Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías II Seminario Latinoamericano y del

1. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías II Seminario Latinoamericano y del Caribe de Eficiencia Energética La Habana, Cuba 27 de Octubre 2009 Presentado por INTEC de México, S. A.

2. Agenda • Fundamentos de Iluminación • Lámparas y Luminarias • Prácticas de Ahorro • Tecnología LED • Aplicaciones LED • Evaluación Económica de Proyectos de Ahorro • Conclusiones Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

3. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

4. 1. Fundamentos de Iluminación Aspectos de Iluminación: Necesidades Humanas Visibilidad Desempeño de tarea Confort visual Comunicación social Atmósfera y humor Salud, seguridad y bienestar Economía y Medioambiente Instalación Mantenimiento Operación Energía Ambiente Arquitectura Forma Composición Estilo Códigos y Estándares CALIDAD DE ILUMINACIÓN Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

5. 1. Fundamentos de Iluminación Definiciones (1 de 3): • Luz: Energía radiante capaz de excitar la retina humana, y crear sensación visual. • Color: Característica de la luz por la que el observador puede distinguir entre cantidades de luz del mismo tamaño, forma y estructura. • Espectro electromagnético: Representación gráfica de la energía radiante en un arreglo, dependiendo de su longitud de onda o frecuencia. La región visible se encuentra entre 380 y 780 nm. • Reproducción de Color (CRI): Es la expresión general para el efecto de una fuente de luz sobre la apariencia de color en objetos, en comparación conciente o inconciente con su apariencia de color bajo una fuente de luz de referencia (luz solar). Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

6. 1. Fundamentos de Iluminación Definiciones (2 de 3): • Método CIE para Especificación de Color: • Temperatura de Color: Describe el color que adquiere un filamento de tungsteno a diferentes temperaturas (°K). Define el blanco cálido, blanco frío y blanco luz de día. Fuente: http://www.benyalighting.com . Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

7. 1. Fundamentos de Iluminación Definiciones (3 de 3): • Flujo Luminoso: Cantidad de luz capaz de emitir una lámpara en todas las direcciones. Unidad: Lumen (lm) • Eficiencia Luminosa: Es la tasa de conversión de potencia eléctrica en flujo luminoso. Unidad: lm/w • Iluminancia: Es la cantidad de luz que incide en una superficie. Es medida de nivel de iluminación. Unidad: lux (lx) Fuente: CONAE www.conae.gob.mx . Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

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9. Tipos de Fuentes Luminosas: • Luminiscente: • a) Foto luminiscente • Descarga de gas • Fluorescente • Fosforescente • Láser • b) Electro luminiscente • Lámparas electro luminiscentes • Diodos emisores de luz Cátodo luminiscentes • c) Fenómenos Misceláneos • Por efectos químicos, • térmicos, de radiación, etc. • Incandescente: • Lámparas de Filamento • Piro luminiscencia (llama) • Cando luminiscencia (flama de gas) • Radiación de arco de carbono 2. Lámparas y Luminarias Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

10. Tipos y Componentes de Luminarias: Una luminaria es un dispositivo para producir, controlar y distribuir luz. • Tipos de Luminarias: • Filamento incandescente, incluyendo tungsteno halógeno y lámparas infrarrojas • Fluorescente • Fluorescente compacta • Inducción, incluyendo lámparas fluorescentes y de sulfuros • Lámparas de Descarga de Alta Densidad, incluyendo aditivos metálicos, vapor de sodio alta presión y de mercurio • Componentes de Luminarias: • Una o más lámparas (focos) • Dispositivos ópticos diseñados para distribuir la luz • Sockets para posicionar, proteger y conectar las lámparas al suministro de energía eléctrica • Fuente o balastro (si aplica) para alimentar la lámpara adecuadamente • Componentes mecánicos para soportar o fijar la luminaria 2. Lámparas y Luminarias Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

11. Caracterización de Lámparas: 2. Lámparas y Luminarias Fuente: Energy Management Handbook, 6ª Ed., excepto columna “LED” Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

12. Tipos de Balastros: • Con la excepción de sistemas incandescentes, prácticamente todos los sistemas de iluminación requieren un balastro (fluorescentes y descarga de alta intensidad). La principal función de un balastro es alimentar a la lámpara con un voltaje y una corriente predeterminados. La eficiencia de los balastros impacta directamente en al eficiencia total de la luminaria. • Para sistemas fluorescentes, existen dos tipos: • Balastros magnéticos (eficiencia típica desde 68%) • Balastros electrónicos (eficiencia típica 88%) • Para sistemas de descarga de alta intensidad, además de la función de alimentación eléctrica, el balastro puede ser “dimmeable” para ahorro de energía. 2. Lámparas y Luminarias Fuente: : Energy Management Handbook, 6ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

