Análisis de nuevas fuentes en iluminación
Autor: Quiroga Riaño, Mario Erwin
Asesor: Herrera León, Fernando Augusto (Thesis advisor)
Fecha: 2010
Programa: Bogotá - Medicina - Especialidad en Anestesiología y Reanimación
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: Este trabajo final de especialización nace en el marco del proyecto de investigación de “Vigilancia tecnológica y prospectiva de iluminación en el sector comercial y de alumbrado público”, se da relevancia a la investigación para encontrar nuevas fuentes de iluminación que se estén implementando hoy día en otros países desarrollados o que sean tecnologías nuevas o emergentes que tengan trascendencia sobre otras fuentes de iluminación convencionales (por ejemplo HID y hasta LED) tanto en sus parámetros eléctricos como lumínicos, abordando temas de eficacia lumínica, distribución de luz o contaminación del medio ambiente entre otros. Dado el interés por el proyecto de investigación y el uso eficiente de la energía eléctrica en Colombia, se ve la necesidad de ahondar en el tema de nuevas fuentes de iluminación, para determinar cuales son las nuevas fuentes de iluminación, sus características eléctricas y lumínicas, sus aplicaciones, su trascendencia, su etapa de innovación dentro del sector de la iluminación y lograr dejar una expectativa de que es lo más reciente en iluminación y cual es la tendencia tecnológica. / Abstract. This final document of specialization comes under the research project "Intelligent technology and forecasting technology lighting in the commercial sector and road lighting”, importance is given to research to find new sources of illumination are being implemented today in other developed countries or that are new or emerging technologies that have relevance for other conventional light sources (eg. LED and HID) in both electrical parameters such as lighting, addressing issues of luminous efficacy, light distribution and contamination of the environment among others. Given the interest in the research project and the efficient use of energy electrical in Colombia, is the need to delve into the issue of new light sources, to determine which new sources of lighting, electrical and lighting features, its applications, its importance, its stage of innovation in the lighting industry and achieve an expectation that leaving is the latest in lighting and what is the technological trend.

ANÁLISIS DE NUEVAS FUENTES EN ILUMINACIÓN
PRESENTADO POR:
ING. MARIO ERWIN QUIROGA RIAÑO
TRABAJO FINAL DE ESPECIALIZACIÓN PARA OPTAR AL TITULO DE ESPECIALISTA
EN ILUMINACIÓN PÚBLICA Y PRIVADA
DIRECTOR
ING. FERNANDO A. HERRERA L.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
BOGOTA DC.
2010
Correo: mequirogar@unal.edu.coANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Contenido
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................. 5
OBJETIVOS...................................................................................................................................... 6
RESUMEN ....................................................................................................................................... 7
ANÁLISIS DE NUEVAS FUENTES DE ILUMINACIÓN EN EL MUNDO ..................................................... 8
HISTORIA DE LAS FUENTES DE ILUMINACIÓN ................................................................................ 8
ALUMBRADO PÚBLICO ................................................................................................................. 11
CURVA MESÓPICA .................................................................................................................... 13
ILUMINACIÓN EXTERIOR .............................................................................................................. 14
ILUMINACIÓN DE OBJETOS ...................................................................................................... 14
ILUMINACIÓN INTERIOR .............................................................................................................. 15
NUEVAS FUENTES DE ILUMINACIÓN ............................................................................................ 16
PLASMA .................................................................................................................................... 16
HALÓGENURO METÁLICO MINIATURIZADO ............................................................................ 21
LED ........................................................................................................................................... 23
OLED ........................................................................................................................................ 26
ASPECTO MEDIOAMBIENTAL ....................................................................................................... 28
PLASMA .................................................................................................................................... 28
HALOGENURO METÁLICO MINIATURIZADO ............................................................................ 28
OTRAS FUENTES DE ILUMINACIÓN .......................................................................................... 29
ASPECTO ECONÓMICO ................................................................................................................. 31
CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 36
BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................... 37
2ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Índice de figuras
Figura 1. Trayectoria de las diferentes fuentes de iluminación con respecto a la tendencia de su
eficacia. .............................................................................................................................................. 9
Figura 2. Proyección de la eficacia de los LED a 2020. ..................................................................... 11
Figura 3. Curvas de sensibilidad del ojo a medida que se disminuyen los niveles de iluminación (el
efecto Purkinje)................................................................................................................................ 13
Figura 4. Estructura de la bombilla de plasma. ................................................................................ 18
Figura 5. Modelo de luminaria de plasma. ...................................................................................... 18
Figura 6. Comparación en tamaños de una bombilla de halogenuros metálicos (izquierda) ........... 19
y una de plasma (derecha). .............................................................................................................. 19
Figura 7. Comparación entre el espectro del sol y el espectro de la bombilla de plasma. ............... 19
Figura 8. Comparación entre los índices de reproducción de color de las diferentes fuentes de
iluminación. ..................................................................................................................................... 20
Figura 9. Curvas de mantenimiento de lumen de diferentes fuentes de iluminación. .................... 20
Figura 10. Estructura del tubo de fibra óptica de plasma. ............................................................... 21
Figura 11. Comparación de tamaños SON y Halogenuro miniaturizado (65% más pequeñas). ....... 22
Figura 12. Comparación de kit eléctricos SON y Halogenuro miniaturizado. ................................... 22
Figura 13. Luminaria de AP con bombilla de halogenuro metálico miniaturizado. .......................... 22
Figura 14. Formas posibles de combinar los colores para generar la luz blanca con los OLED ........ 27
Figura 15. Distintos prototipos para la iluminación OLED ................................................................ 27
Figura 16. Estado del arte de las diferentes tecnologías. ................................................................. 28
Figura 17. Figura de los indicadores de costo de las diferentes fuentes de iluminación en la curva
fotópica. ........................................................................................................................................... 34
Figura 18. Figura de los indicadores de costo de las diferentes fuentes de iluminación en la curva
mesópica. ......................................................................................................................................... 35
3ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Índice de tablas
Tabla 1. Tabla de convenciones fuentes de iluminación en función de su eficacia. .......................... 9
Tabla 2. Nuevas fuentes de iluminación. ......................................................................................... 16
Tabla 3. Características técnicas de las nuevas fuentes de iluminación .......................................... 16
Tabla 4. Porcentaje de luz visible, ultravioleta e infrarroja de diferentes fuentes de iluminación. . 17
Tabla 5. Algunos componentes utilizados para la construcción de LEDs ......................................... 24
Tabla 6. Resumen de las bombillas halógenas con los LEDs de alta potencia ................................. 25
Tabla 7. Tabla de convenciones del estado del arte de las diferentes tecnologías. ................... 28
Tabla 8. Comparativo de residuos de sodio y mercurio para el periodo 2008-2015........................ 30
Tabla 9. Contenido de sustancias contaminates de fuentes de iluminación.................................... 30
Tabla 10. Indicador de pesos por iluminación por tecnología. ........................................................ 32
Tabla 11. Indicador de pesos por iluminación por tecnología de acuerdo a la respuesta del ojo en la
curva mesópica. ............................................................................................................................... 33
4ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
INTRODUCCIÓN
Hoy en día las empresas dentro de sus políticas de mejoras, están desarrollando modelos para
encontrar nuevos mercados o mejora de sus productos o simplemente innovaciones, es ahí
donde la vigilancia tecnológica juega un papel importante. La vigilancia tecnológica consiste en
determinar a través de búsquedas científicas o evaluación técnica y documentada en un
mercado global, oportunidades de negocio que se estén dando en otros países o empresas bien
sean de alto nivel de reconocimiento, desarrollo o competencia. En el marco del proyecto de
investigación: “Vigilancia tecnológica y prospectiva en el sector de alumbrado público e
iluminación comercial” que esta desarrollando actualmente un grupo de investigación de la
Universidad Nacional dirigido por el profesor Omar Prias, del cual hago parte como vigía
tecnológico, se da relevancia en la investigación a encontrar nuevas fuentes de iluminación que
se estén implementando hoy día en otros países desarrollados o que sean tecnologías nuevas o
emergentes que tengan trascendencia sobre otras fuentes de iluminación convencionales (por
ejemplo HID y hasta LED) tanto en sus parámetros eléctricos como lumínicos, abordando
temas de eficacia lumínica, distribución de luz o contaminación del medio ambiente entre otros.
Dado el interés por el proyecto de investigación y el uso eficiente de la energía eléctrica en
Colombia, se ve la necesidad de ahondar en el tema de nuevas fuentes de iluminación y aportar
como especialista en iluminación e ingeniero electricista con mis conocimientos y experiencia
sobre el tema, para determinar cuales son las nuevas fuentes de iluminación, sus características
eléctricas y lumínicas, sus aplicaciones, su trascendencia, su etapa de innovación dentro del
sector de la iluminación y lograr dejar una expectativa de que es lo más reciente en iluminación
y cual es la tendencia tecnológica.
5ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
OBJETIVOS
Objetivo general:
Análisis de nuevas fuentes de iluminación encontradas en el proyecto de investigación
“Vigilancia tecnológica y prospectiva del sector de la iluminación comercial y alumbrado
público”.
Objetivos específicos:
Recolectar toda información pertinente respecto a fuentes de iluminación encontradas en el
proyecto de investigación.
Suministrar información detallada de las nuevas fuentes de iluminación y aplicaciones.
Evaluación de los aspectos técnicos, económicos, ambientales, tecnológicos y sociales de
las nuevas fuentes de iluminación.
Describir la trayectoria de eficiencia energética de las fuentes de iluminación.
Evaluación de indicadores energéticos.
6ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
RESUMEN
A partir de la búsqueda de información en las bases de datos de Science Direct, ISE WEB e
IEEE entre otras, aplicando la metodología de vigilancia tecnológica se establecieron criterios
de búsqueda de información que sirvió para encontrar lo más reciente, la trayectoria, tendencia
y lo pertinente referente al tema de nuevas fuentes de iluminación. Una vez filtrada y procesada
la información se recolectó todo artículo encontrado en las bases de datos. Mi objeto con este
trabajo final es analizar de manera objetiva los resultados encontrados en el proyecto de
investigación, dando énfasis a temas como eficacia lumínica, distribución de luz, eficiencia
energética, aplicación o contaminación del medio ambiente entre otros. Al finalizar se clasifica
la información por medio de una tabla o esquema que representa lo más significativo de las
nuevas fuentes de iluminación encontradas.
7ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
ANÁLISIS DE NUEVAS FUENTES DE ILUMINACIÓN EN EL MUNDO
El proyecto de I+D+I liderado por la Universidad Nacional de Colombia - UN, Colciencias y
CODENSA, que se titula “Vigilancia tecnológica y prospectiva de nuevas tecnologías
eficientes en Iluminación para el sector de alumbrado público e iluminación comercial” aún en
desarrollo, dejo expuestas algunas conclusiones que en este artículo se analizarán entorno al
tema de nuevas fuentes de iluminación y su impacto.
Este trabajo final toma como base los resultados del estudio de vigilancia tecnológica del
proyecto de investigación, para dar a conocer cuáles son las nuevas tecnologías en
iluminación y sus principales características, además muestra como ha sido la trayectoria de
eficacia de las diferentes fuentes de iluminación existentes y el efecto que han tenido desde
su aparición.
HISTORIA DE LAS FUENTES DE ILUMINACIÓN
La historia de las fuentes de iluminación data de miles de años atrás, en donde herramientas
primitivas como la llama prendida en una antorcha, hacían de esta una herramienta útil para
espantar los animales nocturnos o emprender caminos de conquista hacia nuevas
civilizaciones. Sin olvidar las fuentes de luz provistas por aceite o gasolina, que fueron la base
de grandes revoluciones, una de las mejores invenciones después de haberse creado la
energía eléctrica fue la bombilla incandescente, creada por Thomas Alva Edison que después
de mil intentos realizó el primer prototipo de bombilla con una duración de 48 horas. Desde
ese entonces pasar de bombillas que funcionaban con aceite o gasolina a bombillas que
funcionaban con electricidad, enmarco el gran comienzo hacia tecnologías o fuentes de
iluminación más eficientes.
Para ver un panorama de cómo ha sido el comportamiento de las diferentes fuentes de
iluminación en el tiempo, se ha destacado como parámetro principal la eficacia lumínica. En la
siguiente gráfica encontrada a partir de investigaciones en artículos y patentes, se ilustra la
trayectoria de las diferentes fuentes de iluminación existentes:
8ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Figura 1. Trayectoria de las diferentes fuentes de iluminación con respecto a la tendencia de su eficacia.
La siguiente tabla define las convenciones consignadas en la gráfica anterior:
LPS Sodio baja presión VM Vapor de mercurio
HPS Sodio alta presión LPI Inducción
PL Plasma OLED LED a base de materia orgánica
MH Halogenuro metálico LED Diodo emisor de luz.
FT Fluorescente tubular HINC Incandescente halógena
BFC Fluorescente compacta INC Incandescente convencional
CP Halogenuro miniaturizado
Tabla 1. Tabla de convenciones fuentes de iluminación en función de su eficacia.
La anterior gráfica fue realizada a partir de la información encontrada en las diferentes
patentes, artículos e investigaciones durante el proyecto de investigación de vigilancia
tecnológica.
Se observa en la gráfica que la tecnología que demuestra mayor eficacia es la bombilla LPS,
sin embargo parece detenerse y permanecer en la punta, como la demuestra la tendencia.
Resulta ser muy eficiente esta tecnología, pero si vemos otras características de esta fuente,
podría llegar a ser menos eficiente para AP e iluminación comercial, por ejemplo su gran
tamaño (> 30 cm) y muy baja reproducción de color (<20%).
Otra tecnología importante en alumbrado público que demuestra ser eficiente es la bombilla
HPS, la tendencia muestra que desde sus inicios ha venido logrando mejoras en su eficacia,
9ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
demostrando que es una tecnología dura. Además se ha evidenciado en estudios que han
incrementado su reproducción de color, llegando a ser del orden de 65%.
La bombilla de plasma (PL), según la grafica es una tecnología que aun está en etapa de
crecimiento y no se podría evaluar en su totalidad, sin embargo su eficacia muestra una
tendencia de aumento y podría llegar a ser una tecnología muy eficiente en el tiempo. Como
se ha visto en este informe, es una tecnología que además de tener una buena reproducción
de color (>79%), tiene una vida útil de 30000 horas comparable con la tecnología de sodio.
Pero los accesorios eléctricos necesarios para operarla la hacen menos eficiente junto con su
parte óptica y el costo inicial, como se explica en detalle en este informe.
La bombilla de inducción por su parte muestra una tendencia a la mejora de su eficacia en
poco tiempo comparada con las de alta eficacia, sin embargo si se evalúa con la curva
mesotópica demostraría ser la más eficiente, según los estudios realizados contemplados en
este informe, pues su eficacia aumentaría casi el doble, mientras que las de alta eficacia
disminuirían en aproximadamente un 40 %, por el SPR.
Tecnologías como incandescente (INC), incandescente halógena (HINC) y vapor de mercurio
(VM) baja presión no muestran grandes cambios con respecto a su eficacia en el tiempo, pero
hoy en día se siguen utilizando. Por supuesto con menor uso están las fuentes
incandescentes por decretos y resoluciones que prohíben el uso de fuentes con eficacias de
este orden en muchos países. Sin embargo las incandescentes halógenas recientemente aun
aumentado su eficacia llegando a 35 lm/W y posicionándose todavía en el mercado de la
iluminación. Por su parte las bombillas de mercurio baja presión, siendo menos eficiente que
otras tecnologías, su uso se ha venido restringiendo en los últimos años en aplicaciones como
alumbrado público, pero aun se sigue utilizando en fábricas o industrias que no necesitan
buena reproducción de color.
Halogenuro miniaturizado siendo una bombilla de halogenuro metálico miniaturizada se
posiciona en una escala muy alta por su eficacia equiparable al sodio y aunque es reciente
puede romper el esquema tradicional en alumbrado público, considerando su reproducción de
color del orden del 70% y su tamaño que hace del sistema óptico uno con mayor eficiencia.
En esta gráfica se puede observar como la tecnología LED demuestra una mayor pendiente
de mejora en la eficacia en los últimos tiempos, es una tendencia enmarcada que llevando
poco tiempo ha demostrado ser una fuente de iluminación en crecimiento rápido y continuo.
En la figura 2 se puede observar una proyección de esta tecnología en los próximos 10 años.
En la figura 2 cabe la pena resaltar que la tecnología que da lugar a la máxima eficacia en el
2020 es la de temperatura de color blanco frío, se tendría que evaluar para ese entonces que
aplicación tendría, sin embargo se evidencia que otras tecnologías de led con diferentes
temperaturas de color llegan a posicionarse en eficacias del orden de 160-180 lm/W, que
podrían dar cabida a muchas otras aplicaciones. Todo esto considerando la temperatura de
color semejante o con cierta tendencia a reproducir los colores en ese mismo orden.
10ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Suponiendo que tienen buena reproducción de color podrían llegar a ser una fuente de
iluminación eficiente.
1
Figura 2. Proyección de la eficacia de los LED a 2020.
ALUMBRADO PÚBLICO
Antes de definir cuáles son las fuentes de iluminación para la aplicación Alumbrado Público
(AP) se debe definir este sector de la iluminación.
Los tres objetivos principales del AP son:
- Permitir a los conductores de cualquier tipo de vehículo motorizado incluyendo
bicicletas actuar con seguridad, evitando cualquier accidente en calles y vías.
- Permitir que los peatones vean los peligros, puedan orientarse, reconozcan otros
peatones y tengan una sensación de seguridad en calles y vías.
- Mejorar la apariencia nocturna del espacio urbano.
