El oportuno artículo escrito por la periodista Elena Sevillano del diario El País, (20/04/11) manifiesta claramente el interés que podría representar para España un cambio de tecnología para iluminación pública de sus centros urbanos y de sus vías de comunicación.
Mas allá de la materia del ahorro energético y la reducción en el costo del mantenimiento de las instalaciones abordadas por el artículo, las posibilidades que abren con el cambio de tecnología pone en evidencia la superioridad técnica de los LEDs sobre las bombillas de vidrio.
La utilización de la tecnología de los semiconductores para el alumbrado de las calles no es nueva; ya varias ciudades en el mundo, al la cabeza de las cuales está Los Angeles con mas de 10.000 puntos de luz instalados, implementan la sustitución progresiva de su parque de luminarias a base de bombillas de vidrio generalmente de sodio alta presión. Cuarenta años luego de su invención , los Light Emitting Diodes o LEDs (diodos electroluminiscentes) están convirtiéndose en la tecnología mas adaptada para la iluminación de vías urbanas.
Esta segunda era de la iluminación eléctrica, la era de los semiconductores, tiene características importantes que la sitúan a la par de otras revoluciones en otros campos industriales en los cuales componentes basados en semiconductores han superado otras tecnologías: los rollos de película y los vinilos de discos son parte de ese legado histórico.
Esta nueva forma de hacer luz eléctrica con semiconductores se diferencia profundamente de la primera impulsada por el trabajo de Edison, porque se basa en dispositivos radicalmente diferentes que no requieren de uso recipientes de vidrio para contener la reacción física que produce la luz; y, liberarse de estas ampollas de vidrio es un adelanto significativo que va a permitir una mayor versatilidad y eficiencia a la hora de diseñar los sistemas de alumbrado y los dispositivos ópticos que producen la dispersión de la luz hacia el suelo.
Además, dado su reducido tamaño los aparatos de iluminación pública no van a requerir voluminosos reflectores lo que traerá como consecuencia que estos nuevos equipos de iluminación podrán hacerse cada vez mas compactos, mas diversificados y menos costosos.
A diferencia de las bombillas, ya no se trata de ionizar un gas con electrones balísticos que saltan a toda velocidad desde un electrodo (cátodo) atraídos por un campo eléctrico otro y a su paso golpear otros electrones del Mercurio vaporizado que encuentran en el camino y generar avalanchas que luego se transforman en arcos que a su vez generan luz. Con los LEDs el fenómeno físico que produce la iluminación es mucho mas complejo y mas versátil.
En el caso de los semiconductores se trata mas bien de un componente electrónico con cristales diseñados de manera a crear un flujo de electrones entre el material negativo, el tipo-n, y un material positivo, el tipo-p que por efectos de física cuántica son capaces, ante una diferencia de potencial específica, de producir fotones que emiten un tipo específico de longitud de onda que va desde el ultra violeta hasta el infra rojo pasando por casi todos los componentes del espectro visible. Los límites físicos de la extracción fotónica en los LEDs, es decir salida de luz de un cristal de semiconductor y del paquete que lo contiene, se cifran por encima de los 220lm/W: mas allá de la emisión de luz proveniente del Sodio a baja presión, la fuente de luz mas eficaz usada comercialmente para iluminar calles.
Esto significa que con el correr de los años la tecnología de los LEDs puede alcanzar una eficacia (conversión de energía eléctrica en estímulo visible) jamás lograda en la historia de la iluminación , con el consecuente ahorro energético tanto necesitado a medida que nos acercamos a los 7 billones de habitantes.
En un principio los LEDs eran considerados como una actividad marginal de la tecnología de los semiconductores entre las élites científicas y los ingenieros que trabajaban para el desarrollo de la televisión, las telecomunicaciones y la electrónica en general. Por azares de la ciencia y la intuición comercial de una sola empresa los diodos fueron ocupando nicho tras nicho para convertirse con el pasar de los años en el sustituto ideal para todas las fuentes de luz hasta ahora conocidas.
Este desarrollo ha sido gradual, con los LEDs sustituyendo poco a poco a las bombillas en aplicaciones donde la miniaturización, la longevidad y el tipo de luz que producen (sobre todo rojo, naranja y amarillo) fueron determinantes para el cambio. Luego de la invención del LED azul de potencia y subsecuentemente el color verde, se pudo contar con una trilogía capaz de generar todos los colores incluyendo la posibilidad de generar luz blanca; desde ese entonces se generó una vinculación estrecha entre la generación de luz por semiconductores y su control preciso con la electrónica, lo que algunos llaman iluminación digital.
