Información detallada sobre como funciona la tecnología led

1. Principio de funcionamiento.

Las lámparas de tecnología LED utilizan como fuente de luz los diodos emisores de luz (Light Emiting Diodes) los cuales fueron inventados en 1927 por Oleg Vladimírovich Lósev (1903-1942), sin embargo no se usó en la industria hasta 1962. Los primeros LED emitían únicamente luz infrarroja y roja y con potencias muy reducidas, Más tarde se fueron introduciendo en el mercado otros colores como el amarillo y el verde y se fue incrementando la potencia de estos. A finales del siglo XX se desarrollaron los LED de color azul y ultravioleta y se dio un fuerte incremento en las potencias que se podían comercializar en los LED que emitían radiación ultravioleta, lo que dio lugar a la aparición del LED de luz blanca de alta potencia y con la adopción de encapsulados con una gestión de la disipación de calor muy mejorada, se posibilitó su utilización para la iluminación industrial de potencias elevadas.

El funcionamiento normal de un diodo LED consiste en que, en los materiales semiconductores que componen el chip semiconductor, un electrón al pasar de la banda de conducción (orbital) a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor, por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona P (positiva) se mueven hacia la zona N (negativo) y los electrones de la zona N hacia la zona P, simplificando: ambos desplazamientos de cargas constituyen la reorganización electrónica, que es la corriente eléctrica que circula por el diodo y que produce las reacciones físicas en el semiconductor que se describen en el párrafo siguiente y que tienen como consecuencia la emisión de luz.

Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a ocupar los huecos, cayendo desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa (direct bandgap) con la energía correspondiente a su banda prohibida. Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o indirect bandgap) no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el Nitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el Silicio).

La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en determinados diodos como LED, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro ultravioleta. Aprovechando esta radiación para producir radiación visible mediante sustancias fosforescentes depositadas sobre el chip, las cuales absorben la radiación ultravioleta emitida por el diodo, son activados por ésta y a consecuencia de ello emiten luz visible.

2. Comparativas de las lámparas de tecnología LED con otras tecnologías de iluminación:

Eficiencia:

La iluminación con tecnología LED tiene una eficiencia energética muy alta, con unas perdidas por calor muy reducidas, ofreciendo una luz de gran calidad cromática y un gran flujo lumínico con un consumo de energía muy reducido, en comparación con la iluminación convencional. Lo cual se traduce en ahorro por lo general de alrededor de un 77% del gasto en alumbrado. Las lámparas de LED tienen una eficiencia cercana a las lámparas de vapor de sodio y cada día avanzan un poco más. Mediante un estudio lumínico ajustado a las necesidades del proyecto, se pueden conseguir ahorros en torno al 30% respecto al vapor de sodio y al 65% respecto al vapor de mercurio.

Filamento:

Los filamentos son los más sensibles de los componentes de las lámparas convencionales, ya que durante el funcionamiento, cualquier forma de vibración o perturbación eléctrica puede causar su rotura. Este componente también determina la vida de la lámpara y suele ser la causa de fracaso prematuro y aumento del costo de sustitución, así como los gastos de explotación. En el LED no existen filamentos incandescentes, ya que la producción de luz se lleva a cabo en el chip de estado sólido a temperaturas un poco por encima de las ambientales, estando firmemente adherido a su encapsulado, lo que lo hace muy inmune a las vibraciones.

Factor de potencia:

Esta es la medida de la capacidad de un producto o aparato eléctrico para realizar un trabajo respecto a la potencia demandada. Es la relación de potencia activa, que es la verdaderamente utilizada, respecto a la potencia aparente, que es la que realmente circula por los cables. El sistema LED tiene un factor de potencia de 0,96, mientras que los rangos de otros sistemas oscilan entre un 0,38 y un 0,60. Lo que se traduce en unas menores perdidas en los cables y el resto del sistema de alimentación.

Temperatura de funcionamiento:

Dado que se requiere menos energía y trabajan con un factor de potencia muy elevado, se pierde poca potencia; las lámparas funcionan a muy bajas temperaturas en comparación con sus homologas convencionales. Las lámparas de alta potencia como son las de halogenuro metálico o vapor de sodio, suelen trabajar a temperaturas de entre 200 a 250 grados centígrados durante su funcionamiento. El sistema LED mantiene su temperatura unos 15 grados por encima de la temperatura ambiente y los productos de calidad están protegidos contra sobretemperaturas. Cuando se usa en interiores, el calor desprendido se reduce hasta en un 80%, lo que alivia las cargas de refrigeración y aire acondicionado.