1 Inés Lima Azevedo, M. Granger Morgan, and Fritz Morgan. “The transition to Solid-State lighting”. IEE. Vol. 97 No. 3, March
2009. (pág. 492)
11ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Este último objetivo, el hecho de destacar puntos importantes de la ciudad es útil tanto como
para el confort visual y como referencia para la orientación.
Se evidencia un interés por la forma que tratamos el entorno urbano para mantener la
actividad pública en las áreas públicas (senderos peatonales, calles y vías) en las primeras
horas de la noche con la misma intensidad que se desarrollan en el día y particularmente la
necesidad de realizar las actividades propias de la vida social y comunitaria. Para muchas
personas existe un confort visual en el entorno según el tipo de iluminación que se tenga y
esto gracias a las fuentes de iluminación. Los aspectos a considerar para obtener este logro
por lo tanto son la luz artificial y el cómo se use.
La iluminación de AP reúne requisitos tales como calidad, estética, criterios de seguridad,
funcionalidad, vida útil y eficiencia. Los aspectos relevantes en AP son:
- Constituir un elemento integrado de paisaje urbano.
- Permitir el reconocimiento de personas y obstáculos.
- Confort visual y calidad estética.
- Facilitar la orientación.
- Evitar al máximo actos de criminalidad y vandalismo.
Viendo la necesidad del alumbrado público se podría decir que entre los principales
componentes el más esencial, es el tipo de bombilla. La bombilla para este tipo de aplicación
a tenido notables cambios y es debido a su eficacia, porque por ejemplo antes la utilización
masiva era para el caso de las bombillas de vapor de mercurio de baja presión, que fueron
reemplazadas luego por bombillas de sodio alta presión. Sin embargo hoy en día vemos la
aplicación del leds, bombillas de inducción y de halogenuros metálicos.
En AP se destacan las fuentes de iluminación con altas eficacias como el sodio baja presión,
sin embrago se observó que para muchas personas este tipo de iluminación no era de vital
confort por su apariencia de color. Esto debido a que son fuentes de iluminación
monocromática por tanto el uso intensivo decayó y adicionalmente el tamaño de estas hacia
de la luminaria un costo adicional, porque era necesario hacer luminarias solamente para este
tipo de aplicación. Aunque la apariencia de luz que daba al entorno daba la sensación de
seguridad y la eficacia de esta misma es muy alta (180 lm/W) en comparación a otras fuentes
de iluminación como el sodio alta presión (120 lm/W), ya no había necesidad de utilizarlas y
se decidió cambiar por la bombilla de sodio alta presión que aparte de dar una mejor
apariencia de luz, dando una tonalidad entre amarillo y naranja entregaba una sensación de
seguridad y a la vez mejor confort visual. Esta fuente de iluminación se sigue considerando
hoy en día la mejor fuente de iluminación en la aplicación de AP y la de mayor eficacia
respecto a otras fuentes de iluminación a excepción de la bombilla de sodio baja presión.
Estudios realizados en el proyecto de investigación han demostrado que en AP podría llegar a
cambiar el aspecto de la iluminación, porque antes se consideraba la curva de sensibilidad del
ojo fotópica “photopic”, pero los estudios demuestran que a bajos niveles de iluminación
12ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
podría considerarse otro tipo de respuesta del ojo, llegándose a otra curva llamada la curva
mesópica ”mesopic”.
CURVA MESÓPICA
Los entes normativos internacionales como la CIE (Comisión Internacional de Iluminación) y la IES
(Sociedad de Ingenieros de Iluminación) ya realizan estudios que sustentan la adopción de la Curva
Mesópica2 como parámetro de evaluación para las fuentes luminosas a utilizar en el alumbrado público
dada la pertinencia que ha demostrado tener esta curva en las condiciones de iluminación para la
noche, la relación Contorno-Color y el estado del ánimo de las personas.
La siguiente figura ilustra las diferencias entre los tres tipos de curvas que sensibilizan el ojo humano.
Purkinje).3
Figura 3. Curvas de sensibilidad del ojo a medida que se disminuyen los niveles de iluminación (el efecto
En la Figura 3 se puede observar como al variar los niveles de iluminación se resaltan tres curvas
típicas de la sensibilidad del ojo. Este es el llamado efecto Purkinje4 que ha sido ampliamente discutido
en la comunidad de iluminación, aceptando la existencia de la curva mesópica (Mesopic) como la
2 Curva característica de la respuesta del ojo humano ante niveles de luminancia en un rango entre 0,01 y 3 cd/m2.
3 Yandan Lin, Wencheng Chen, Dahua Chen and Hong Shao. The effect of spectrum on visual field in road lighting.
Building and Environment 39 (2004) 433-439.
4 En el crepúsculo y la noche, se produce el denominado Efecto Purkinje, que consiste en el desplazamiento de la
curva de sensibilidad hacia las longitudes de onda más bajas, quedando sensibilidad máxima en la longitud de
onda de 507 nm. Esto significa que, aunque no hay visión de color, (no trabajan los conos) el ojo se hace
relativamente muy sensible a la energía en el extremo azul espectro y casi ciego al rojo; es decir que, durante el
Efecto Purkinje, de dos haces de luz de igual intensidad, uno azul y otro rojo, el azul se verá mucho más brillante
que el rojo.
13ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
región situada en el espectro visible entre la Curva Fotópica (Photopic) y la Curva Escotópica
(Scotopic).
La esencia esta en concebir en ciertos niveles de iluminación un nuevo tipo de percepción del ojo
humano, como la respuesta en rangos de luminancia del orden de 0.01 cd/m2 y 3 cd/m2, justo los
niveles necesarios que se necesitan para iluminación de alumbrado público. Es muy cierto, que la
adopción de esta curva podría cambiar todo el sistema de iluminación de alumbrado público, lo que
haría obsoletas de fuentes de iluminación convencionales como el sodio y fuentes de iluminación como
los halogenuros metálicos, inducción, plasma e incluso los LEDs una nueva alternativa por su
respuesta en el espectro visible. Además de impulsar la utilización de nuevas fuentes de iluminación
en AP, el uso de de estas fuentes de iluminación permite el ahorro de energía eléctrica.
ILUMINACIÓN EXTERIOR
Se entiende por todas aquellas que son utilizadas para diferentes tipos de aplicaciones como
estacionamientos de vehículos, depósitos, circulaciones, áreas portuarias y aeroportuarias,
construcciones civiles, fachadas, parques, etc.
La iluminación de estas áreas tiene por objeto permitir la realización eficiente y segura de las
tareas para las que el área está destinada.
Normalmente estas áreas son iluminadas desde columnas de cierta altura, utilizando
proyectores o luminarias de alumbrado público.
En la mayoría de los casos las bombillas más utilizadas son las de sodio alta presión, sin
embargo hay algunas excepciones donde se puedan requerir bombillas con mejor
reproducción de color, como las bombillas de halogenuros metálicos. Un ejemplo de este caso
son los estacionamientos de supermercados e hipermercados, donde las ventajas
comerciales prevalecen por la mejor visión de los colores de los objetos, las personas y los
automóviles.
ILUMINACIÓN DE OBJETOS
La iluminación de fachadas de edificios puede tener varios motivos. En el caso de una
empresa privada, por ejemplo, la iluminación de la fachada de su edificio suele ser una forma
de publicidad. En el caso de edificios públicos y lugares históricos, en cambio, la iluminación
suele ser motivada por el orgullo ciudadano. Iluminar lugares como éstos suele motivar la
gente del lugar y a los visitantes a recorrer el lugar durante la noche. La iluminación en si y la
presencia de gente en el lugar, a su vez, sirve para aumentar la seguridad pública.
Los tipos de bombilla a utilizar en iluminación exterior dependerán de las características de la
superficie, del entorno y de la intensidad de utilización que se espera dar a la instalación. Si se
trata de instalaciones que se prenden momentáneamente o esporádicamente, por ejemplo,
unas pocas horas durante los días de fiesta, la elección de bombillas incandescentes
halógenas puede ser una opción. Dentro de ellas se pueden utilizar las tubulares en
proyectores para aprovechar los ángulos de incidencia, como también las bombillas tipo PAR,
normales o halógenas, para iluminación de detalles o para efectos de luz concentrada. Las
bombillas incandescentes en general tienen una vida útil más corta en comparación con las
14ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
bombillas de alta intensidad de descarga y se requieren mayores potencias para iluminar
debido a su baja eficacia, sin embargo cuando su tiempo de funcionamiento no es prolongado
esas cualidades carecen de importancia. En cambio el reducido tamaño resalta sus virtudes
porque permite utilizar luminarias pequeñas que no afectan la visión sobre todo diurna de la
fachada. Además el echo de no incluir equipo auxiliar resalta entre otras su ventaja.
Cuando se trata de instalaciones que van a durar más tiempo, por ejemplo, instalaciones que
se enciendan varias horas durante la noche, es preferible usar bombillas de alta intensidad de
descarga por su larga vida útil entre otras ventajas.
ILUMINACIÓN INTERIOR
Se entiende por todas aquella iluminación utilizada en aplicaciones como espacios interiores
en industrias, comercio, a nivel residencial, áreas deportivas cubiertas y en general todo lo
relacionado.
