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Sep 04, 2023

Códigos de actualización de LED, estándares

Las actualizaciones de iluminación LED se están volviendo populares debido a su eficiencia energética y operativa.

Las actualizaciones de iluminación LED se están volviendo populares debido a sus ahorros de energía y operativos. Las actualizaciones de LED pueden ahorrar un 40 % o más de energía en comparación con las fuentes de luz tradicionales, como las incandescentes, las halógenas y las de descarga de alta intensidad (HID).

Fuentes como la Administración de Información Energética de EE. UU. indican que la iluminación representa aproximadamente el 26 % del uso de energía en los edificios comerciales. También es ampliamente conocido que los edificios consumen más del 40% de la energía en los Estados Unidos, según el Departamento de Energía de los Estados Unidos.

La Ley de Seguridad e Independencia Energética de EE. UU. de 2007 marcó el 1 de enero de 2014 como la fecha en que las empresas estadounidenses ya no pueden fabricar lámparas incandescentes de 100, 75, 60 y 40 W. Como resultado, las fuentes de luz LED son una alternativa atractiva a las lámparas que tradicionalmente se han utilizado para reemplazar las lámparas incandescentes, como las lámparas halógenas y fluorescentes.

¿Por qué usar LED?

¿Por qué las actualizaciones de LED son populares entre los clientes? Los LED tienen un impacto ambiental reducido en comparación con otras fuentes de luz. Esto es atribuible al ahorro de energía del uso de LED, así como a la longevidad de las fuentes de luz LED, lo que resulta en muchos menos reemplazos de lámparas con el tiempo. Los LED tampoco contienen materiales peligrosos como el mercurio, que se utiliza en las lámparas fluorescentes.

Los LED prácticamente no emiten rayos ultravioleta (UV) ni radiación térmica infrarroja (IR). Esto hace que las fuentes de luz LED sean ideales para lugares donde los rayos UV e IR no son deseables, como museos y galerías de arte. Los rayos UV e IR pueden degradar los materiales sensibles que se encuentran en estas instalaciones.

Las fuentes de luz LED funcionan bien en aplicaciones donde hay ciclos frecuentes de encendido y apagado. La vida útil de las lámparas fluorescentes se reduce cuando se usan con balastos de encendido instantáneo y hay cambios frecuentes. Las lámparas HID tienen un tiempo de retardo de reencendido (normalmente de 2 a 20 minutos) cuando se apagan para que puedan enfriarse antes de volver a encenderse. Esto hace que las lámparas HID sean ineficaces para aplicaciones de ciclo de interruptores. Por el contrario, no hay efectos perjudiciales con los frecuentes ciclos de encendido y apagado de los LED, lo que los hace populares en espacios que utilizan sensores de ocupación para ahorrar energía.

Cuando se encienden, los LED se encienden instantáneamente con una salida de luz completa y no requieren un período de calentamiento para alcanzar la salida de luz completa como lo hacen muchas lámparas fluorescentes compactas (CFL) y lámparas HID. Los LED también funcionan bien en temperaturas frías, mientras que otras fuentes de luz, como las lámparas fluorescentes, tienen una degradación del lumen a temperaturas más bajas.

La vida nominal de la mayoría de las fuentes de luz LED es mayor que la de las fuentes de luz comparables, incluidas las lámparas halógenas, HID y la mayoría de las lámparas fluorescentes. Además, el costo del ciclo de vida de los LED es favorable en comparación con otras fuentes de luz debido a su larga vida útil y su eficiencia energética.

Opciones de actualización de LED

Hay varias opciones de actualización con fuentes de luz LED. Las modernizaciones populares incluyen una lámpara LED A19 atornillada con balasto propio o una lámpara LED PAR atornillada. Una fuente de luz LED A19 típica usa 13 W en comparación con una lámpara incandescente A19 de 60 W con una salida de lúmenes similar. Esto resulta en una reducción del 78% en el uso de energía.

La fuente de luz LED A19 del ejemplo anterior tiene una vida útil típica de 25 000 h en comparación con las 1000 h de una lámpara incandescente A19 estándar.