Vida útil:

Dado que el LED no tiene filamentos ni otros elementos de desgaste que se puedan romper, la eficiencia es muy alta, por lo que ofrece una larga vida útil, siendo una tecnología ampliamente testada desde mediados de los años 60 en que empezó a comercializarse, y hoy en día es muy utilizada en aparatos electrónicos precisamente por su fiabilidad y larga vida, la cual es de unas 100.000 horas de funcionamiento. El elemento más delicado lo constituye la fuente de alimentación, estas son del tipo llamado fuentes conmutadas con funcionamiento por modulación de ancho del impulso (PWM), estando también suficientemente probadas y testadas en la alimentación de prácticamente todos los aparatos electrodomésticos existentes en la actualidad: televisores, ordenadores, radios, teléfonos, cargadores, etc. Es la selección minuciosa de los sistemas LED dotados de la mejor fuente de alimentación (driver), de forma detallada y pormenorizada, basada en los conocimientos de los parámetros que debe reunir todo el sistema que constituye una lámpara LED, lo que permite garantizar una buena calidad y una duración fuera de lo común. Las lámparas de tecnología LED de calidad tienen una vida útil de unas 50.000 horas. Lo cual significa que su duración es de varios años, aplazando mucho los costosos reemplazos.

Tiempo de encendido y recuperación:

El tiempo de encendido es instantáneo, además, cuando el suministro es interrumpido únicamente se apaga momentáneamente y se re-enciende instantáneamente. No necesita enfriarse, de manera que los apagados y encendidos repetidos no afectan a su vida útil. La misma situación tiene una respuesta muy diferente en los sistemas convencionales, los cuales tardan mucho tiempo en volver a funcionar después de una parada, a la vez que acorta significativamente la vida útil de los mismos. La respuesta instantánea de recuperación del sistema LED permite eliminar costosos y frecuentemente peligrosos paros en el trabajo, aumenta el nivel de protección de la zona iluminada, así como la seguridad de las personas que realicen actividades en el área afectada.

Índice de rendimiento del color (CRI):

El sistema LED ofrece un muy alto índice de rendimiento cromático pues una buena calidad de luz no debe afectar los verdaderos colores de los objetos. Ofreciendo también una variedad de temperaturas de color para poder crear los ambientes y los efectos lumínicos deseados. Pudiendo las personas ver el objeto iluminado tal como es y no tal como parece ser. Trabajos gráficos, de estampación, industria textil, galerías, museos, iluminación de carreteras, grandes almacenes, etc., donde los colores se perciben como un factor importante, se ven beneficiados al ser iluminados con este sistema.

Mantenimiento de la luminancia de la lámpara de LED:

La lámpara de tecnología LED puede mantener más del 70% de la tasa de mantenimiento de luminancia, incluso después de 50.000 horas. La decadencia de luz en los sistemas de iluminación convencional es grande. La eficiencia de iluminación de la lámpara de Halogenuros Metálicos en la edad media (8.000hrs) es de 64% mientras que el de la lámpara de LED es del 84%.

Parametros de luz de la Lámpara de Tecnología LED:

Los parámetros de iluminación general de la lámpara de LED son mejores que los de la iluminación convencional por diversas razones: la temperatura de color puede ser de 2.700 a 6.500K y el índice de rendimiento de color (CRI) es superior a 85, hasta un 92, con la eficacia del sistema de iluminación de más de 90 lm/W. La ventaja de unos mejores Parámetros hace que la lámpara de tecnología LED produzca una luz más brillante, más suave, más cómoda y más natural que las demás fuentes de luz. Gracias al alto índice de rendimiento del color, las personas pueden identificar el color de los objetos muchísimo mejor y los diferentes pigmentos utilizados en muestras impresas (en papel, normalmente) y en los productos producidos (textiles, por ejemplo) son reproducidos fielmente, como sucede con la luz solar.

Exigencias del medio de trabajo de la Lámpara de Tecnología LED y su balastro electrónico:

Las lámparas de tecnología LED y sus balastos electrónicos se instalan en carcasas cerradas especialmente diseñadas para conseguir una buena gestión de la disipación del calor, debido a que el LED es sensible a temperaturas elevadas de la unión PN que constituye el diodo emisor de luz propiamente dicho, para que mediante una buena disipación del calor producido por el funcionamiento de los LED y de su balasto, garantizar la larga vida útil y la alta fiabilidad de la lámpara. Cuando el cliente requiera utilizar los modelos de LED a temperaturas muy altas se le ofrecerá un diseño especial para tal fin.

Funciones de protección de la Lámpara de Teconología LED:

El balasto electrónico utilizado en los sistemas de LED cuenta con funciones especiales para la detección de fallas, la protección en circuito abierto, cortocircuito, sobretensiones transitorias, picos de tensión, extracorrientes de cierre y apertura, pérdida de suministro y sobretemperatura. El funcionamiento se reanudará después del restablecimiento del suministro normal de energía, de forma instantánea, garantizando con esto la vida útil de la lámpara de tecnología LED y del propio balasto electrónico.