Para iluminación de espacios comerciales por ejemplo es indispensable tener en cuenta el
buen empleo de sistemas lumínicos que se instalen en estos. La selección de la luminaria por
ejemplo permite modificar visualmente las formas, realzar productos, acentuar y definir
colores, tamaños y texturas. Además se debe conseguir, destacar los productos en su
exhibición, para potenciar su valorización y que esta incida favorablemente para su posterior
compra. Otro parámetro importante es el deslumbramiento factor que hoy en día se contempla
en el RETILAP “Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público”.
Los factores fundamentales que se deben tener en cuenta al realizar el diseño de una
instalación son los siguientes:
Iluminancias requeridas (niveles de iluminación (lux) que inciden en una superficie)
Uniformidad.
Limitación de deslumbramiento
Limitación del contraste de luminancias.
Color de la luz y la reproducción cromática
Selección del tipo de iluminación, de las fuentes de luz y de las luminarias.
Por lo tanto es importante tener en cuenta la cantidad y calidad de luz necesaria, siempre en
función de la dependencia que se va a iluminar y de la actividad que en ella se realizará.
15ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
NUEVAS FUENTES DE ILUMINACIÓN
La siguiente tabla ilustra las diferentes fuentes de iluminación encontradas a partir de la
vigilancia tecnológica realizada dentro del proyecto de investigación de la UN y son fuente de
estudio en este documento.
Iluminación interior Alumbrado público
Plasma Plasma
LED LED
OLED Fluorescente de inducción
Incandescente halógena mejorada Halogenuro metálico miniaturizado
Halogenuro metálico miniaturizado ------
Tabla 2. Nuevas fuentes de iluminación.
Estas nuevas fuentes de iluminación son de notable interés porque llegan a determinar
cambios sustanciales en diferentes tipos de aplicaciones y prometen ser una tecnología de
punta por las grandes ventajas que se presentarán en este documento.
En resumen la siguiente tabla muestra algunas de las características técnicas que resaltan
este tipo de tecnologías.
Halogenuro
Sodio
Parámetros Plasma LED OLED Inducción miniaturiza Halógena
Mejorado
do
Eficacia sistema
98 40 15 70 100 90 35
(lm/W)
Flujo luminoso (lm) < 98000 <16000 <1000 <40000 <16500 <120000 <3500
Reproducción de
90 20-80 90 70 70 40-60 90
color (%)
40-70-80- 50-70-100
Potencia sistema 60–90-
> 1000 <300 > 10 100-150- 150-250-400- Variado
(W) 140
200-400 600-1000
Vida útil (h) 60000 50000 10000 60000 30000 30000 4000
Temperatura de 4300 - 2700-
>4000 >4000 2800 3000 3000
color (K) 7000 7000
Frecuencia de
2450M DC DC 2M 400 60 - 120 60
operación (Hz)
Necesita Kit
Si Si Si Si Si Si No
eléctrico
Aplicación (Int. o + Int. + Int. + Int. Int. Int.
Int. Interior
Ext.) Ext. Ext. Ext. + Ext. + Ext.
Tamaño (cm) 2 <1 >1 > 15 6-11 >15 >3
Tabla 3. Características técnicas de las nuevas fuentes de iluminación
PLASMA
La bombilla de plasma es una especie nueva de fuente de luz que fue inventada a finales del siglo 20 en
China. Una Universidad fue pionera y su desarrollo se estableció en el “Instituto de investigación de la
16ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Universidad Fudan”. Este instituto comenzó su investigación de bombilla de plasma en 1992 y obtuvo
grandes logros en el diseño y fabricación de esta bombilla de azufre. En principio esta tecnología
demostraba problemas debido a las condiciones ambientales y a la red (a veces la onda pueden ser de
25%), y sobre todo que no había alta estabilidad por el inversor de eficiencia para la bombilla, por lo
que la estabilidad de la bombilla de plasma se había convertido en la mayor dificultad para su
aplicación. Por ello, algunas empresas abandonaron el mercado de la bombilla de plasma y las ventas
fueron paradas.
La tecnología de múltiples resonancias se aplicó en la bombilla de plasma por una “fuente de
magnetrones”, y hasta el año 2007 esta tecnología ya habría madurado. Ahora la bombilla se produce
no masivamente pero ya se ven grandes lotes de producción como lo demuestra la compañía LUMI.
El espectro electromagnético de la bombilla de plasma es muy similar al sol, por consecuente es una
fuente de alta eficiencia y alta eficacia. Éstos son algunos de los indicadores técnicos de la bombilla de
plasma: vida útil > 60000Hrs, eficacia luminosa η> 122Lm / W, temperatura de color Tc = 4000-7000K,
índice de reproducción cromática Ra> 75, no contiene mercurio y la depreciación de flujo luminoso es
baja (<2%, después de 10.000 horas) .
El nivel de potencia de este tipo de bombilla es mayor a 1 kW. Este tipo de bombilla puede ser
utilizado en áreas de iluminación tales como: Teatros, gimnasio, fábricas integradas, aeropuertos,
estación del tren, aeródromos, carreteras, estadios de futbol que necesiten transmisión de TV, etc.
Haciendo referencia al espectro es importante tener en cuenta que la parte de luz ultravioleta e
infrarroja es despreciable. La siguiente tabla muestra los porcentajes de luz ultravioleta e infrarroja de
algunas bombillas.
Porcentaje de Porcentaje de radiación
Fuentes de iluminación
luz visible (%) ultravioleta e infrarroja (%)
Plasma 73 27
Halogenuro metálico 50 50
Fluorescente lineal 38 62
Incandescente 12 88
Tabla 4. Porcentaje de luz visible, ultravioleta e infrarroja de diferentes fuentes de iluminación.
El principio de funcionamiento de la bombilla de plasma es una combinación de la técnica de
microondas y la técnica de iluminación electrónica.
El principio de funcionamiento:
La bombilla de plasma fue reportado como una nueva tecnología de iluminación en el año de 1992.
Demuestra que una burbuja de cuarzo relleno de argón a presión y azufre podría emitir luz visible con
un espectro continuo provisto por una fuente de microondas (2450MHz) y la liberación de energía a
partir de la transición entre la vibración y rotación de las moléculas de azufre.
17ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Una bombilla de plasma con sistema de iluminación de 3400W fue desarrollado por la Universidad de
FUDAN en China en el año de 1996. La bombilla tiene una burbuja de cuarzo de 28 mm de diámetro, y
podría emitir luz blanca muy potente por la radiación molecular de azufre. Éstos son algunos de los
datos técnicos que reportan algunos fabricantes:
Eficacia luminosa: 120 lm/W.
Temperatura de color: 6500 K
El índice de rendimiento cromático: 86%.
En 1995 dos tipos de bombillas de plasma con nombre “Solar Energy” comenzaron a ser vendidos en
Norte América. El espectro visible es similar al del sol, y la bombilla se puede ajustar para obtener los
cambios de luz en una gran escala. La vida útil de la bombilla de plasma podría ser de hasta 60000
horas, y la bombilla puede ser colocada en cualquier ángulo.
La estructura de la bombilla de plasma se presentan en la Figura 4 y 5.
Figura 4. Estructura de la bombilla de plasma. Figura 5. Modelo de luminaria de plasma.
La cubierta de cuarzo está llena de gas de azufre y argón, y tiene un mango largo que se puede utilizar
para ajustar y garantizar la energía de microondas y para ser incluido en la carcasa de la luminaria y
garantizar una buena refrigeración del depósito. El contraste entre una bombilla de halogenuro
metálico y una de plasma se presenta en la siguiente figura.
18ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Figura 6. Comparación en tamaños de una bombilla de halogenuros metálicos (izquierda)
y una de plasma (derecha).
Se puede apreciar claramente en la anterior figura que el volumen de depósito de lámpara de plasma
es muy pequeño. Al principio la energía de las microondas energizan el argón que se ioniza y este calor
generado volatiliza el sulfuro de azufre. La transición molecular tendrá lugar bajo la energización del
microondas y la luz visible se emite cuando hay el cambio de estado del azufre a un nivel bajo de
energía. El espectro de la bombilla de plasma es casi centrado en la luz visible. La figura 7 muestra la
relación de espectro.
Figura 7. Comparación entre el espectro del sol y el espectro de la bombilla de plasma.
En principio las temperaturas que alcanzaba el depósito de azufre (burbuja) de la bombilla de plasma
llegaban a ser del orden de 850 °C, con el pasar de los tiempos se ha mejorado y hoy en día se tienen
temperaturas del orden de 450 °C. Igualmente ha habido desarrollos en la fuente de poder, haciendo
19ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
el uso integral de transmisión de luz de alta cavidad resonante y también garantizando la alta eficiencia
de iluminación.
Respecto al índice de rendimiento de color, la bombilla de plasma presenta mejoras, pudiendo
alcanzar un IRC de hasta el 70 %. La siguiente figura ilustra los diferentes índices de rendimiento de
color de algunas fuentes de iluminación.
