Con el aumento constante de los costes energéticos y una mayor atención a las credenciales medioambientales, la presión hacia unas operaciones más eficientes es hoy mayor que nunca. Esto se aplica a todos los sectores, aunque las oportunidades de reducción del consumo energético, y por tanto el enfoque que conviene adoptar para alcanzar ese objetivo, varían habitualmente de un caso a otro.
Ahora bien, hay un elemento que aparece una y otra vez: la iluminación.
La iluminación de aparcamientos (o de cualquier otro espacio) representa con frecuencia uno de los mayores costes operativos continuos. Gracias a los avances tecnológicos constantes, los productos más recientes del mercado permiten reducir esos costes a una fracción de lo que eran, lo que plantea una pregunta obvia: ¿es mejor actualizar ahora o esperar a la siguiente generación tecnológica?
¿Cuál es, entonces, la mejor manera de reducir los costes totales de instalación y la huella de carbono a lo largo de toda la vida útil? Los costes iniciales, incluida la energía incorporada en los materiales, la fabricación, el transporte y la instalación de las luminarias, pueden representar una proporción significativa del coste total del ciclo de vida. Por eso se requiere una estrategia de actualización inteligente que garantice que solo se reemplazan los componentes obsoletos; es decir, una estrategia de actualización tipo retrofit.
En el ámbito de los productos de iluminación, un retrofit es un producto compatible con un sistema existente que ofrece prestaciones superiores a las del elemento que sustituye. El retrofit brinda la oportunidad de aprovechar las nuevas tecnologías sin necesidad de reemplazar toda la luminaria y, en muchos casos, se materializa en una sustitución directa de la lámpara (sin necesidad de recablear ni modificar el circuito existente). De hecho, el retrofit no es en absoluto una idea nueva: el uso de lámparas de halogenuros metálicos para sustituir las de sodio es un buen ejemplo de los beneficios que puede aportar una solución retrofit sencilla.
Las luminarias se componen generalmente de tres partes principales: la carcasa, la fuente de luz (la lámpara o el LED) y el balasto o el driver. Aunque la carcasa es en general un componente de baja tecnología con una vida útil prolongada, los otros dos exhiben mejoras de rendimiento a lo largo del tiempo gracias a las innovaciones del sector. Estas innovaciones pueden ser transformadoras (habitualmente asociadas a un cambio de tecnología, como el paso del fluorescente al LED) o incrementales (impulsadas por pequeñas ganancias de eficiencia debidas a mejoras en la tecnología existente o en los procesos de producción).
Adopción tecnológica
Por lo general, los cambios transformadores van asociados a grandes saltos en el rendimiento. Los cambios incrementales, en cambio, suelen aportar mejoras graduales que elevan la eficiencia de forma continua. Una nueva tecnología necesita tiempo para superar a la tecnología dominante en términos de rendimiento, y ahí es donde se requiere paciencia. ¿Recuerda cuando Apple intentó lanzar el Newton como dispositivo PDA en 1993? Debido a su voluminosidad y precio, no se consideró que ofreciera ventajas de rendimiento frente a una agenda de papel, por lo que fracasó. Quienes lo adquirieron en aquella fase lo hicieron no por sus prestaciones, sino porque eran entusiastas de la tecnología (estos individuos forman parte del «mercado inicial» que describe Geoffrey Moore en su libro Crossing the Chasm). Una vez que una tecnología ofrece ventajas de rendimiento inmediatas (en lugar de la promesa de mejoras futuras), sus posibilidades de ser adoptada por el mercado mayoritario se disparan. En los últimos años, los LED han superado esa barrera. Piense en lo que ocurría hace diez años, cuando los mejores LED ofrecían 60 lúmenes por vatio, frente a los más de 200 lúmenes por vatio actuales[i].
Figura 1: Curva de adopción tecnológica
Con estas posibilidades de rendimiento en constante aumento, surge la oportunidad de sustituir la fuente de luz y/o el driver dentro de la luminaria existente para obtener beneficios económicos y asegurar un retorno de la inversión para el comprador. Si cada vez que quisiéramos hacerlo tuviéramos que reemplazar también la luminaria, los incentivos serían considerablemente menores.