Usos de los sistemas de iluminación a Tecnología LED:

La lámpara de tecnología LED es una fuente de luz con tecnología más verde que cualquier otra, siendo totalmente reciclable, produce un enorme ahorro de energía, está libre de mantenimiento, tiene un alto índice de reproducción de colores e iluminación natural, por lo cual es ampliamente utilizada en fábricas, tiendas, edificios de oficinas, aulas, supermercados, calles, aparcamientos, gasolineras, estadios deportivos, puentes, etc. Es especialmente adecuada para la iluminación de interiores, donde se pretende reducir sustancialmente el consumo energético. La calidad y continuidad del servicio es una característica a tener en cuenta y como podemos demostrar fehacientemente, es una inversión con una rentabilidad extraordinaria.

Principales ventajas ofrecidas por el sistema de Tecnología LED:

• Luz más brillante y duradera con menos consumo.
• Encendido y reinicio después de un fallo de alimentación instantáneo.
• Energía más eficiente debido a su alto factor de potencia.
• Facilita la visión directa, reduce el estrés y mejora la productividad.
• Funciona a temperaturas más bajas reduciendo los costos de refrigeración.
• Ahorro hasta de un 84% en Energía, reduciendo las facturas de electricidad notablemente.
• Lámparas de bajo mantenimiento y larga duración reduciendo los costos de sustitución.
• No contienen productos tóxicos por lo que son tecnología VERDE.
• Contribuye a la disminución del calentamiento global pues minimiza sensiblemente la combustión de combustibles fósiles.

Visión fotópica, mesópica y escotópica

Introducción

Desde hace ya algún tiempo está teniendo lugar a nivel mundial un acalorado debate científico sobre si el espectro luminoso de determinadas fuentes de luz tiene o no ventajas en determinadas condiciones de bajos niveles de iluminación. Los términos “Visión Mesópica” y “Visión Escotópica” son claves en esta controversia. La discusión es especialmente importante en el campo del alumbrado exterior, tanto de vías de circulación de vehículos como de áreas residenciales, dónde usualmente se utilizan niveles de iluminación relativamente bajos. Hoy en día, este debate está más de actualidad que nunca, debido a que con la irrupción de la tecnología de la inducción es posible la producción de todo tipo de colores y todos los diferentes tonos de la luz blanca.

En esta discusión en ocasiones afloran algunos “sin-sentidos”. A menudo la razón principal es una falta de conocimientos sobre la materia, probablemente comprensible, debido a que en ella entran en juego muchos, diferentes y complicados aspectos.

Hacer una comparación directa entre visión fotópica y visión escotópica, sin tener en cuenta el estado de adaptación del ojo, como en el caso de alumbrado viario, nos puede lleva a sacar conclusiones equivocadas. Otro error frecuentemente cometido, es tener en cuenta un solo aspecto de la visión mesópica. Debemos considerar todos los aspectos, tanto de la visión directa (“on-line”) como de la visión indirecta (“off-line”), conjuntamente con la contribución que un determinado espectro luminoso, debido a un mejor reconocimiento del color, puede aportar al rendimiento visual, aún en condiciones de bajos niveles de iluminación. A veces las condiciones de uniformidad de luminancias comúnmente utilizadas en las investigaciones sobre el terreno, son simplemente erróneas e incorrectamente utilizadas en las circunstancias que se dan en el caso anteriormente mencionado del alumbrado viario. Por último, pero no por ello menos importante, con frecuencia se obvia el hecho de que las condiciones de transmitancia espectral del ojo humano cambian considerablemente con la edad, hecho que podría tener serias consecuencias para los usuarios de mayor edad de las vías de circulación, tanto si son conductores como si son peatones.

Probablemente este año la CIE acometa una importante y extensa publicación sobre este tema, centrándose especialmente en aspectos de la visión indirecta en condiciones de visión mesópica. Mientras esto nos ayuda a orientar el debate en la dirección adecuada, podría suceder que los lectores olviden tener en cuenta alguno de los agentes que intervienen.

Con el fin de sentar las bases fundamentales sobre este asunto, este texto ha sido escrito en un lenguaje lo más asequible y resumido posible, sin entrar en detalles demasiado científicos. No se darán conclusiones generales sobre la conveniencia o no, de determinados espectros de fuentes de luz para su uso en alumbrado público. Los lectores de esta publicación podrán sacar sus propias conclusiones con los fundamentos vertidos en él.

1. Visión Fotópica.

Los conos son células sensibles a la luz que están concentradas en la fóvea de la retina del ojo. En la parte externa de la fóvea el número de conos disminuye drásticamente (Figura 1). La fóvea es el área de la retina en el cual se forma una imagen muy nítida de la reducida área inmediata a la dirección de visión: se llama visión “central” o visión “on-line”. Los conos presentan su máximo nivel de actividad con la adaptación a luminancias de entre 3 y 10 cd/m2 y superiores. Cuando hablamos de visión fotópica se hace posible la percepción del color, ya que disponemos de conos sensibles a cada uno de los tres colores primarios: rojo, verde y azul. La sensibilidad espectral en condiciones de visión fotópica está representada por la curva V (lambda) y alcanza su máxima sensibilidad en la longitud de onda del entorno de los 555nm, correspondientes al color amarillo-verdoso (Figura 2). En consecuencia las fuentes de luz con un alto contenido de amarillo en su espectro, pueden tener una alta eficacia. Normalmente todas las magnitudes de alumbrado (flujo luminoso, intensidad luminosa, luminancia, iluminancia, etc.) están definidas en función de su eficiencia según el espectro fotópico.

