energía, no solo para ahorrar en tér- minos de economía, sino también, en lo que ahora resulta tan importante, en la preservación de nuestro medio ambiente. Ante la disminución de los recursos naturales, el aumento de la pobla- ción, el deshielo de los cascos po- lares y el aumento de la temperatu- ra, tenemos que comprometernos y colaborar todos activamente en la protección del medio ambiente. Para desacelerar el cambio climático y para proteger el medio ambiente para futuras generaciones, la tarea más importante en este aspecto es la reducción de las emisiones del CO2. Es por eso que para asegurar una se- ria evaluación y la sostenibilidad de un proyecto de cambio o recambio (Retro Fit Kits) de tecnologías con- vencionales de iluminación a tec- nología LED, considerando inclusi- ve la implementación de controles inteligentes, la entidad de gobierno encargada de aquello, debe no solo considerar el retorno financiero de la inversión; sino también consi- derar responsablemente, el retorno social y el retorno medio ambiental; teniendo como premisa, que uno de los combustibles más importantes, de hoy y del futuro, es la “Eficiencia Energética”. CRIEEL 30.indd 12 28/08/13 15:05

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