Figura 2: Mejoras de rendimiento con las nuevas tecnologías
Adoptar esta filosofía implica seguir una estrategia retrofit desde el principio: invertir en luminarias preparadas para el retrofit con la intención de actualizar los componentes internos con más frecuencia que la propia luminaria. En términos generales, es una estrategia de aprovechamiento de activos que garantiza el máximo valor y permite adaptarse a los avances tecnológicos futuros o a las necesidades cambiantes. Asegura que siempre exista la opción de actualizar al nivel de rendimiento más reciente con un coste reducido.
Diseño de productos retrofit
Si es tan sencillo, ¿por qué no todos optan por el retrofit?
Adaptar una nueva tecnología al formato retrofit añade complejidad. Lo más importante en cualquier dispositivo electrónico es diseñar el sistema para garantizar una temperatura de funcionamiento adecuada que prolongue la vida útil del producto. El punto de partida de cualquier diseño debe ser, por tanto, la gestión térmica, que puede resultar más difícil en productos retrofit porque habitualmente no existe una vía de conducción térmica directa hacia el entorno exterior. Aun así, mediante simulaciones térmicas y pruebas exhaustivas en distintos tipos de luminarias cerradas, es posible garantizar con seguridad que la temperatura de funcionamiento de los chips LED se encuentra bien dentro del rango establecido por los fabricantes de chips para asegurar una larga vida operativa.
Otro aspecto que requiere una consideración cuidadosa es la adecuación del rendimiento óptico. La fotometría de un tubo fluorescente es diferente a la de un tubo LED retrofit. Sin embargo, como se explica a continuación, en lo que respecta a la eficiencia de la luminaria, este factor suele favorecer al tubo LED retrofit.
Existen también algunos malentendidos habituales sobre el uso de retrofits LED, que van desde preocupaciones económicas hasta cuestiones de cumplimiento normativo y recertificación.
Siempre que la lámpara retrofit esté certificada para el uso al que se destina, no será necesario recertificar la luminaria una vez instalada. Del mismo modo que no es necesario recertificar la lámpara de su mesilla cuando se sustituye una bombilla de filamento por una LFC, raramente es necesario hacerlo cuando se utilizan tubos LED en lugar de fluorescentes.
Costes a lo largo de la vida útil
Desde el punto de vista económico, el uso de retrofits LED resulta rentable. El ahorro es mayor en instalaciones donde el acceso a la luminaria es difícil y el uso de una tecnología de mayor duración permite reducir el número de cambios de lámpara. Shae Gilbert, ingeniera principal de iluminación e innovación en London Underground, explicó recientemente cómo el uso de retrofits de lámparas LED está generando ahorros de millones en las facturas de mantenimiento. Cambiar un solo tubo sobre una escalera mecánica puede costar casi 1.000 £, por lo que el retorno de la inversión cuando se evita ese cambio es extraordinario[ii]. Se pueden lograr ahorros muy significativos en otros ámbitos donde los costes de mantenimiento son elevados, como en la gestión del tráfico en túneles, pasos inferiores y subterráneos.
Al margen de los costes de mantenimiento, el ahorro energético suele equivaler al 50 % de la potencia del sistema fluorescente para obtener el mismo nivel de iluminación, lo que permite alcanzar el retorno de la inversión incluso en situaciones donde los costes de sustitución de lámparas son insignificantes. Considere una lámpara fluorescente de 58 W con balasto magnético (potencia de circuito 65 W) sustituida por un tubo LED de 30 W. Con un coste energético conservador de 0,10 £/kWh, el ahorro por hora de funcionamiento es de 0,35 peniques; eso significa que incluso tras solo 20.000 horas de funcionamiento (una fracción de la vida útil nominal de los tubos LED de alta calidad), el ahorro en energía asciende a 70 £, lo que supera con creces el coste de la lámpara LED.