Fig. 1: Densidad de conos y bastones en la retina del ojo.

Fig. 2: Curva Fotópica V(lambda) – - – - , y curva escotópica V ‘(lambda) .……..

2. Visión escotópica.

Los bastones son también células fotosensibles de una muy alta sensibilidad, cuya concentración se incrementa en el área exterior (periferia) de la retina. Su máxima concentración tiene lugar a 15° desde la dirección de la visión; el área central de la fóvea no contiene apenas bastones (Figura 1). Los bastones son por tanto importantes para la visión “periférica” o visión “off-line”. Debido a que muchos de los bastones están conectados entre sí, la imagen formada a través de ellos no será muy definida. Su
adaptación y mayor actividad es posible en niveles de luminancias de entre 0,01 y 0,003 cd/m2 e inferiores y hablaremos de visión escotópica (nota 1). La visión del color es imposible sólo con los bastones. La sensibilidad espectral con visión escotópica está representada por la curva V’(lambda) y alcanza su máxima sensibilidad en la longitud de onda del entorno de los 505nm, correspondientes al color azul-verdoso: en comparación con la curva V(lambda) la curva esta desplazada hacia el extremo del espectro correspondiente al color azul (Figura 2).

Para definir que efectivo es el espectro de una determinada fuente de luz en condiciones de visión escotópica, se suele utilizar el ratio S/P: relación para un determinado espectro entre su luminancia escotópica (de acuerdo a la curva V’(lambda)) y su luminancia fotópica (de acuerdo a la curva V(lambda) (nota 2). En la Tabla 1 se dan los valores S/P típicos para las diferentes fuentes de luz comúnmente utilizadas en alumbrado vial (notas 3,4).

	TEMPERATURA DE COLOR	FUENTE DE LUZ	RATIO S/P
	Amarillo-blanco	Sodio Alta Presión	0,65
	Blanco cálido	Halogenuro metálico	1,25
	Blanco cálido	LED	1,30
	Blanco día	Inducción magnética	1,96
	Blanco frío	Halogenuros metálicos	1,80
	Blanco frío	LED	2,15
	Blanco frío	Inducción magnética	2,25

Tabla. 1: Ratios S/P aproximados para diferentes fuentes de luz.

3. Visión Mesópica

En condiciones de adaptación a niveles de entre 10 y 0,003 cd/m2 tanto los conos como los bastones están activos. Para la adaptación desde altos a bajos niveles de iluminación la actividad de los bastones adquiere una importancia crucial. La sensibilidad espectral total se desplaza gradualmente en la dirección de menores longitudes de onda, es decir en la dirección del color azul. Este efecto de adaptación dependiente es también llamado el “efecto Purkinje”. Con el fin de determinar las consecuencias prácticas de este desplazamiento gradual de la sensibilidad espectral, en el área de la visión mesópica tenemos que distinguir entre visión directa (“foveál”) y visión indirecta (“periférica”).

3.1. Visión mesópica directa (On-line)

Debido a que la fóvea apenas contiene bastones, son los conos contenidos en ésta los que aquí juegan un papel determinante. Realmente la curva V(lambda) proporciona una buena predicción del rendimiento de la tarea visual para niveles de adaptación superiores a 0,01 cd/m2. En este caso son aplicables los parámetros luminosos habituales de la visión fotópica. Incluso las calles débilmente iluminadas presentan niveles de iluminación (muy) superiores a 0,1 cd/m2 (ver nota 1).