Al comparar los costos del ciclo de vida, los bajos costos operativos y de mantenimiento de las fuentes de luz LED las hacen muy atractivas en comparación con la lámpara incandescente A19. En nuestro ejemplo, una lámpara incandescente tendría que cambiarse 25 veces antes de que fuera necesario cambiar la lámpara LED.

Otra opción de actualización de LED es reemplazar las lámparas fluorescentes tubulares T8 y T12 (generalmente de 4 pies lineales) con lámparas LED tubulares. Las lámparas T8 y T12 son omnidireccionales, lo que significa que la luz se emite en todas direcciones desde la lámpara. La luz omnidireccional puede no ser deseable; Los reflectores en los accesorios de iluminación se utilizan para ayudar a proporcionar una distribución más uniforme de la luz.

Muchas de las primeras modificaciones de LED tubulares lineales tenían ángulos de haz estrechos, lo que presentaba problemas con una buena distribución de la iluminación.

Varios fabricantes ofrecen un kit de actualización LED completo con el controlador LED y las lámparas LED tubulares. La conversión implicaría eliminar el balasto magnético existente, los portalámparas de las lámparas fluorescentes y las lámparas fluorescentes mismas. Otra opción es un kit de actualización que se completa con LED y controlador que vienen como un conjunto y se montan directamente en la carcasa de la luminaria existente. Una ventaja de este estilo de kit de actualización es que la fotometría está disponible para el análisis.

Los LED tubulares pueden reducir el uso de energía en aproximadamente un 40 % en comparación con las lámparas T8 estándar de 32 W con un factor de balasto normal (0,88) mientras producen un nivel de luz similar en el área objetivo. Sin embargo, la mayoría de las lámparas LED tubulares nuevas tienen un ángulo de haz amplio (como 160 grados) que ha solucionado este problema.

Otra aplicación popular de actualización de LED es el alumbrado público y la iluminación de estacionamientos. Muchas luminarias existentes en estas aplicaciones utilizan lámparas HID, como las de sodio de alta presión (HPS) y las de halogenuros metálicos (MH).

El uso de iluminación LED para calles y estacionamientos en lugar de iluminación HID tiene muchos beneficios significativos. Estos incluyen la reducción del uso de energía y la longevidad, lo que resulta en menos cambios de lámparas (lo que ahorra altos costos de mantenimiento con postes de luz altos). Los LED también reducen el riesgo de espacios mal iluminados cuando las lámparas HID se queman (debido a su vida nominal más corta) y las áreas se vuelven inseguras. Los LED también son flexibles cuando se trata de capacidad de control, como atenuación o detección de ocupación, ahorro de energía y ayuda a cumplir con los códigos de energía.

Consideraciones de código

¿Cuáles son algunas de las consideraciones relacionadas con el código al adaptar los accesorios de iluminación existentes con fuentes de luz LED? En la mayoría de los casos, un accesorio de iluminación existente está listado por UL en función de un tipo de lámpara en particular (como las T8). Lo más probable es que la lámpara que se va a adaptar no tenga una certificación UL con una fuente de luz LED de actualización.

Es importante consultar con la autoridad competente (AHJ) para determinar si los kits de actualización de luminarias requieren inspección y cómo se establece el cumplimiento. En un documento en línea, UL da a entender que la modificación de un accesorio mediante el reemplazo de las lámparas y balastos existentes en el campo podría anular la inclusión en la lista de UL. Las AHJ pueden exigir que un kit de actualización de LED esté clasificado por UL en la categoría de producto "Conversiones de luminarias, actualización (IEUQ)". Según UL, "estos productos han sido investigados para determinar que, cuando se usan de acuerdo con las instrucciones del fabricante, no afectan negativamente el funcionamiento de la unidad completa".

Una luminaria que se modifica para que ya no pueda aceptar la lámpara original debe tener una etiqueta adherida (proporcionada por el fabricante del kit de actualización) que indica que la luminaria ha sido modificada y ya no puede operar la(s) lámpara(s) prevista(s) originalmente. La etiqueta es una manera fácil para que la AHJ identifique si un kit de actualización de conversión cumple con la marca clasificada de UL.