Alumbrado público con LED - aplicaciones
Por otra parte y de manera casi concomitante se comenzó a explorar la posibilidad de combinar la producción de luz azul usando LEDs con cristales de InGaN, con el uso de un recubrimiento a base de fósforos amarillos, tal y como se practica comúnmente en los tubos fluorescentes, para producir luz blanca. Este desarrollo tecnológico junto con un progreso sistemático en la capacidad de los LEDs de producir y extraer mas luz dio lugar a un creciente interés en aplicaciones en las cuales no se había podido trabajar aún: el alumbrado público era una de esas áreas donde se podría incursionar.
Con las halagadoras perspectivas que salían de los laboratorios de los 10 grandes fabricantes de LEDs compañías como Osram y Philips invirtieron en el desarrollo de productos que se pudiesen aplicar al alumbrado público entre otros objetivos.º
Una de las grandes particularidades de la utilización de los semiconductores radica en que estos objetos son planos y emiten luz en un solo hemisferio; esta característica los hace de por sí mucho mas eficientes si los comparamos con las bombillas que emiten luz en ambos hemisferios, superior e inferior. La luz requerida para el alumbrado público tiene que proyectarse a la calzada, es decir en una dirección descendente para un objeto colocado en un soporte sobre el pavimento. Una bombilla al emitir en ambos hemisferios requiere el uso de un reflector que permita recuperar la mitad de esa emisión de luz y devolverla hacia el objetivo, es decir hacia abajo. Como consecuencia todas las luminarias que se utilizan para el alumbrado de calles requieren un cuerpo relativamente voluminoso en comparación con la lámpara, que la envuelva y dirija los rayos de luz en un solo hemisferio.
Con los LEDs en cambio, la distribución original de los rayos de luz con ángulos sólidos mucho mas pequeños es mas favorable y requiere tan solo de ópticas concentradoras o dispersoras que dirija la luz hacia puntos específicos de la calzada. En cambio en las bombillas el tipo de óptica utilizada tiene también que recuperar la parte de la luz que sale hacia arriba.
Este característica, intrínseca de los objetos planos, permite que las luminarias sean mucho menos voluminosas y que las ópticas que se utilizan en su interior puedan adquirir formas mucho mas complejas y mejor adaptadas para distribuir la luz en patrones mas eficientes. El diminuto punto focal de un LED da lugar a una distribución mucho mas precisa de las intensidades de luz, que aquel producido por un reflector o un vidrio refractor que tienen que ser calculado para puntos focales mucho mas voluminosos e imprecisos.
Por otra parte, en una luminaria de tipo LED la repartición del flujo luminoso total es el resultado de la suma de las diferentes contribuciones individuales producidas por cada punto individual considerado como un conjunto; en cambio, con las bombillas cada faceta del reflector o del vidrio refractor, aunado a la dispersión propia del punto focal de la bombilla contribuye a crear la red de puntos de luz del sistema.
La perspectiva que abren los LEDs utilizados para el alumbrado público, es el de un tipo de aparato de iluminación de nueva generación, con un sistema óptico complejo en la forma de una red de puntos luminosos individuales que va permitir una dispersión muy precisa y adaptada al tipo de distribución mas eficiente. Objetos capaces de dirigir haces directos hacia lugares específicos, utilizando lentes, reflectores o ambos para crear patrones mucho mas versátiles y específicos.
Actualmente las luminarias viales a base de LEDs son diseñadas sobre el principio de una red unificada de puntos de luz, que replican la distribución fotométrica de cada unidad óptica por separado, es decir que cada LED hace el mismo trabajo que su vecino; esta modalidad está basada en la necesidad, en caso de fallo de algún componente, de conservar un mínimo de luz sobre el objetivo.
Un método que a mi juicio representa una etapa de transición hacia un sistema mucho mas complejo donde varios grupos de LEDs en forma de módulos independientes y con características ópticas diferentes trabajan en conjunto sin juxtaponerse los unos a los otros.
Próxima entrega sistemas de alimentación y control y como la tecnología de los LEDs nos permite dosificar la potencia eléctrica, objetivo casi inalcanzable con las bombillas y su arcos eléctricos estáticos.