3.2 Visión mesópica indirecta (Off-line)

Esencialmente, determinar el comportamiento real a la sensibilidad espectral de un sistema visual bajo circunstancias de visión mesópica indirecta, es tremendamente difícil, si no imposible. En consecuencia el único procedimiento posible, es tratar de determinar el efecto de diferentes espectros luminosos sobre los criterios de rendimiento. Para el alumbrado viario adquiere mayor relevancia por la necesidad de ejecución de tareas. Rea y Bullough [1] en USA utilizaron el criterio del tiempo de reacción de los motoristas. Un consorcio Europeo de cinco laboratorios independientes llamado MOVE, utilizó un criterio de tres etapas: Puede un objeto ser visto por un motorista, en que tiempo puede ser visto y, finalmente, si este puede ser reconocido (notas 5,6). Usualmente las investigaciones sobre visión periférica se realizan para ángulos aproximados de 10°. En un Comité Técnico (TC 1-58 “Visual performance in the mesopic range”) de la Comisión Internacional de Iluminación CIE ambas partes (y alguna más) trabajan conjuntamente para definir las bases de este tipo de investigaciones y unificar el sistema de medición fotométrica de la visión mesópica (nota 7). A modo de ilustración sobre los efectos del espectro de una fuente de luz sobre la visión indirecta en visión mesópica la Tabla 2 nos muestra los resultados del modelo de MOVE [2]. El porcentaje diferencial entre la luminancia calculada según el modelo de MOVE y la luminancia fotópica de fuentes de luz con diferentes valores S/P vendrán dados para los diferentes adaptación de luminancias. Comparando el sodio a alta presión (ratio S/P de 0,65) con el blanco día de la Inducción (rátio S/P de 1,96) y con blanco-frío de Inducción (ratio S/P de 2,25) para un nivel de adaptación de 0,3 cd/m2, se demuestra que los niveles de iluminación con la luz blanco-día de la Inducción son efectivamente superiores 10 + 13 = 23 %. Igualmente con la luz blanco-frío de la Inducción los niveles son también superiores 10 + 29 = 39 % que para el sodio a alta presión. Por supuesto estos valores se refieren exclusivamente a la visión indirecta.

3.3. Visión del color en el rango de visión mesópica

Como ya hemos dicho, los conos, que posibilitan la visión del color, permanecen parcialmente activos en el rango de visión mesópica. De esta forma, en el alumbrado vial podríamos esperar que el reconocimiento de los colores contribuya a un mayor rendimiento visual. Efectivamente, algunas investigaciones relativamente recientes demuestran que el reconocimiento de las caras humanas con una luz blanca con un índice de rendimiento de color Ra superior a 50, es mucho más fácil que con sodio a alta presión con un Ra aproximado de 25: con luz blanca sólo es necesario la mitad del nivel de iluminación para tener la misma posibilidad de identificación [5,6]. Es importante destacar que en este caso lo determinante es el índice de rendimiento en color y no la temperatura de color. Tanto el blanco-día como el blanco-frío de la luz blanca de la Inducción presentan esta ventaja. Un estudio previo de Boyce arroja resultados sin sensibles diferencias [7]. Fotios desde la Universidad de británica de Sheffield publicó un nuevo estudio sobre esta materia [8]. La nueva norma del Reino Unido BS 5489 permite la reducción de la iluminancia media cuando se utiliza una fuente de luz con un índice de rendimiento en color superior a 60.

3.4 Efectos de la edad en la visión mesópica

Los estudios de MOVE anteriormente mencionados, al igual que otros similares, han sido llevados a cabo con sujetos con edades comprendidas de 20 a 35 años. El cristalino del ojo humano se vuelve ligeramente amarillo con la edad. Una de las consecuencias es una pérdida de visión de los colores azul y verde (longitudes de onda cortas). La Figura 3 nos muestra la transmisión del ojo para el grupo de edad de 60 – 69 en relación con el grupo de edad de 20 – 29. Por supuesto la absorción del componente azul de la luz blanca-azulada que se produce en la lente de personas de edad avanzada que ha amarilleado disminuirá la cantidad total de luz que llegará a los bastones y a los conos. La luz blanco-azulada (valor S/P elevado) es por tanto menos efectiva para las personas de avanzada edad, tanto en el caso de visión directa como de visión indirecta, que la luz blanco-cálida. Debido a que este efecto de absorción del azul minimiza el efecto de un mayor ratio S/P, las ventajas de la luz blanca- azulada para la visón mesópica indirecta anteriormente descritas, son probablemente totalmente ignoradas por los conductores de mayor edad (nota 8). En estos momentos se están llevando a cabo estudios para cuantificar de forma más precisa el efecto de la edad.[3]

		Luminancia de adaptación fotópica (cd/m2)
	S/P	0,03	0,3	3
	0,65	-24%	-10%	-3%
	1,00	0%	0%	0%
	1,96	29%	13%	4%
	2,25	64%	29%	9%

Tabla 2: Diferencia porcentual entre la luminancia efectiva y la luminancia fotópica para la visión indirecta mesópica para diferentes fuentes de luz caracterizadas por su ratio S/P. Fuente [2].

 3.3. Visión del color en el rango de visión mesópica.

Como ya hemos dicho, los conos, que posibilitan la visión del color, permanecen parcialmente activos en el rango de visión mesópica. De esta forma, en el alumbrado vial podríamos esperar que el reconocimiento de los colores contribuya a un mayor rendimiento visual. Efectivamente, algunas investigaciones relativamente recientes demuestran que el reconocimiento de las caras humanas con una luz blanca con un índice de rendimiento de color Ra superior a 50, es mucho más fácil que con sodio a alta presión con un Ra aproximado de 25: con luz blanca sólo es necesario la mitad del nivel de iluminación para tener la misma posibilidad de identificación [5,6]. Es importante destacar que en este caso lo determinante es el índice de rendimiento en color y no la temperatura de color. Tanto el blanco-día como el blanco-frío de la luz blanca de la Inducción presentan esta ventaja. Un estudio previo de Boyce arroja resultados sin sensibles diferencias [7]. Fotios desde la Universidad de británica de Sheffield publicó un nuevo estudio sobre esta materia [8]. La nueva norma del Reino Unido BS 5489 permite la reducción de la iluminancia media cuando se utiliza una fuente de luz con un índice de rendimiento en color superior a 60.