Figura 8. Comparación entre los índices de reproducción de color de las diferentes fuentes de iluminación.
En toda su vida útil, la bombilla de plasma puede mantener un flujo luminoso casi estable, así que hay
un mayor índice de flujo luminoso de mantenimiento de lumen. La siguiente figura presenta las
diferentes curvas de mantenimiento de lumen de algunas de las bombillas.
Figura 9. Curvas de mantenimiento de lumen de diferentes fuentes de iluminación.
El flujo de luz de alta potencia que da el azufre es muy alto. La técnica de la luz entubada fue inventada
por la empresa AL Whitehead de Canadá, la Figura 10 muestra la estructura de la fibra óptica. El tubo
de luz está hecho de material acrílico y resina de ácido, tiene un diámetro de 10 pulgadas. Tiene
alrededor de 30 libras de peso por pie. La parte superior de la tubería es poco menos que opaca y al
interior de la misma se ha fijado una película prismática hecha por la compañía 3M (América). En el
extremo de la tubería hay espejos y en el fondo de la tubería de extracción esta la luz de la superficie.
20ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
El rayo de la lámpara de plasma atravesará en el tubo de luz con un ángulo incidente pequeño después
de la reflexión por el reflector, y luego la reflexión total del rayo se producirá entre las películas que
reflejan los prismas. La iluminación de los EE.UU. y el museo AVEGACIÓN de vuelo espacial han
adoptado la bombilla de plasma y el tubo de luz, en esta compañía se han adaptado estas luminarias
de plasma en lugar de las inherentes 240 lámparas de halogenuros metálicos (HID), y se ha logrado un
buen efecto de ahorro de energía de hasta del 65%.
Figura 10. Estructura del tubo de fibra óptica de plasma.
Análisis de beneficios de la bombilla de plasma
1) Vida útil.
La duración nominal de las bombillas de halogenuros metálicos de 9.000 Horas (con la condición de ±
5% de ondulación red de tensión), y la vida útil real de aplicación técnica es 4.000-6.000 Horas
(Envejecimiento rápido causado por la variación de la red). La duración nominal de la bombilla de
plasma es de 40.000 horas. Si la bombilla funcionara 10 horas al día, la vida útil de la bombilla de
halogenuros metálicos es 1-1.5 años, pero la vida útil de la bombilla de plasma es de 4 años.
2) Se obtienen beneficios económicos.
En las mismas condiciones de iluminación y el mismo índice de color (sin considerar la disminución de
la luz en la cerámica de la bombilla de halogenuros metálicos), el consumo de energía eléctrica de la
bombilla de halogenuros metálicos es 2 veces la bombilla de plasma.
El precio de la luminaria de plasma es de 1500 USD de 1000W.
HALÓGENURO METÁLICO MINIATURIZADO
HALOGENURO MINIATURIZADO
Una bombilla de este tipo que ha causado una revolución en Europa para nuevos diseños de
iluminación es la bombilla Halogenuro miniaturizado.
Este invento fue desarrollado por Philips, el resultado ha sido satisfactorio y se muestra a continuación:
• El aspecto del área iluminada mejora de forma significativa.
• El costo total de la instalación se reduce al consumir menos energía,
21ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
• La reducción en el consumo de energía se traduce también en una reducción de las emisiones de
CO2 que causan las centrales eléctricas, y por tanto disminuye el carbono que origina la Instalación.
Lógicamente es una bombilla que requiere una nueva luminaria (ver figura 13), por lo que es la
solución más económica para instalaciones nuevas, o para aquellas instalaciones en las que las
luminarias existentes tengan más de veinte años y haya que reemplazarlas de todas formas. Como
alternativa se ofrecen soluciones BeneKit, que ha sido diseñada para actualizar los varios miles de
luminarias cerradas de vapor de mercurio que están en uso en Europa y que son demasiado nuevas
(normalmente tienen entre 10 y 20 años) como para que reemplazarlas resulte económico, también es
la solución perfecta para aquellas luminarias que tengan un valor histórico, o para las que incorporen
un diseño especial. Si todas estas luminarias se actualizasen mediante la solución Benekit, el consumo
de energía y las emisiones de carbono se pueden reducir en un 40%, y en un 70% los peligrosos
productos de desecho procedentes del mercurio. La ciudad de Trets, en la región francesa de La
Provenza ha utilizado BeneKits para convertir sus luminarias 100 HPL-N de 125W en lámparas MASTER
CityWhite CDO de 70W, con lo que ha logrado reducir los costos sin necesidad de rediseñar las
luminarias.
Las siguientes figuras presentas las diferencias en tamaños y kit eléctricos entre las bombillas de sodio
alta presión (SON) y halogenuro metálico miniaturizado (Halogenuro miniaturizado).
Figura 11. Comparación de tamaños SON y Halogenuro Figura 12. Comparación de kit eléctricos SON y
miniaturizado (65% más pequeñas). Halogenuro miniaturizado.
Figura 13. Luminaria de AP con bombilla de halogenuro metálico miniaturizado.
22ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
El principio de funcionamiento:
Como otras bombillas de descarga de gas eléctrica, por ejemplo las bombillas de vapor de mercurio
(muy similares a la de halogenuro metálico), la luz se genera a partir de una descarga eléctrica a través
de una mezcla de gases. En una bombilla de halogenuro metálico, el tubo compacto donde se forma el
arco contiene una mezcla de argón, mercurio y una variedad de haluros metálicos. Las mezclas de
haluros metálicos afecta la naturaleza de la luz producida, variando la temperatura de color y la
reproducción de color. El gas de argón se ioniza, facilitando el paso del arco a través de dos electrodos,
cuando se le aplica una cierta tensión a la bombilla. El calor generado por el arco eléctrico vaporiza el
mercurio y los haluros metálicos, produciendo luz a medida que la temperatura y la presión aumentan.
Como las otras bombillas de descarga eléctrica, las bombillas de halogenuro metálico requieren un
equipo auxiliar para proporcionar la tensión necesaria para comenzar el encendido y regular el flujo de
electricidad para mantener la bombilla encendida. Funciona con un balasto electrónico a una
frecuencia de 400 hz.
LED
El primer LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric
Nick Holonyak en 1962.
Un LED (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-
monocromática, es decir, con un espectro muy angosto, cuando se polariza en directa y es atravesado
por una corriente eléctrica. El color, (longitud de onda), depende del material semiconductor
empleado en la construcción del diodo, variando desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz
visible, hasta el infrarrojo.
Funciona de manera en que, un electrón pasa de la banda de conducción a la de valencia, perdiendo
energía. Esta energía se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección
y una fase aleatoria.
El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico. Algunas veces
este plástico puede estar coloreado, lo cual no significa que influya en gran medida en el color de la luz
emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes.
La eficiencia de radiación luminosa depende fundamentalmente de la corriente que atraviesa el LED,
del área, de la geometría de la unión semiconductora y el tamaño del contacto eléctrico, no obstante
el material semiconductor.
En corriente continua (CC), todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares
electrón-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de
mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía). La frecuencia de la radiación emitida y, por
ende, su color, dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas
de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio
o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales
23ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. En la tabla 1 se muestran las características
de los diferentes materiales o compuestos utilizados en la construcción de un LED.
Tabla 5. Algunos componentes utilizados para la construcción de LEDs.5
LED DE ALTA POTENCIA
Son aquellos LEDs que consumen potencias mayores a un vatio cuya eficiencia lumínica está siendo
aprovechada para remplazar las bombillas existentes en todo tipo de alumbrado. A continuación se
especifican algunas características importantes tomadas de la página web
“http://www.goodworkint.com/leds8.htm”, en la cuál se hace una comparación entre bombillas
halógenas y LEDs de alta potencia, que para el caso son LEDs fabricados por la empresa Good Work
Internacional con referencia LED MR16.
Comparación entre las bombillas halogenas y los LEDs.
Menor temperatura: El halógeno genera un calor excesivo (250ºC) que podría potencialmente dañar
los objetos iluminados por estas bombillas. El calor producido por las bombillas halógenas debe ser
tenido en cuenta para cuando se considera su uso en aplicaciones sensibles al calor, por ejemplo en
museos o galerías de arte. La temperatura media del LED MR16 es solamente 70ºC.
Mayor Eficacia Energética: El halógeno no es tan eficiente energéticamente como los reflectores de
LED. Por ejemplo, el LED MR16 4W puede producir una luz direccional equivalente a un halógeno
MR16 20W. Las bombillas de halógeno también producen radiaciones IR donde la mayoría de la
energía se pierde como calor. Simplemente porque, el LED MR16 produce luz monocromática y utiliza
la lente del colimador para proyectar la luz en una dirección exacta, no se pierde energía alguna como
calor. Los proyectores del LED pueden ahorrar el hasta 80% de su coste de iluminación.