Mejora del rendimiento
Con razón, en este punto se preguntará cómo es posible lograr una reducción del 50 % en el consumo energético manteniendo los niveles de iluminación, cuando los lúmenes por vatio de circuito de los fluorescentes rondan los 75 y los de los tubos LED son típicamente 105. Uno de los motivos tiene que ver con la eficiencia de la luminaria, o relación de salida de luz (LOR, por sus siglas en inglés).
Figura 3: Diagrama del principio LOR
Los tubos fluorescentes emiten luz por toda la circunferencia de la lámpara, lo que obliga a utilizar reflectores para dirigir la luz emitida por la «parte posterior» hacia la zona deseada. Este control óptico introduce inevitablemente pérdidas de eficiencia. Además, con el tiempo se depositan partículas en la superficie del reflector, reduciendo aún más la luz reflejada. En luminarias de exteriores (como las utilizadas en subterráneos), el reflector suele fabricarse en chapa metálica básica de baja reflectividad, por lo que las pérdidas son significativas. Los LED, en cambio, solo emiten luz por una de las caras del tubo, lo que elimina cualquier pérdida por reflexión dentro de la luminaria.
El alcance de esta mejora en la eficiencia de la luminaria puede estimarse comparando los niveles medios de iluminancia medidos con lámparas fluorescentes y luego con lámparas LED en la misma instalación. En una instalación real en un paso subterráneo, se calculó que la LOR mejoró un 59,4 % tras la sustitución por lámparas LED retrofit (véase la Figura 6).
A esto hay que añadir la calidad de la luz. El uso de luz blanca LED para sustituir las lámparas fluorescentes cálidas o frías estándar aumenta el brillo percibido por vatio, y esto es lo que importa en términos de seguridad y confort. Se acepta ampliamente que este enfoque es válido, tal como se reconoce en el Anexo A de la norma BS 5489-1:2013 e ILP PLG03 [34]. La relación S/P de una lámpara fluorescente blanca fría es aproximadamente 1,48, mientras que una lámpara LED blanca puede superar 2 (valor exacto según el fabricante y el binning)[iii].
Combinando estas tres áreas de mejora (mayor número de lúmenes por vatio, mejor eficiencia de la luminaria y una mayor relación S/P), resulta fácil comprender cómo se pueden lograr ahorros energéticos significativos.
Consideraciones sobre la salud
Un tema de actualidad que ha suscitado un amplio debate en el sector es el de la salud y la seguridad en relación con las fuentes de luz.
La red eléctrica en el Reino Unido opera a una frecuencia de línea de 50 Hz. Dado que la forma de onda es aproximadamente sinusoidal, hay dos puntos por ciclo en los que el voltaje suministrado es 0, lo que da lugar al fenómeno del parpadeo y la modulación de la salida lumínica.
Los tubos fluorescentes con balasto magnético modulan a 100 Hz (correspondiente a los dos puntos del ciclo de red donde el voltaje es 0) y, al final de su vida útil, pueden introducir una modulación severa de 50 Hz o inferior.
Estudios sobre el efecto del parpadeo en pacientes con epilepsia fotosensible (que afecta aproximadamente a 1 de cada 4.000 personas) indican que el parpadeo en el rango de aproximadamente 3 a 70 Hz representa un riesgo de convulsiones[iv]. Los registros electroencefalográficos de los pacientes durante el estudio muestran que alrededor del 50 % respondió a una frecuencia de destello de 50 Hz[v].
Es importante destacar que los LED no presentan un parpadeo de 50 Hz al final de su vida útil. En los circuitos LED conectados a la red eléctrica suele estar presente una modulación de 100 Hz, aunque, dependiendo del circuito de control, puede reducirse o eliminarse por completo (para LED alimentados con corriente continua constante).
Ofrece además la ventaja adicional de que el retrofit LED no utiliza vidrio ni vapor de mercurio, lo que elimina un motivo de preocupación en caso de rotura durante la limpieza o el cambio de lámpara.