3.4 Efectos de la edad en la visión mesópica.

Los estudios de MOVE anteriormente mencionados, al igual que otros similares, han sido llevados a cabo con sujetos con edades comprendidas de 20 a 35 años. El cristalino del ojo humano se vuelve ligeramente amarillo con la edad. Una de las consecuencias es una pérdida de visión de los colores azul y verde (longitudes de onda cortas). La Figura 3 nos muestra la transmisión del ojo para el grupo de edad de 60 – 69 en relación con el grupo de edad de 20 – 29. Por supuesto la absorción del componente azul de la luz blanca-azulada que se produce en la lente de personas de edad avanzada que ha amarilleado disminuirá la cantidad total de luz que llegará a los bastones y a los conos. La luz blanco-azulada (valor S/P elevado) es por tanto menos efectiva para las personas de avanzada edad, tanto en el caso de visión directa como de visión indirecta, que la luz blanco-cálida. Debido a que este efecto de absorción del azul minimiza el efecto de un mayor ratio S/P, las ventajas de la luz blanca- azulada para la visón mesópica indirecta anteriormente descritas, son probablemente totalmente ignoradas por los conductores de mayor edad (nota 8). En estos momentos se están llevando a cabo estudios para cuantificar de forma más precisa el efecto de la edad.[3]

Fig. 1: Transmisión del cristalino humano para el grupo de edad 60–70 relativo al grupo de edad 20–30. < Calculado en base a la referencia nº [4].

4. Luminancia de adaptación en las condiciones del Alumbrado vial

Cuando en las secciones anteriores se ha utilizado la expresión “luminancia de adaptación” se refiere a la uniformidad de luminancia de un área suficientemente grande del fondo del objeto de la tarea. En las condiciones del alumbrado vial la luminancia del campo de visión no es uniforme. Por razones de simplicidad con frecuencia la luminancia media de la superficie de la calzada es erróneamente tomada por la luminancia de adaptación. Muchas otras luminancias del campo de visión (con frecuencia de valor elevado) juegan un papel destacado. Pensemos en el brillo de las luminarias del alumbrado público, en los faros de un vehículo, en las señales luminosas o en la luz reflejada en diferentes superficies. Todos ellos incrementarán la luminancia de adaptación a un valor superior a la luminancia media de la superficie de la calzada. En consecuencia la visión se traslada en la dirección de la visión fotópica que se integrará con el valor medio que viene exclusivamente de la superficie de la calzada. Esto podría ser especialmente importante para el alumbrado residencial y de áreas donde la visión de los peatones que caminan por las calles, con frecuencia puede dirigirse directamente a las zonas de mayor luminancia. El caso de los motoristas es diferente cuya visión se dirige principalmente a la zona frontal inferior.

Les recomendamos que consulten también la monografía complementaria sobre: Lúmenes pupila y factor S/P.

NOTAS

1. La luna llena, en latitudes no tropicales proporciona una iluminancia horizontal y a nivel del mar, da alrededor de 0,3 lux. De promedio sobre una superficie asfaltada esto resulta de 0,02 a 0,03 cd/m2, y por lo tanto demasiado “brillante” para la visión escotópica. En las calles débilmente iluminadas de áreas residenciales hay un nivel medio de entre 0,2 y 0,5 cd/m2, demasiado brillo para la visión escotópica.
2. Como ejemplo, tomemos teóricamente una fuente de luz monocromática de longitud de onda de 500 nm. En la Figura 2 podemos ver que el valor relativo escotópico V’(lambda) es 0,99 y el valor relativo fotópico V(lambda) 0,30. Para convertir estos valores relativos en absolutos han de multiplicarse, respectivamente, por la máxima sensibilidad del ojo en visión escotópica (1,700) y en visión fotópica (0,683). Así en este ejemplo el valor del ratio S/P es igual a (0,99 * 1,700) / ( 0,30 * 0,693) = 8,1. Para luz no-monocromática no debe ser seguido este procedimiento; debe realizarse el cálculo para todas las longitudes de onda contenidas en el espectro de dicha fuente de luz.
3. Los dispositivos LEDs de color (verde o azul) tienen mayores ratios S/P pero, aún así, no deben utilizarse para un alumbrado vial convencional debido a la impresión anti-natural, por un pobre rendimiento en color (ver sección 3.3 “ visión del color en la gama mesópica”) y la ineficiencia del ojo en personas de edad avanzada (ver sección 3.4 “efectos de la edad en visión mesópica”).
4. En ocasiones hemos visto en distintas publicaciones que el ratio S/P es utilizado como una característica única de la visión mesópica. Esta es una práctica engañosa e induce a errores. Como se describe bajo el apartado “visión mesópica” el efecto del espectro en la gama mesópica es dependiente tanto de la naturaleza del espectro de la fuente de luz (y por tanto de su ratio S/P) como del nivel de la luminancia de adaptación.
5. Debido a que los bastones no nos proporcionan una imagen muy nítida, la suposición debe hacerse en la dirección de que después de detectarse una imagen indirecta “desdibujada” , los ojos , para tener un reconocimiento efectivo del objeto, se re-enfocan directamente sobre él.
6. El proyecto MOVE recibió el reconocimiento Walsh-Weston Award 2008 de la “Society of Light and Lighting in UK”.
7. Mayo 2009: Fue publicado como sistema CIE para la visión fuera de línea mesópica.
8. Hoy en día las lentes artificiales utilizadas en operaciones de cataratas, con frecuencia son del tipo “ blue-block” para proteger la retina del ojo. Como este tipo de lentes tienen un filtro azul-verde similar a la lente natural de un cristalino de 50 años de edad, una vez más su transmisión es inferior a la de la lente natural del grupo de edad más joven de 20-30.