Algunas de estas fuentes de luz lineal LED tubulares pueden utilizar los balastos electrónicos de las lámparas T8 existentes. Esto facilita el cambio de las lámparas T8 lineales sin tener que quitar el balasto existente e instalar un nuevo controlador LED.

Consideraciones de diseño

Hay otros elementos que los diseñadores de iluminación deben tener en cuenta al evaluar las actualizaciones de LED. El diseñador debe estudiar las especificaciones del LED para verificar si la lámpara funcionará en una aplicación específica. Si se va a realizar un análisis de fotometría de iluminación, es importante recordar que la información de fotometría de luminarias se desarrolló originalmente utilizando lámparas omnidireccionales. Si el retrofit es un reemplazo de lámpara, la fotometría de la luminaria no se puede utilizar si la nueva lámpara LED no es omnidireccional, como los reemplazos tubulares T8. Algunos kits de reacondicionamiento que vienen como un conjunto que se inserta en la casa existente tienen información fotométrica disponible.

Las lámparas LED con balasto propio pueden no ser adecuadas para dispositivos de iluminación totalmente cerrados debido a la disipación de calor.

Las fuentes de luz LED que están marcadas como "adecuadas para usar en luminarias abiertas" se pueden usar para reemplazar lámparas en aplicaciones donde la luminaria está abierta y no requiere una barrera de contención de lámpara adicional.

Otra consideración es la eficacia del sistema de luminarias. Una fuente de luz LED no necesariamente tiene que tener los mismos lúmenes que la lámpara que está reemplazando. Esto puede ser aceptable en algunos casos, como una actualización de LED de un accesorio montado en un poste de iluminación exterior que se utiliza para el alumbrado público y/o la iluminación de estacionamientos. La mayoría de las actualizaciones de LED implican reemplazar toda la luminaria mientras se reutiliza el poste existente.

Para la iluminación exterior, una de las razones por las que se aceptan lúmenes LED más bajos es que la uniformidad de la luz proporcionada por las fuentes LED a menudo mejora drásticamente. No se gasta energía creando puntos calientes en el suelo. El diseño de iluminación exterior requiere que la iluminación proporcione el nivel de luz mínimo permitido en el área iluminada y no el promedio. Por lo tanto, con una uniformidad de iluminación mejorada, la luminaria LED puede funcionar con niveles de lúmenes generales más bajos.

Las lámparas HID como HPS y MH parecen ser muy eficientes (100 lúmenes/W o más) cuando uno se enfoca únicamente en la eficacia de la fuente. Sin embargo, la eficacia de la fuente no refleja con precisión la cantidad de luz que se entrega realmente desde la fuente de luz al área objetivo, como una calle o un estacionamiento.

Las luminarias con fuentes de luz LED suelen tener una mayor eficacia del sistema en comparación con otras fuentes de luz. La eficiencia del sistema se basa en cuántos lúmenes alcanzan realmente el área objetivo. No es lo mismo que el número de lúmenes emitidos por la lámpara (eficacia de la fuente).

Las lámparas HID son omnidireccionales y requieren reflectores dentro de una luminaria para reflejar la luz al área objetivo. Sin embargo, no toda la luz se puede redirigir de manera efectiva. Por lo general, el 40 % o más de la luz de las lámparas HID no llega al área objetivo.

Las fuentes de luz LED suelen ser direccionales, lo que significa que los lúmenes alcanzan el área objetivo sin necesidad de ser reflejados o redirigidos.

Una luminaria típica con una fuente de luz LED (con una eficacia de fuente de alrededor de 100 lúmenes/W) tiene una eficacia del sistema de 50 a 75 lúmenes/W. Una luminaria típica con una lámpara HID tiene una eficacia del sistema de 30 a 35 lúmenes/W. Los controladores LED generalmente son más eficientes energéticamente que los balastros HID.

La temperatura del color y el índice de reproducción cromática (CRI) también son factores importantes a tener en cuenta al seleccionar fuentes de luz LED. La mayoría de los LED tienen una mayor eficacia a medida que aumenta la temperatura del color con una salida de luz más fría.