Ninguna Radiación UV: El filamento de cuarzo en el halógeno MR16 emite alta radiación UV, por lo
cual requiere la cubierta de cristal adicional en luminaras para proporcionar la protección requerida de
seguridad. LED MR16 no produce ninguna radiación UV, por lo tanto, no hay medida de seguridad
adicional necesaria y la luz es segura para la piel.
5 Fuente: http://www.goodworkint.com/leds8.htm
24ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Esperanza De Vida Más Larga: Según el catálogo del mayor fabricante de halógenos, la vida clasificada
media del halógeno MR16 es entre 2.000 y 5.000 horas. La esperanza de vida media del LED MR16 es
de 50.000 horas (5 años y 8 meses). Por lo tanto, un coste de mantenimiento más bajo.
Más Amplia Temperatura Color Correlacionada (CCT) y Selección De Color: Los proyectores halógenos
tienen solamente un CCT entre de 2.800K y de 3.200K dependiendo de la fabricación y del tipo de
lámpara. Algunos fabricantes llegaron a obtener un CCT de hasta 4.700K. LED MR16 ofrece muchas
variables de color, tales como blanco cálido (2.800 - 3.800K), el blanco frío (4.000K - 7.000K), rojo, azul,
verde, ámbar e incluso la mezcla de color RGB.
Sin Fallas No-Pasivas: La cápsula del filamento de una lámpara halógena se presuriza y es muy frágil. La
cápsula de cuarzo no se debe tocar con las manos desnudas porque el aceite y las sales de los dedos
pueden corroer el cuarzo y debilitarlo. Al final de su vida, el hilo de filamento quebrado dentro de la
cápsula puede tocar el cuarzo y derretirse en él mientras que sigue estando caliente. Este
acontecimiento creará defectos en el sobre del cuarzo, y los defectos de esta clase pueden hacer que
la cápsula se rompa. La falla puede también ocurrir si la lámpara se pulsa accidentalmente. Gracias a la
característica de la tecnología de estado sólido, LED MR16 no tienen ninguna pieza frágil o móvil, por lo
tanto hace una lámpara robusta, a prueba de choques, y segura de tocar.
Conclusiones de la comparación. La baja emisión de calor hacia el ambiente también significa que
menos aire acondicionado es necesario para refrescar un espacio donde se instalan reflectores LEDs.
Así ahorramos energía adicional. El reflector de 4W MR16 puede compararse con una lámpara
halógena de 20W. Su potencia es 5 veces menor a la de una lámpara convencional ahorra mucha
energía eléctrica. La vida del reflector de LED es mucho mayor que el de una lámpara convencional.
En la tabla 2 se puede ver en resumen esta comparación.
PRODUCTO HALOGENA LED
Fuente de Luz Bulbo quarzo halógeno Led de Alta Intensidad
Promedio de Vida 2000 horas 50.000 horas
Temperatura de Lámpara 250ºC 70ºC
Consumo 20W (5X) 4W (1X)
Iluminancia (1 mts.) 200 Lux - 3500ºK 100 Lux - 6500ºK
Eficacia luminosa 12 Lumens / watt 25 Lumens / watt
Selección de Color Único color Opciones de Color
Estabilidad del color con el tiempo Pobre Buena
Radiación UV o IR SI NO
Mercurio u otros contaminantes SI NO
Costo Inicial Bajo Alto
Costo operativo a largo plazo Alto Bajo
Tabla 6. Resumen de las bombillas halógenas con los LEDs de alta potencia6.
6 Fuente: http://www.goodworkint.com/leds8.htm
25ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
OLED
Organic Light-Emitting Diode, 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.
Los artículos producto de la investigación en el proyecto proponen y establecen estudios de eficacia
lumínica llegando hasta 183 lm/W para aplicaciones decorativas, sumado a eso esta tecnología es de
fácil instalación por su flexibilidad lo que permita su usu sobre ventanas, mesas y muchos otros
elementos que juegan un papel importante en la adecuación de áreas de iluminación. En los artículos
también se explica cómo están construidos, que materiales son utilizados, el diseño de la tecnología,
incluso se menciona como funciona la máquina de impresión para OLED.
Historia
El desarrollo de los OLED se viene estableciendo desde hace 45 años cuando se demostró la
electroluminiscencia a partir de materiales orgánicos. Institutos como DOE se han establecido en esta
tecnología y prometen a futuro. Hasta el momento pruebas de laboratorio han demostrado una
eficacia del orden de 65 lm/W pero comercialmente se vende con eficacias del orden de hasta 20
lm/W. Los primeros OLED estaban formados por solo una bicapa orgánica situada entre el ánodo y el
cátodo, pero para alcanzar la eficiencia deseada para la iluminación se necesitan muchas capas, las
cuales puede estar compuestas por dos o más materiales distintos.
Principio de funcionamiento
Es el mismo principio de funcionamiento de un led, por electroluminiscencia. Se compone de
materiales orgánicos.
Materiales
Los materiales orgánicos fosforescentes incorporan un ión de metal pesado al que se unen varios
materiales orgánicos para dar lugar a un estado de transferencia de carga. Los estados excitados en
estas moléculas hacen que las reglas de selección de spin (led) se violen y haya suficiente energía para
emitir iluminación.
La mayoría de los OLED generan iluminación de luz blanca, las dos formas de combinar los colores para
resultar una luz blanca se presentan en la siguiente figura:
26ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
OLED7.
Figura 14. Formas posibles de combinar los colores para generar la luz blanca con los
Las siguientes figuras muestran las diferentes clases de OLED:
OLED8.
Figura 15. Distintos prototipos para la iluminación
En resumen la siguiente figura ilustra el estado de arte de las diferentes tecnologías según estudios del
proyecto de investigación y la apreciación del autor de este trabajo final.
7 Fuente: http://www.scribd.com/doc/14715105/OLED-para-iluminacion-de-estado-solid
8 Fuente: http://www.scribd.com/doc/14715105/OLED-para-iluminacion-de-estado-solid
27ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
LPS Sodio baja presión
HPS Sodio alta presión
PLS Plasma
MH Halogenuro metálico
FL Fluorescente tubular
BFC Fluorescente compacta
COSM Halogenuro miniaturizado
VM Vapor de mercurio
IND Inducción
OLED LED a base de materia orgánica
LED Diodo emisor de luz.
HINCA Incandescente halógena
INCA Incandescente convencional
Tabla 7. Tabla de convenciones del estado del arte de
las diferentes tecnologías.
Figura 16. Estado del arte de las diferentes tecnologías.
Esta figura es producto de estudios del proyecto de investigación y de parte del autor de este trabajo
final y denota el estado de arte de las diferentes tecnologías. Las líneas horizontales denotas 3 niveles
según la etapa o el estado de arte (en desarrollo, decaimiento, etc.), estos tres niveles son alto, medio
y bajo, y se encuentran es este mismo orden. Así por ejemplo para el caso de la bombilla
incandescente se encuentra en un estado de arte de decaimiento y con una clasificación alta. La
bombilla de plasma (PLS) por su parte aun se encuentra en etapa de crecimiento y su clasificación es
media.
ASPECTO MEDIOAMBIENTAL
PLASMA
No hay necesidad de mercurio (Hg) de vapor como medio de trabajo por lo que la grave contaminación
por el mercurio (líquido o vapor) para el medio ambiente no se produzcan, y la lámpara de plasma
tiene espectro continuo y adecuado de la iluminación visible. El personaje maravilloso que no supere
en una fuente de luz artificial es especialmente importante para la alta iluminación de la luz el brillo del
cuerpo a corta distancia (por ejemplo, como filmar, tomar video, estando en estudio).
HALOGENURO METÁLICO MINIATURIZADO
La nueva gama SON-H de Philips (reemplaza al vapor de mercurio) se ha ampliado con la adición de un
modelo de 68W. La lámpara, diseñada para reemplazar a la lámpara HPL de vapor de mercurio de
80W, resulta económica de instalar, funciona con un balasto HPL y no requiere arrancador. Combina
un mayor fujo luminoso con un ahorro considerable de energía para reducir las emisiones de CO2.
También tiene un contenido mucho menor de mercurio que la lámpara a la que reemplaza para
simplifcar el desecho de sustancias peligrosas para la salud.
28ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Sostenibilidad: Este Boletín dá el primer pasoEn su Boletín de Alumbrado Exterior, hablamos
extensamente sobre la necesidad de reducir el impacto medioambiental de todas nuestras actividades.
Pero el boletín en sí tiene su impacto, ya que utiliza papel e imprentas para producirlo, y sistemas de
transporte para enviarlo.
Tratamos de que nuestra producción resulte lo más ecológica posible:
• Imprimiendo en papel Magno satinado y libre de cloro de Sappi Fine Paper, fabricado a partir de
bosques renovables. Sappi tiene la certifcación ISO9001.
• Cambiando a un revestimiento a base de agua en lugar de una lámina de plástico. Más aún, usted
puede eliminar por completo el impacto medioambiental de su boletín informativo impreso si opta por
recibirlo online o a través del correo electrónico.