Información detallada sobre como funciona la tecnología de inducción magnética

1. Principio de funcionamiento.

Las lámparas de descarga electromagnética son una evolución de las lámparas fluorescentes, con la gran diferencia de que no usan un electrodo para inducir una corriente en el interior. La rotura del electrodo o desgaste del electrodo son las principales causas de fallo de las lámparas de descarga, ya sean de halogenuros, vapor de sodio o fluorescentes.

Las lámparas de descarga electromagnética utilizan un inductor de ferrita alrededor del cual se enrolla un cable.

Se pasa una corriente de baja frecuencia que induce un campo electromagnético en el interior de la lámpara. Ese campo excita los átomos de mercurio del interior generando radiación UV. Al igual que las lámparas fluorescentes, el recubrimiento exterior transforma esa radiación en luz visible.

Las lámparas de inducción electromagnética se operan sin electrodos, utilizan la energía de un campo magnético inducido de alta frecuencia, que a la vez interactúa en el interior de la lámpara con otro campo magnético, que genera un toroide en el material de plasma del interior, el cual es plasma de mercurio a baja presión.

Cuando los átomos de mercurio está bajo la influencia del campo magnético irradian luz ultravioleta de 254 nm, la cual pasa a través de la capa interna de fosforo blanco, dando como resultado la luz visible, de la misma forma que la lámpara fluorescente convencional.

Esta nueva tecnología resuelve los problemas relacionados con el envejecimiento de los electrodos, lo cual limita la vida útil de las lámparas fluorescentes utilizadas hasta ahora, siendo esta una de las mayores ventajas que ofrece el SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED), dando como resultado lámparas libres de mantenimiento y con una larga vida útil en las piezas instaladas.

2. Comparativas de las lámparas de inducción electromagnética con otras tecnologías de iluminación:

Eficiencia:

Debido a la eficiencia del SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED), éste optimiza el consumo, ya que puede ofrecer la misma cantidad de luz por menos consumo de energía. Lo cual se traduce en ahorro hasta del 70% del gasto en alumbrado. Las lámparas de inducción electromagnética tienen una eficiencia cercana a las lámparas de vapor de sodio. Mediante un estudio lumínico ajustado a las necesidades del proyecto, se pueden conseguir ahorros en torno al 20% respecto al vapor de sodio y al 50% respecto al vapor de mercurio.

Filamento:

Los filamentos son los más sensibles de los componentes de la lámpara fluorescente convencional, ya que durante el funcionamiento, cualquier forma de vibración o perturbación eléctrica puede causar su rotura. Este componente también determina la vida de la lámpara y suele ser la causa de fracaso prematuro y aumento del costo de sustitución, así como los gastos de explotación. El SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) no opera con filamentos.

Factor de potencia:

Esta es la medida de la capacidad de un producto o aparato eléctrico para realizar un trabajo respecto a la potencia demandada. Esta es la relación de potencia activa, que es la verdaderamente utilizada, respecto a la potencia aparente, que es la que realmente circula por los cables. El SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) tiene un factor de potencia de 0,98, mientras que los rangos de otros sistemas oscilan entre un 0,38 y un 0,60.

Temperatura de funcionamiento:

Dado que se requiere menos energía y trabajan con un factor de potencia muy elevado, se pierde poca potencia; las bombillas funcionan a muy bajas temperaturas en comparación con sus homologas convencionales. Las lámparas de alta potencia como son las de halogenuro metálico o vapor de sodio, suelen trabajar a temperaturas de entre 200 a 250 grados centígrados durante su funcionamiento. El SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) mantiene su temperatura entre 90 y 110 grados centígrados. Cuando se usa en interiores el calor se reduce hasta en un 20%, lo que alivia las cargas de refrigeración y aire acondicionado.