13. Eficiencia del Dispositivo de Luminaria: Además de la tecnología de la lámpara (foco) y la tecnología del balastro a utilizarse, también un importante papel en la eficacia luminosa total de una luminaria juega el diseño del dispositivo que contiene los componentes. Los aspectos que más influyen en la cantidad y distribución luminosa en un luminaria son: difusor o lente y el reflector. Dependiendo del difusor o lente, la eficiencia de luminaria como dispositivo es: Lentes prismáticos transparentes 60 – 70% Lentes transparentes de bajo deslumbramiento 60 – 75% Tablilla parabólica 35 – 70% Difusor traslúcido 40 – 60% 2. Lámparas y Luminarias Fuente: : Energy Management Handbook, 6ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

14. Eficiencia Total de Luminarias: • Tomando en cuenta los factores de eficacia luminosa descritas en diapositivas anteriores, se puede pronunciar la siguiente fórmula: • Eficiencia Total (lm/W) = • ADEMÁS, PARA EL DESEMPEÑO DE LA LUMINARIA SE DEBE CONSIDERAR: • Decaimiento lumínico con el tiempo de operación • Factor de deslumbramiento y otros tipos de contaminación luminosa Eficiencia Foco (lm/W) Eficiencia Balastro x Eficiencia Dispositivo 2. Lámparas y Luminarias Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

15. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

16. Áreas de Oportunidad para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Luz de día Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

17. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Identificar aplicación Maximizar potencial de eficiencia energética Agrupar tareas visuales similares Planear horarios de ocupación Luz de día Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

18. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Luz de día Evaluar potencial en etapa temprana de diseño de espacios Detalles arquitectónicos Minimizar efectos negativos del sol Reducir ganancia de calor Controlar luz de día Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

19. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Luz de día Fuentes luminosas Seleccionar la más alta eficiencia, cuidando color, tamaño y características de operación largo plazo Considerar factor de balastro Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

20. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Luz de día Considerar temperatura de ambiente, requerimientos de color, accesibilidad y control de deslumbramiento Efectividad y ambiente visual confortable Considerar aprovechamiento o disipación de calor Considerar la eficiencia total Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

21. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios Luz de día Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación Pueden ser centralizados, individuales o combinados Programación para reducir demanda pico Diferentes estrategias dependiendo áreas y sus necesidades Sistema flexible a cambios en utilización 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

22. Estrategias para Ahorro: Diseño y utilización de espacios • Mantenimiento planificado (preventivo) • Causas de pérdida lumínica: • Decaimiento lumínico • Suciedad acumulada en lámpras y luminarias • Falla de lámpara • Deterioro de superficie de luminaria • Suciedad acumulada en el espacio Luz de día Fuentes luminosas Necesidades de Iluminación 3. Prácticas de Ahorro Luminarias Controles de iluminación Operación y mantenimiento Fuente: IESNA Lighting Handbook, 9ª Ed. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

23. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

24. Porque LED… Vapor de Sodio Alta Presión 144.10 W 4. Tecnología LED Fuente: PG&E Company Application Assessment Report 0727, 2008. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

25. Porque LED… LED 58.66 W = 57.6% de ahorro energético + 100% de ahorro en mantenimiento 4. Tecnología LED Fuente: PG&E Company Application Assessment Report 0727, 2008. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

26. Eficiencia Lumínica del LED… 4. Tecnología LED Fuente: DOE Energy Efficiency of White LEDs, 2009 Vida útil: > 50,000 horas Fuente: Datos LED de Presentación UL8750 en UL LED Lighting Summit, Cd. de México. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

27. Qué es un LED • Un diodo emisor de luz está hecho de material semiconductor. Se le dopa con impurezas como el fósforo. Dependiendo del material añadido, se obtiene capa N (con electrones extra), ó capa P (con falta de electrones u “hoyos”). Los materiales más comunes son: AlInGaP e InGaN. • Cuando la corriente fluye a través del LED, los electrones se mueven en una dirección y los “hoyos” en otra • Los electrones libres, provenientes de la capa N, llenan los “hoyos” de la capa P, ocasionando caída de un nivel orbital alto a uno bajo en el átomo receptor. • La energía extra es liberada en forma de fotones, el tamaño de la caída determina en nivel energético (frecuencia) del fotón, lo que resulta en luz de diferente color 4. Tecnología LED Fuente: Datos LED de Presentación UL8750 en UL LED Lighting Summit, Cd. de México. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

28. Tipos de LED Así como casi todos los componentes electrónicos, los LEDs se pueden clasificar por su ensamble en “true hole” y de superficie. El problema de true hole, como los leds de 5 mm, radica en que su único medio de disipación de calor son sus electrodos, lo que ocasiona decaimiento lumínico muy precipitado. 4. Tecnología LED Para señalización, se utilizan todo tipo de LEDs, sin embargo para iluminación, se recomiendan los LEDs de tipo de alta intensidad por su eficacia. Fuente: Philips Lighting Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