Los retrofits LED en acción
La aparición de nuevas tecnologías en el mercado suele recibirse con escepticismo y una percepción de riesgo. Una vez que el rendimiento y el precio alcanzan un punto en que existe una oportunidad clara de ahorro, y que instalaciones de gran envergadura se han ejecutado y demostrado ser un éxito, esa percepción de riesgo tiende a disminuir inevitablemente.
El momento de que los retrofits LED brillen ha llegado. El rendimiento de los LED ha mejorado rápidamente en los últimos años y hoy son capaces de ofrecer ventajas significativas sobre las tecnologías más antiguas. La confianza en la tecnología ha aumentado considerablemente, lo que ha dado lugar a anuncios frecuentes de grandes empresas y organizaciones que están haciendo la transición a fuentes LED.
Una de esas instalaciones es el aparcamiento de Captain Cook Square en Middlesbrough. INDO Lighting suministró más de mil tubos LED retrofit T8 para instalar en el edificio de varias plantas, proporcionando retornos atractivos para el propietario del aparcamiento. Además de estos beneficios económicos, la calidad de la luz mejoró, lo que permitió una mayor precisión en el reconocimiento de colores y un aumento del nivel de iluminación. La Figura 4 muestra la mejora visual, explicable a partir de las ganancias en eficacia lumínica, relación SP y LOR comentadas anteriormente.
Figura 4: Fotografías antes (izquierda, fluorescente) y después (derecha, LED INDO) del aparcamiento de Captain Cook Square
Tras la instalación LED (realizada en el primer trimestre de 2014), la medición eléctrica mostró una reducción del 45 % en el consumo energético total del edificio (incluyendo ascensores, barreras, sistemas de seguridad, etc.). Eso equivale a una reducción mensual de aproximadamente 13.000 kWh. La Figura 5 ofrece más detalles.
Figura 5: Consumo energético mensual total del edificio comparado año a año.
Se han llevado a cabo instalaciones de gran escala de retrofits LED INDO en varios distritos de Londres con resultados muy positivos. Un informe independiente realizado en una instalación en un paso subterráneo de Westminster señaló que los retrofits LED habían mejorado notablemente el aspecto general del espacio. Las métricas clave del informe, incluido un análisis de los resultados, se recogen en la Figura 7.
Figura 6: Westminster: lámparas LED INDO (circuito 30 W, izquierda) junto a lámparas fluorescentes (circuito 84 W, derecha)
Figura 7: Resumen de los resultados de rendimiento de la instalación de prueba
La iluminación por vatio de circuito y la iluminación por lumen de lámpara se refieren a los niveles medios de iluminación y se calculan a partir de una instalación de prueba en un paso subterráneo donde se realizó un estudio de iluminación independiente con lámparas fluorescentes T8 y con lámparas LED T8 de INDO. Las cuadrículas de medición utilizadas para el estudio se realizaron conforme al Informe Técnico 28 del ILP ‘Measurement of road lighting performance on site’.
El rendimiento general de los LED no deja de mejorar y siempre hay una nueva tecnología a la vuelta de la esquina. Actualizar con la tecnología más reciente mediante retrofit, a bajo coste, proporciona la flexibilidad necesaria para no quedarse atrapado en el nivel tecnológico actual. Si se lanza un producto mejorado unos años después de la instalación, no será necesario dar de baja costosas luminarias para actualizar el sistema.
Combinar la revolucionaria tecnología LED con esta pragmática filosofía de retrofit es, sin duda, una forma inteligente de aprovechar el panorama tecnológico actual para mejorar los estándares de iluminación y reducir drásticamente los costes totales de instalación a lo largo de su vida útil.
Referencias:
[i] Miller, H. (2010) Creative Destruction, With a Nudge from the Top, [Online], Available: http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?a=56143 [27 Nov 2013]
[ii] Bain, R. (2013) ‘The light at the end of the tunnel’, Lux Magazine, Issue 31 – November 2013, pp. 54-59.
[iii] Lighting Research Center (2009), Outdoor Lighting: Visual Efficacy, Vol. 6, Is. 2, p. 6
[iv] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Online], Available: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [27 Nov 2013]
[v] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Online], Available: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [27 Nov 2013]