La nueva lámpara SON-H reduce las emisiones de CO2 y los residuos perjudiciales para la salud El
alumbrado ecológico confere un aspecto diferente a un paseo marítimo de un centro turístico
Holandés. Philips fue uno de los principales patrocinadores de los conciertos Live Earth contra el
calentamiento global que se celebraron el 7 de Julio de 2007. En un mensaje a los empleados de
Philips, Al Gore dijo: “Estamos encantados de que Philips colabore con Live Earth en nuestro esfuerzo
conjunto por solucionar la crisis climática. Juntos podemos continuar exponiendo al mundo que
existen muchas soluciones sencillas y accesibles que ayudan a reducir nuestro consumo de energía y
que disminuyen la polución que causa el calentamiento global.”
OTRAS FUENTES DE ILUMINACIÓN
Como anteriormente se describió la bombilla de sodio de alta presión tiene algunas ventajas frente a
su mas cercana competidora, la bombilla de mercurio, pero hay un punto común en ambas y que
indiscutiblemente afecta el buen desarrollo del medio ambiente. Como bien se sabe ambas fuentes se
constituyen en esencia por gas y componentes tóxicos no solo para el ambiente natural y los
ecosistemas sino también para el ser humano, es por esto que se vuelve importante conocer o por lo
menos estimar que tanto volumen de residuos postconsumo tendremos que manejar de bombillas de
descarga, un análisis encontrado nos muestra la cantidad y el peso de los desechos que se han tenido y
se proyectan para un lapso de ocho años a partir del 2008 de forma anual, claramente se observa que
la sustitución de bombillas resulta en un numero de residuos de casi el doble en peso de las bombillas
de sodio frente a las de mercurio, pero sin importar cuál de las dos sea, la cantidad de desechos es
bastante preocupante si consideramos el hecho de no contar con la suficiente industria o entidades
que se dedique al reciclaje de tecnologías de luz a base de gases tóxicos; Lito, se conoce actualmente
como la única con licencia para trabajar en el campo del reciclaje de bombillas de descarga, con la
desventaja de no tener la cobertura para procesar tal proporción teniendo en cuenta que se deben
sumar las de tipo comercial y residencial. Además las empresas fabricantes en su mayoría no se hacen
responsables por su producto luego de ser adquirido por el consumidor, por el contrario se
desentiende de su destino final sabiendo los perjuicios y consecuencias póstumos a su uso, sin
embargo en su publicidad dicen que realmente les preocupa el medio ambiente y que trabajan en el
reciclaje de sus productos, sin especificar cómo hacen la recolección, ni procedimientos, lo que lleva a
pensar que son simples formas de seducir al usuario con campañas ambientalistas irreales; no
29ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
obstante es necesario destacar la preocupación de Havell Sylvania quien no solo especifica sus
procedimiento para recaptura del producto sino que otorga beneficios para quien colabora con dicha
tarea a nivel empresarial y por volumen del producto.
SODIO MERCURIO
Año CANTIDAD (millones de PESO CANTIDAD (millones de PESO
unidades) (Ton) unidades) (Ton)
2008 2.43 219.41 0.85 136.67
2009 2.56 230.86 0.89 143.75
2010 2.69 242.85 0.94 150.93
2011 2.87 258.82 0.94 151.63
2012 3.03 273.67 0.9 145.51
2013 3.23 291.19 0.65 104.83
2014 3.71 334.45 0.68 110.08
2015 3.89 351.17 0.62 105.58
Tabla 8. Comparativo de residuos de sodio y mercurio para el periodo 2008-2015.
Fuente: Convenio de Cooperación Científica y Tecnológica para desarrollar actividades relacionadas
con la gestión de los residuos pos consumo de fuentes de iluminación, pilas primarias y secundarias.
La siguiente tabla muestra en resúmen el contenido de sustancias contaminantes de algunas fuentes
de iluminación.
Tierras
Bombilla Mercurio Plomo Itrio raras Antimonio Bario Estroncio
gr gr gr gr gr gr gr
HPS 0,006 0,6 0,012 0,003 0 0,126 0,09
Inducción 0,01 0,01 0,12 0,08 0,03 0,06 0,28
Plasma 0 0 0 0 0 0 0
Fluorescente tubular 0,01 0,01 0,12 0,08 0,03 0,06 0,28
Halogenuro Metálico 0,0045 0,45 0,105 0,0045 0 0,003 0,0015
Vapor de mercurio 0,006 1,5 0,36 0,039 0 0,006 0,15
BFC 0,0035 0,0104 0,126 0,08 0,03 0,06 0,28
LED 0 0 0,005 0 0 0 0
OLED 0 0 0 0 0 0 0
Halogenuro
miniaturizado NR NR NR NR NR NR NR
Incandescente 0 0 0 0 0 0 0
Halógena 0 0 0 0 0 0 0
Tabla 9. Contenido de sustancias contaminates de fuentes de iluminación.
Fuente: Propia.
30ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
ASPECTO ECONÓMICO
La siguiente tabla determina la comparación de indicadores de costo por iluminaciòn de diferentes
tecnologías de fuentes de iluminación. Algunas de estas tecnologías fueron declaradas como
pertinentes en la etapa de vigilancia tecnológica y se evalúan igualmente en parámetros eléctricos
destacando la eficacia como la relación entre luz o flujo luminoso emitido por la fuente de iluminación
y la potencia eléctrica demandada por el conjunto fuente de iluminación y accesorios eléctricos. Estos
datos fueron tomados de artículos, patentes y búsquedas en internet encontradas y clasificadas como
pertinentes para el proyecto de investigación.
En la tabla también se encuentran los valores del indicador de iluminación teniendo en cuenta una TIR
del 8%, 300 $/kWh y evaluando las tecnologías en proyectos de iluminación a 25 años. Para el cálculo
del indicador además se tiene en cuenta los costos por reposición de bombilla según la vida útil que
reporta el fabricante.
En la siguiente tabla sepuede apreciar que la tecnología SODIO junto con su conjunto óptico, eléctrico
y mecánico es más eficiente en cuanto a beneficio costo por consumo energético, e igualmente se
debe destacar que utilizando balasto CWA sigue siendo eficiente y ocupando los primeros lugares en
cuanto a su indicador. Por otra parte se puede observar que con respecto a los dos indicadores
tratados, la bombilla de inducción alcanza a ser competitiva con respecto a la tecnología sodio.
También se puede apreciar que la tecnología PLASMA es la más eficiente, pero en cuanto a costo inicial
podría no serlo, sin embargo como es una tecnología emergente podría bajar su costo a futuro, como
lo demuestra la tecnología LED por sus gráficas de tendencias mostradas en este documento.
Para el sector comercial la bombilla de SODIO es la menos costosa (curva fotópica), sin embargo la
reproducción de color de estas es deficiente estando en el orden del 40%. Por tanto para evaluar la
iluminación comercial es necesario evaluar con otro criterio no menos importante y es el de
reproducción de color, siempre y cuando este criterio sea fundamental en el diseño de iluminación,
debido a que podrían haber escenarios en donde este tipo de iluminación sea el requerido, iluminando
con gran detalle los colores amarillo y naranja, por ejemplo monumentos o fachadas, y lo mismo
aplicaría para las bombillas de inducción teniendo una reproducción de color del orden de 80% podría
aplicarse en escenarios en donde no se necesite buena reproducción de color.
31ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Precio
Potencia Flujo
Eficacia Vida útil Precio luminaria Indicador a
eléctrica luminoso Indicador
Fuente de iluminación total bombilla luminaria TIR 8% 25 años
total bombilla ($/klm-h)
(lm/W) (horas) ($) 25 años ($/klm-h)
(W) (lm)
($)
HPS(Balasto reactor) 279 28.000 100,4 35.000 250.000 3,24 815.619 3,82
HPS(Balasto reactor) 169 17.500 103,6 35.000 250.000 3,31 815.619 4,23
HPS(Balasto CWA) 190 17.500 92,1 35.000 250.000 3,67 815.619 4,59
Inducción 1 150 12.000 80 60.000 81.000 3,86 191.254 4,02
Inducción 2 212,3 16.000 75,4 60.000 164.000 4,15 387.230 4,38
Plasma 1 187 22.440 120 30.000 1’800.000 5,17 7’504.445 13,65
FL 1 (T5 - 2X54W - 3500K) 118 9.500 80,5 35.000 482.000 5,18 1’572.514 8,46
FL 2 (T8-36W) 72 6.700 93,1 30.000 423.000 5,33 1’763.545 12
MH (Balasto reactor) 169 13.300 78,7 10.000 250.000 5,69 2’668.694 23,88
FL 3 (T5-2*14W - 4100 K) 38 3.690 97,1 35.000 348.000 5,78 1’135.342 11,88
MH (Balasto CWA) 190 13.300 70 10.000 250.000 6,17 2’668.694 24,35
Mercurio (Balasto reactor) 265 13.000 49,1 24.000 250.000 6,92 1’496.957 10,91
BFC 1 23 1.500 65,2 10.000 36.000 7 384.292 30,22
Mercurio (Balasto CWA) 290 13.000 44,8 24.000 250.000 7,49 1’496.957 11,49
LED 1 224 15.120 67,5 50.000 2’678.000 8 7’352.477 14,17
BFC 2 (4000 K 4x26W) 104 6.180 59,4 10.000 226.000 8,71 2’412.499 44,09
LED 2 168 12.600 75 50.000 3’424.000 9,43 9’400.628 18,92
LED comercial 2 (6000) 45 3.600 80 50.000 1’042.000 9,54 2’860.822 19,64
LED comercial 1 23 810 35,2 50.000 100.000 11 274.551 15,3
OLED 2 67 1.000 14,9 10.000 200.000 40,1 2’134.955 233,6
OLED 1 80 1.200 15 100.000 3’000.000 45 4’616.248 58,47
Halogenuro miniaturizado 153,5 14020 91,3 30000 550000
0,11 2’293.025 8,74
Incandescente 100 1400 14 1000 30000
1 320.243 250,17
Halógena 45 1250 27,8 4000 54000
0,5 576.438 126,09
Tabla 10. Indicador de pesos por iluminación por tecnología.