29. Criterios de Calidad de Luminaria LED • Desempeño Luminoso • Eficiencia lumínica total (lm/watt) • Mantenimiento luminoso (prueba de 6,000 horas) • Patrón y homogeneidad de radiación (depende de aplicación) • CRI (≥ 70) • Temperatura de Color (desde 2,400 °K para blanco cálido, hasta 7,000 °K para blanco frío) • Desempeño Ambiental • Resistencia a vibración mecánica • Resistencia a la lluvia y humedad (IP) • Resistencia al polvo 4. Tecnología LED Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

30. Criterios de Calidad de Luminaria LED • Desempeño Eléctrico • Eficiencia de la Fuente CA (>0.85) • Eficiencia del Driver CD (>0.85) • Rango de voltaje de entrada (90Vca,260Vca) • Factor de potencia (>0.90) • Distorsión Harmónica (< 30%) • Desempeño Térmico • Resistencia térmica del diseño • Temperatura de unión del LED • Temperatura de ambiente 4. Tecnología LED Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

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32. Criterios de Calidad de Luminaria LED El alumbrado público es uno de los campos de mayor eficacia de las luminarias LEDs, por su característica de dirigir la luz a grandes distancias. Otra ventaja es que, por su bajo consumo, las luminarias LED pueden ser conectadas a red o ser autónomas alimentadas por un sistema Fotovoltaico. Este último caso es muy interesante, ya que, en algunas ocasiones, la inversión en alumbrado público solar de LEDs puede ser menor a instalar y cablear un sistema de alumbrado tradicional. 5. Aplicaciones LED Fuente: Philips Lighting Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

33. Interiores Las aplicaciones ya comunes para luminarias de LEDs en interiores han sido luz de tarea o luz de acento. Conforme está subiendo la eficiencia de los LEDs, y se mejora el manejo térmico de las luminarias, los LEDs comienzan a sustituir lámparas incandescentes y hasta fluorescentes en aplicaciones. www.ledlightingfactory.com/images/kitchen_led 5. Aplicaciones LED www.metaefficient.com/leds/geobulb-a-led-bulb-that-replaces-a-60w-bulb.html www.ledlightingfactory.com/images/led-museum-lighting-fixtures.jpg Fuente: Philips Lighting Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

34. Señalización La señalización es el campo de aplicación de los LEDs de mayor tiempo y participación en el mercado. Desde que se inventó el LED en los años 60’s, se han utilizado en indicadores luminosos de aparatos eléctricos y en letreros luminosos. A principios de la primer década de este siglo, los LEDs comenzaron a formar de parte de señalización vial como los semáforos y flecheros. Otra gran área de aplicación son las señales de emergencia, que por su característica de discreción utiliza muy poca cantidad de luz. 5. Aplicaciones LED Fuente: Philips Lighting Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

35. Iluminación Arquitectónica • Además de la alta eficiencia energética de las luminarias de LEDs, estos ofrecen otras dos ventajas para la iluminación arquitectónica: • Largo alcance por la direccionalidad de los LEDs • Posibilidad de apariencia de millones de colores por la tecnología RGB (red green blue) de los LEDs Fuente: Philips Lighting Abu Dabi) 5. Aplicaciones LED Fuente: www.festivalmorelia.com.mx Fuente: Philips Lighting (Atenas) Fuente: Philips Lighting Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

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37. Metodología de Evaluación Económica • Debido a que las luminarias de tecnologías eficientes (como LEDs) representan, en la mayoría de los casos, una inversión significativamente mayor a las alternativas tradicionales, se debe contemplar el proyecto en el tiempo. • Los beneficios económicos de un proyecto de eficiencia energética provienen de dos tipos de ahorro: energía eléctrica y mantenimiento. • Se evalúa en el tiempo de vida del proyecto ambas alternativas: la eficiente y la tradicional, a través de un análisis de flujos financieros (gastos), y se obtienen parámetros de decisión de inversión como: • Valor Presente Neto • TIR • Tiempo de recuperación (payback) 6. Evaluación Económica Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

38. Ejemplo de Evaluación Económica vs LEDs 112 Vapor de Sodio Alta Presión 250 6. Evaluación Económica Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

39. Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

40. Retos para Tecnología LED • Aumento de Eficiencia Lumínica > 120 lm/w • Aumento de Temperatura de Unión del LED > 100°C • Mejora de Disipación Térmica • Aumento de Eficiencia de Drivers y Fuentes > 90% • Mejora en la Eficiencia Óptica y Distribución Luminosa > 90% • Disminución de Costos por Economías de Escala 7. Retos Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

41. Retos para el Mercado de Consumo de LEDs • Mayor difusión y promoción de ventajas de productos de LEDs • Implementación de mecanismos de soporte financiero a proyectos de eficiencia energética: más accesibilidad, menor complejidad • Mayor normalización para productos de iluminación general • Incentivos de consumo a través de reglamentación • Estudios de ciclo de vida del producto e internalización de externalidades 7. Retos Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.

42. Contacto Gleb Kouznetsov Director Ecotecnologías Intec de México Email gleb@intec.com.mx www.intec.com.mx Iluminación Eficiente: Aplicaciones y Nuevas Tecnologías □ Ing. GlebKouznetsov P. INTEC de México, S. A.