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Jul 30, 2023

Códigos y estándares de actualización de LED

Las modernizaciones de iluminación LED se están volviendo populares debido a su ahorro energético y operativo. Las modernizaciones de LED pueden ahorrar un 40% o más de energía en comparación con fuentes de luz tradicionales como las incandescentes,

Las modernizaciones de iluminación LED se están volviendo populares debido a su ahorro energético y operativo. Las modernizaciones 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).

Recursos 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 bien sabido que los edificios consumen más del 40% de la energía en Estados Unidos, según el Departamento de Energía de 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 la 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 halógenas y fluorescentes.

¿Por qué utilizar LED?

¿Por qué las adaptaciones de LED son populares entre los clientes? Los LED tienen un impacto medioambiental reducido en comparación con otras fuentes de luz. Esto se puede atribuir al ahorro de energía que supone el uso de LED, así como a la longevidad de las fuentes de luz LED, lo que da como resultado 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 de calor 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 frecuentes ciclos de encendido y apagado. La vida útil de las lámparas fluorescentes disminuye cuando se utilizan con balastos de arranque instantáneo y hay cambios frecuentes. Las lámparas HID tienen un retardo de tiempo de reinicio (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 conmutación. 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 total 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, sufren una degradación del lúmenes a temperaturas más bajas.

La vida útil nominal de la mayoría de las fuentes de luz LED es mayor que la de fuentes de luz comparables, incluidas las halógenas, HID y la mayoría de las lámparas fluorescentes. Además, el coste 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

Existen varias opciones de modernización con fuentes de luz LED. Las adaptaciones populares incluyen una lámpara LED A19 de rosca con balasto automático o una lámpara LED PAR de rosca. Una fuente de luz LED A19 típica utiliza 13 W en comparación con una lámpara incandescente A19 de 60 W con una salida de lúmenes similar. Esto equivale a 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, sería necesario cambiar una lámpara incandescente 25 veces antes de que fuera necesario cambiar la lámpara LED.

Otra opción de modernización de LED es reemplazar las lámparas fluorescentes tubulares T8 y T12 (normalmente de 4 pies lineales) por 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 de luz más uniforme.

Muchas de las primeras adaptaciones 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 de LED completo con el controlador LED y las lámparas LED tubulares. La conversión implicaría eliminar el balastro magnético existente, los portalámparas de las lámparas fluorescentes y las propias lámparas fluorescentes. Otra opción es un kit de actualización que se completa con LED y un 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 análisis.

Los LED tubulares pueden reducir el consumo de energía en aproximadamente un 40 % en comparación con las lámparas T8 estándar de 32 W con un factor de balasto normal (0,88), al tiempo que 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 modernización 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 importantes. Estos incluyen un uso reducido de energía y una mayor longevidad, lo que resulta en menos cambios de lámparas (ahorrando 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 útil más corta) y las áreas se vuelven inseguras. Los LED también son flexibles en cuanto a controlabilidad, como atenuación o detección de ocupación, ahorran energía y ayudan a cumplir con los códigos de energía.

Consideraciones de código

¿Cuáles son algunas de las consideraciones relacionadas con el código al modernizar artefactos de iluminación existentes con fuentes de luz LED? En la mayoría de los casos, un dispositivo de iluminación existente está listado por UL según un tipo de lámpara en particular (como las T8). Lo más probable es que el dispositivo que se está modernizando no tenga una certificación UL con una fuente de luz LED modernizada.

Es importante consultar con la autoridad competente (AHJ) para determinar si los kits de modernización de luminarias requieren inspección y cómo se establece el cumplimiento. En un documento en línea, UL implica que modificar un dispositivo reemplazando las lámparas y balastros existentes en el campo podría anular la certificación UL. Las autoridades competentes pueden exigir que un kit de modernización de LED esté clasificado por UL en la categoría de producto “Conversiones de luminarias, modernización (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 adaptación) que indique que la luminaria ha sido modificada y ya no puede operar las lámparas originalmente previstas. La etiqueta es una manera fácil para que la autoridad competente identifique si un kit de modernización de conversión cumple con la marca de clasificación UL.

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

Consideraciones de diseño

Hay otros elementos que los diseñadores de iluminación deben considerar al evaluar las adaptaciones 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 la modernización 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 modernización que vienen como un conjunto que se inserta en la casa existente tienen información fotométrica disponible.