Los LED están disponibles con CRI en los años 80 y 90. El CRI actual es una medida de las primeras ocho (R1 a R8) muestras de referencia de color, que son de color pastel. Sin embargo, la métrica CRI actual no incluye colores saturados como los rojos intensos (R9). Aparte del halógeno, la mayoría de las fuentes de luz típicas no representan muy bien la métrica R9. Muchos fabricantes de LED ahora ofrecen productos con reproducción cromática saturada mejorada y especificando valores R9 CRI.

Los diseñadores de iluminación también deben verificar que los LED especificados tengan su documentación IES LM-79, LM-80 y TM-21 disponible. Consulte el artículo "Utilice los recursos adecuados para especificar los LED" en la edición de agosto de 2012 de Consulting-Specification Engineer.

Recursos adicionales excelentes incluyen Design Lights Consortium y Energy Star Qualified LED Lighting. Estos recursos aseguran que los productos cumplan con altos estándares de calidad y desempeño. El programa CALiPER (Evaluación e informes de productos LED comercialmente disponibles) del Departamento de Energía de los EE. UU. prueba y evalúa los productos LED listos para usar para ver si realmente funcionan según la clasificación.

ahorros en operación y mantenimiento

La depreciación del lumen es importante al evaluar los costos del ciclo de vida. Las lámparas de halogenuros metálicos en particular sufren una depreciación sustancial del flujo luminoso durante períodos de tiempo relativamente cortos.

La vida útil de los LED generalmente se define como el tiempo de funcionamiento antes de la depreciación del lumen del 30 % o del mantenimiento del lumen del 70 % (L70). Este nivel de depreciación del lumen ha sido ampliamente adoptado como estándar para la vida útil. Por lo general, la mayoría de las personas no detectan una disminución del 30 % en los niveles del lumen.

Muchos LED tienen una vida útil L70 de 50 000 a 100 000 h, lo que los hace atractivos en comparación con la mayoría de las otras fuentes de luz.

Los análisis de costos del ciclo de vida de los LED generalmente muestran que los costos totales de 15 años los hacen atractivos en la mayoría de los escenarios. Las comparaciones de costos del ciclo de vida deben incluir el número de años para el análisis; el número de luminarias; el costo inicial de la luminaria (incluido el tipo de lámpara); los costos iniciales de instalación; las horas anuales de operación; el costo de la electricidad por kWh; los costos de reemplazo de la lámpara durante el tiempo de comparación (por ejemplo, 15 años); los costos de reemplazo del balasto/controlador durante el tiempo de comparación; el costo de cambiar la lámpara/balasto durante el tiempo de comparación; y los costes de eliminación de lámparas.

La Tabla 1 enumera un análisis del costo del ciclo de vida de un estudio realizado por la Oficina de Construcción y Administración de Instalaciones del Departamento de Asuntos de Veteranos en octubre de 2011. El análisis compara HID con LED en una aplicación de estacionamiento.

Las consideraciones adicionales incluyen la capacidad de control de las fuentes de luz LED en comparación con fuentes como HID que tienen un control limitado debido al tiempo de calentamiento de las lámparas HID. Esto es especialmente importante con mayores requisitos de control de iluminación en el estándar ASHRAE 90.1-2010 para iluminación exterior y garajes de estacionamiento. Las fuentes de luz LED no tienen un tiempo de calentamiento y su vida útil no se acorta por ciclos frecuentes, lo que las hace ideales para un control efectivo de horario y ocupación en comparación con otras fuentes de luz (por ejemplo, HID).

Las actualizaciones de LED brindan energía, así como ahorros en costos operativos y de mantenimiento en comparación con las fuentes de luz tradicionales. Los LED brindan a los diseñadores de iluminación y clientes beneficios y opciones que no eran posibles en el pasado.

Michael Chow es el fundador y propietario de Metro CD Engineering. Tiene un BSEE de la Ohio Northern University y es miembro del consejo asesor editorial de Consulting-Specification Engineer y ganador de 40 Under 40 de 2009.

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