Vida útil:

Dado que el SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) no tiene filamentos que se puedan romper, la eficiencia es muy alta, por lo que ofrece una larga vida útil. Estas bombillas tienen una vida útil de 60.000 a 80.000 horas. Lo cual significa que su duración es de varios años, aplazando mucho los costosos de reemplazo.

Tiempo de encendido y recuperación:

El tiempo de encendido es prácticamente instantáneo, además, cuando el suministro es interrumpido únicamente parpadea y se reenciende instantáneamente, no necesita enfriarse, no afectando a su vida útil. La misma situación tiene una respuesta muy diferente en los sistemas convencionales, los cuales tardan mucho tiempo en volver a funcionar después de una parada, a la vez que acorta significativamente la vida útil de los mismos. La respuesta instantánea de recuperación del SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) permite eliminar costosos y frecuentemente peligrosos paros en el trabajo, aumenta el nivel de protección de la zona iluminada, así como la seguridad de las personas que realicen actividades en el área afectada.

Índice de rendimiento del color (CRI):

El SISTEMA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA DE BAJA FRECUENCIA (LFED) ofrece un alto índice de rendimiento de color pues una buena calidad de luz no debe afectar los verdaderos colores de los objetos, pudiendo las personas ver el objeto iluminado tal como es y no como parece ser. Trabajos gráficos, de estampación, industria textil, galerías, museos, iluminación de carreteras, grandes almacenes, Etc. donde los colores se perciben como un factor importante, se ven beneficiados al ser iluminados con este sistema.

Mantenimiento de la luminancia de la lámpara de inducción:

La lámpara de inducción puede mantener más del 70% de la tasa de mantenimiento de luminancia, incluso después de 60.000 horas. La decadencia de luz en los sistemas de iluminación convencional es grande. La eficiencia de iluminación de la lámpara de MH en la edad media (8.000hrs) es de 64% mientras que el de la lámpara de inducción es del 86%.

Parámetros de luz de la Lámpara de Inducción:

Los parámetros de iluminación general de la lámpara de inducción son mejores que los de la iluminación convencional por diversas razones: la temperatura de color puede ser de 2.700 a 6.500 K y el índice de rendimiento de color (CRI) es más de 80, hasta un 90, con la eficacia del sistema de iluminación de 85 lm/W. La ventaja de unos mejores Parámetros hace que la lámpara de inducción produzca una luz más brillante, más suave, más cómoda y más natural que las demás fuentes de luz. Gracias al alto índice de rendimiento del color, las personas pueden identificar el color de los objetos mucho mejor.

Exigencia del medio de trabajo de la Lámpara de Inducción y su balastro electrónico:

Cuando la lámpara de inducción y sus balastos electrónicos se instalan en un aparato cerrado, la temperatura máxima de la bombilla de la lámpara de inducción deberá ser inferior a 130ºC y la temperatura de la cubierta de balasto electrónico deberá ser inferior a 65ºC para garantizar la larga vida útil y de alta fiabilidad. Cuando el cliente requiera utilizar los modelos de inducción a temperaturas muy bajas se le ofrecerá un diseño especial para tal fin.

Funciones de protección de la Lámpara de Inducción:

El balasto electrónico utilizado en los sistemas de inducción cuenta con funciones especiales para la detección de fallas, la protección en circuito abierto y de la potencia de cortocircuito transitoria, al igual que la pérdida de suministro. El funcionamiento se reanudará después del restablecimiento del suministro normal de energía, de forma instantánea, garantizando con esto la vida útil de la lámpara de inducción y del balasto electrónico.

Usos de los sistemas de iluminación a Inducción:

La lámpara de inducción es una nueva fuente de luz con tecnología verde, ahorro de energía, libre de mantenimiento, alto índice de reproducción de colores e iluminación natural, por lo cual es ampliamente utilizada en fábricas, tiendas, edificios de oficinas, aulas, supermercados, calles, aparcamientos, gasolineras, estadios deportivos, puentes, Etc. Es especialmente adecuada para la iluminación de túneles, metro y carteles, donde el costo de mantenimiento es alto y tienen difícil acceso.

Principales ventajas ofrecidas por el sistema de Inducción:

• Luz más brillante con menos consumo.

• Encendido y reinicio después de un fallo de alimentación instantáneo.

• Energía más eficiente debido a su alto factor de potencia.

• Facilita la visión directa, reduce el estrés y mejora la productividad.

• Funciona a temperaturas más bajas reduciendo los costos de refrigeración.

• Ahorro hasta de un 70% en energía, reduciendo las facturas de electricidad.

• Bombillas de bajo mantenimiento y larga duración reduciendo los costos de sustitución.

• No contienen productos tóxicos, por lo que son tecnología VERDE.

• Contribuye a la disminución del calentamiento global pues minimiza la combustión de combustibles fósiles.