En la figura 17 se muestra el comportamiento de los indicadores según la tecnología, evaluando las
fuentes de iluminación en la curva fotópica.
Estudios demuestran que existen 3 tipos de respuesta del ojo humano ante altos, medios y bajos
niveles de iluminación, esta clasificación la determinan las curvas de sensibilidad del ojo, la primera
asociada a niveles bajos de iluminación es la escotópica, la segunda asociada a niveles intermedios de
iluminación la curva mesópica y la última que representa niveles altos de iluminación la curva fotópica.
Si bien estas curvas demuestran que para AP el panorama puede ser distinto de como se trataba antes,
pues los niveles de iluminación son menores comparándose con iluminación comercial, por un lado
tenemos niveles máximos de iluminación hasta 40 lx (vías M1, siendo la luminancia < 2 cd/m2) y por el
otro lado 1000 lx (Hospitales, siendo la luminancia >> 2 cd/m2). Entonces viendo este panorama la
curva mesópica podría clasificar bien y cambiaría totalmente el tipo de tecnología porque otras serían
más eficientes como lo demuestra la siguiente tabla.
32ANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
En este caso la tecnología eficiente serían las bombillas de INDUCCIÓN, dejando al sodio en un
segundo lugar y mostrando significativamente un costo menor con respecto a las demás tecnologías.
Flujo luminoso Precio luminaria
Precio Indicador
bombilla Indicador TIR 8%
Fuente de iluminación luminaria a 25 años
Mesotópico (S/klm-h) 25 años
($) (S/klm-h)
(lm) ($)
HPS(Balasto reactor) 17360 250.000 5,23 815.619 6,16
HPS(Balasto reactor) 10850 250.000 5,33 815.619 6,82
HPS(Balasto CWA) 10850 250.000 5,91 815.619 7,4
Inducción 1 27000 81.000 1,72 191.254 1,78
Inducción 2 36000 164.000 1,85 387.230 1,95
Plasma 1 27825,6 1’800.000 4,17 7’504.445 11,01
FL 1 (T5 - 2X54W - 3500K) NA 482.000 NA 1’572.514 NA
FL 2 (T8-36W) NA 423.000 NA 1’763.545 NA
MH (Balasto reactor) 19817 250.000 3,82 2’668.694 16,03
FL 3 (T5-2*14W - 4100 K) NA 348.000 NA 1’135.342 NA
MH (Balasto CWA) 19817 250.000 4,14 2’668.694 16,34
Mercurio (Balasto reactor) 10400 250.000 8,65 1’496.957 13,64
BFC 1 NA 36.000 NA 384.292 NA
Mercurio (Balasto CWA) 10400 250.000 9,37 1’496.957 14,36
LED 1 34927,2 2’678.000 3,46 7’352.477 6,13
BFC 2 (4000 K 4x26W) NA 226.000 NA 2’412.499 NA
LED 2 29106 3’424.000 4,08 9’400.628 8,19
LED comercial 2 (6000 K) NA 1’042.000 NA 2’860.822 NA
LED comercial 1 NA 100.000 NA 274.551 NA
OLED 2 NA 200.000 NA 2’134.955 NA
OLED 1 NA 3’000.000 NA 4’616.248 NA
Halogenuro miniaturizado 20889 550.000 3,08 2’293.025 5,86
Tabla 11. Indicador de pesos por iluminación por tecnología de acuerdo a la respuesta del ojo en la curva
mesópica.
La figura 16 contempla los resultados analizados anteriormente de costos por iluminación de las
fuentes más representativas en AP. En esta gráfica se puede identificar la proporción en el ahorro por
costos de iluminación de llegarse a implementar la tecnología de inducción y la curva mesópica. Cabe
la pena resaltar que esta gráfica tiene en cuenta la evaluación de los costos por iluminación en un
proyecto a 25 años, una TIR del 8% y la reposición de la bombilla.
En la figura 17 se puede observar como la fuente de iluminación de halogenuro metálico miniaturizado
se podría llegar a imponer de aplicarse, aunque su costo es un poco alto comparado con las fuentes de
iluminación convencionales, puede ser una opción a un plazo muy corto.
33Figura 17. Figura de los indicadores de costo de las diferentes fuentes de iluminación en la curva fotópica.
Correo: mequirogar@unal.edu.coFigura 18. Figura de los indicadores de costo de las diferentes fuentes de iluminación en la curva mesópica.
Correo: mequirogar@unal.edu.coCONCLUSIONES
En alumbrado público la bombilla convencional de sodio alta presión tiende a mantenerse, sin
embargo tecnologías como halogenuro metálico y led pueden reemplazarla en un futuro muy próximo,
pues se ve la influencia que están teniendo este tipo de tecnologías en el mercado. Además teniendo
en cuenta que en alumbrado público un factor relevante de ciudades Halogenuro miniaturizado es la
estética y el confort visual.
La curva mesópica puede ser otra alternativa para la entrada de nuevas tecnologías en AP, debido a
que cambia las consideraciones de niveles de iluminación por la curva de respuesta del ojo y
tecnologías como inducción y halogenuro metálico miniaturizado podrían ser una mejor alternativa.
Las nuevas tecnologías prometen en el tema ambiental, los residuos contaminantes son casi nulos y la
eficacia tiende a ser competitiva con el sodio, reduciendo el consumo de energía y por ende la emisión
de gases de efecto invernadero.
La bombilla de plasma aun está en etapa de crecimiento y no se podría evaluar en su totalidad, sin
embargo su eficacia muestra una tendencia de aumento y podría llegar a ser una tecnología muy
eficiente en el tiempo. Como se ha visto en este informe, es una tecnología que además de tener una
buena reproducción de color (>79%), tiene una vida útil de 30000 horas comparable con la tecnología
de sodio. Pero los accesorios eléctricos necesarios para operarla la hacen menos eficiente junto con su
parte óptica y el costo inicial, como se explica en detalle en este informe.
La bombilla de inducción por su parte muestra una tendencia a la mejora de su eficacia en poco tiempo
comparada con las de alta eficacia, sin embargo si se evalúa con la curva mesotópica demostraría ser la
más eficiente, según los estudios realizados contemplados en este informe, pues su eficacia
aumentaría casi el doble, mientras que las de alta eficacia disminuirían en aproximadamente un 40 %,
por el SPR.
La bombilla de halogenuro metálico miniaturizado (Halogenuro miniaturizado) se posiciona en una
escala muy alta por su eficacia equiparable al sodio y aunque es reciente puede romper el esquema
tradicional en alumbrado público, considerando su reproducción de color del orden del 70% y su
tamaño que hace del sistema óptico uno con mayor eficiencia.
Tecnologías como incandescente (INC), incandescente halógena (HINC) y vapor de mercurio (VM) baja
presión no muestran grandes cambios con respecto a su eficacia en el tiempo, pero hoy en día se
siguen utilizando. Por supuesto con menor uso están las fuentes incandescentes por decretos y
resoluciones que prohíben el uso de fuentes con eficacias de este orden en muchos países. Sin
embargo las incandescentes halógenas recientemente aun aumentado su eficacia llegando a 35 lm/W
y posicionándose todavía en el mercado de la iluminación. Por su parte las bombillas de mercurio baja
presión, siendo menos eficiente que otras tecnologías, su uso se ha venido restringiendo en los últimos
años en aplicaciones como alumbrado público, pero aun se sigue utilizando en fábricas o industrias que
no necesitan buena reproducción de color.
Correo: mequirogar@unal.edu.coANÁLISIS DE NUEVAS FUNETES EN ILUMINACIÓN
Los OLED son una tecnología que vienen cimentándose en el mercado, hasta el momento pruebas de
laboratorio han demostrado una eficacia del orden de 65 lm/W pero comercialmente se vende con
eficacias del orden de hasta 20 lm/W. Sus mayores ventajas son la flexibilidad y la reproducción de
color.
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