Es posible que las lámparas LED con balasto automático no sean adecuadas para dispositivos de iluminación totalmente cerrados debido a la disipación de calor.

Las fuentes de luz LED marcadas como "adecuadas para uso 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 necesita necesariamente tener los mismos lúmenes que la lámpara que reemplaza. Esto puede ser aceptable en algunos casos, como en una adaptación LED de un dispositivo montado en un poste de iluminación exterior utilizado para alumbrado público y/o iluminación de estacionamientos. La mayoría de las modificaciones de LED implican reemplazar toda la luminaria y reutilizar 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 emitida por las fuentes LED a menudo mejora drásticamente. La energía no se gasta 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 generales de lúmenes más bajos.

Las lámparas HID como HPS y MH parecen ser muy eficientes (100 lúmenes/W o más) cuando uno se centra únicamente en la eficacia de la fuente. Sin embargo, la eficacia de la fuente no refleja con precisión cuánta luz llega 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 llegan realmente al área objetivo. No es lo mismo que el número de lúmenes que emite la lámpara (eficacia de la fuente).

Las lámparas HID son omnidireccionales y requieren reflectores dentro de una luminaria para reflejar la luz hacia el área objetivo. Sin embargo, no toda la luz puede redirigirse de forma eficaz. Normalmente, 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 llegan al área objetivo sin necesidad de reflejarse ni redirigirse.

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 son generalmente más eficientes energéticamente que los balastros HID.

La temperatura del color y el índice de reproducción cromática (CRI) también son factores importantes a considerar al seleccionar fuentes de luz LED. La mayoría de los LED tienen una mayor eficacia a medida que la temperatura del color aumenta 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 muestras de referencia de color (R1 a R8), que son de color pastel. Sin embargo, la métrica CRI actual no incluye colores saturados como los rojos fuertes (R9). Aparte de las halógenas, la mayoría de las fuentes de luz típicas no reproducen muy bien la métrica R9. Muchos fabricantes de LED ofrecen ahora productos con una reproducción de color saturada mejorada y especifican valores de CRI R9.

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

Otros recursos excelentes incluyen Design Lights Consortium y Energy Star Qualified LED Lighting. Estos recursos garantizan que los productos cumplan con altos estándares de calidad y rendimiento. El programa CALiPER (Evaluación e informes de productos LED disponibles comercialmente) del Departamento de Energía de EE. UU. prueba y evalúa productos LED disponibles en el mercado para ver si realmente funcionan según lo clasificado.

Ahorros de operación y mantenimiento

La depreciación lumínica es importante al evaluar los costos del ciclo de vida. Las lámparas de halogenuros metálicos, en particular, sufren una importante depreciación del lúmenes en periodos de tiempo relativamente cortos.

La vida útil de los LED generalmente se define como el tiempo de funcionamiento antes de una depreciación lumínica del 30% o un mantenimiento del lumen del 70% (L70). Este nivel de depreciación lumínica se ha adoptado ampliamente como estándar de vida útil. La mayoría de las personas no suelen detectar una disminución del 30 % en los niveles de luz.

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 la cantidad de años para el análisis; el número de luminarias; el coste inicial de la luminaria (incluido el tipo de lámpara); los costos iniciales de instalación; las horas de funcionamiento anuales; el costo de la electricidad por kWh; los costos de reemplazo de la lámpara durante el período de comparación (por ejemplo, 15 años); los costos de reemplazo de lastre/controlador durante el tiempo de comparación; el costo de cambiar la lámpara/balasto durante el tiempo de comparación; y los costos de eliminación de la lámpara.

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

Consideraciones adicionales incluyen la controlabilidad 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 la Norma ASHRAE 90.1-2010 para iluminación exterior y estacionamientos. Las fuentes de luz LED no tienen un tiempo de calentamiento y su vida útil no se acorta con ciclos frecuentes, lo que las hace ideales para un control efectivo de programación y ocupación en comparación con otras fuentes de luz (por ejemplo, HID).

Las modernizaciones de LED proporcionan ahorros de energía y costos operativos y de mantenimiento en comparación con las fuentes de luz tradicionales. Los LED brindan a los diseñadores y clientes de iluminación 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-Specifying Engineer y ganador de 40 Under 40 en 2009.

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