Luz de calle LED

Tipo de luminaria

Una farola LED o luz de carretera es un dispositivo de iluminación de diodo emisor de luz (LED) integrado que se utiliza para el alumbrado público .

Diseño y estilo

Patrón de haz de luz de calle LED

Una farola LED es una luz integrada que utiliza diodos emisores de luz (LED) como fuente de luz . Se consideran luces integradas porque, en la mayoría de los casos, la luminaria y el dispositivo no son partes separadas. En la fabricación, el conjunto de luces LED se sella en un panel y luego se ensambla al panel LED con un disipador de calor para convertirse en un dispositivo de iluminación integrado.

Se han creado diferentes diseños que incorporan varios tipos de LED en una luminaria. Se pueden utilizar pocos LED de alta potencia o muchos LED de baja potencia. La forma de la farola LED depende de varios factores, entre ellos la configuración de los LED, el disipador de calor utilizado con los LED y la preferencia de diseño estético.

Los disipadores de calor para farolas LED tienen un diseño similar al de los disipadores de calor que se utilizan para enfriar otros dispositivos electrónicos, como los ordenadores . Los disipadores de calor suelen tener tantas ranuras como sea posible para facilitar el flujo de aire caliente lejos de los LED. El área de intercambio de calor afecta directamente a la vida útil de la farola LED.

La vida útil de una farola LED se determina por su potencia luminosa en comparación con su especificación de diseño original. Una vez que su brillo disminuye en un 30 por ciento, se considera que una farola LED blanca (transparente) ha llegado al final de su vida útil.

La mayoría de las farolas LED tienen una lente en el panel LED, que está diseñada para proyectar su luz en un patrón rectangular, una ventaja en comparación con las farolas tradicionales, que suelen tener un reflector en la parte posterior de una lámpara de sodio de alta presión . En este caso, se pierde gran parte de la luminancia de la luz y se produce contaminación lumínica en el aire y el entorno circundante.

Una desventaja de los paneles LED es que la mayor parte de la luz se dirige a la carretera y menos a las aceras y otras áreas. Esto se puede solucionar mediante el uso de un diseño de lente especializado y espigas de montaje ajustables.

Al realizar un proyecto de alumbrado público LED, los modelos de luminarias LED fáciles de usar simplifican la optimización para diseños de iluminación de alto rendimiento. ^[1] Estas ecuaciones prácticas se pueden utilizar para optimizar las instalaciones de alumbrado público LED con el fin de minimizar la contaminación lumínica, aumentar la comodidad y la visibilidad y maximizar tanto la uniformidad de la iluminación como la eficiencia de utilización de la luz.

Eficiencia energética

La vida útil de un LED en comparación con otras fuentes de luz ^[2]

El principal atractivo del alumbrado público LED es la eficiencia energética en comparación con las tecnologías de luminarias de alumbrado público convencionales, como las lámparas de sodio de alta presión (HPS) y las lámparas de haluro metálico (MH). Las investigaciones continúan mejorando la eficiencia de los modelos más nuevos de alumbrado público LED (modernizándolo con lámparas de alumbrado público LED). Sin embargo, el alumbrado público LED no es tan eficiente como el alumbrado público con lámparas de sodio de baja presión (SOX) en el Reino Unido. ^{[ aclaración necesaria ]}

Una farola LED basada en un LED de salida de 901 milivatios normalmente puede producir la misma cantidad de luminancia (o más) que una luz tradicional, pero requiere solo la mitad del consumo de energía . La iluminación LED normalmente no falla, sino que disminuye su rendimiento hasta que necesita ser reemplazada. ^[2] Se estima que la instalación de alumbrado público energéticamente eficiente en las 10 áreas metropolitanas más grandes de los EE. UU. podría reducir las emisiones anuales de dióxido de carbono en 1,2 millones de toneladas métricas, el equivalente a retirar 212.000 vehículos de la carretera, y ahorrar al menos $90 millones anuales en costos de electricidad. ^{[3] [4]}

Como las luminarias LED normalmente producen menos iluminación ^[5], es importante utilizar un patrón de iluminación bien distribuido para producir la misma iluminación que las luminarias convencionales con mayor cantidad de lúmenes. Por ejemplo, diferentes LED en una luminaria pueden apuntar a diferentes puntos de la calle.

Ventajas de las farolas LED

• Bajo consumo de energía: Se ha afirmado que muchas renovaciones de iluminación LED reducen drásticamente el consumo de energía. ^[6]
• Vida útil larga y predecible: la vida útil proyectada de las luces LED para calles es generalmente de 10 a 15 años, dos a cuatro veces la vida útil de las HPS que prevalecen actualmente. (Los LED en sí mismos generalmente no fallan ni se "queman" de una manera comparable a otras tecnologías, y salvo una falla catastrófica de otros componentes mecánicos o electrónicos de la luminaria LED, las vidas útiles generalmente se establecen por una disminución en la salida luminosa del 30%. Pero la vida útil funcional de una luminaria LED está limitada por el eslabón más débil; la electrónica de accionamiento asociada generalmente se proyecta que dure alrededor de 50.000 horas. Es importante entender que ningún producto de alumbrado público LED ha estado en servicio el tiempo suficiente para confirmar las proyecciones). Si se hace realidad en la práctica, la necesidad menos frecuente de servicio o reemplazo de los LED significará un menor costo de mantenimiento.
• Reproducción cromática más precisa: el índice de reproducción cromática es la capacidad de una fuente de luz para reproducir correctamente los colores de los objetos en comparación con una fuente de luz ideal. Una reproducción cromática mejorada facilita el reconocimiento de los objetos por parte de los conductores.
• Encendido y apagado rápido: a diferencia de las lámparas fluorescentes y de descarga de alta intensidad (HID), como las de vapor de mercurio, halogenuros metálicos y vapor de sodio, que tardan en calentarse una vez encendidas, los LED se encienden con brillo completo al instante.
• Cumplimiento de RoHS : los LED no contienen mercurio ni plomo y no liberan gases venenosos si se dañan.
• Equipos de iluminación ópticamente eficientes: otros tipos de farolas utilizan un reflector para captar la luz emitida hacia arriba desde la lámpara. Incluso en las mejores condiciones, el reflector absorbe parte de la luz. También en el caso de las lámparas fluorescentes y otras lámparas con bombillas recubiertas de fósforo, la propia bombilla absorbe parte de la luz dirigida hacia abajo por el reflector. La cubierta de vidrio, llamada refractor, ayuda a proyectar la luz hacia abajo en la calle en un patrón deseado, pero parte de la luz se desperdicia al dirigirse hacia el cielo (contaminación lumínica). Los conjuntos de lámparas LED (paneles) pueden enviar luz en las direcciones deseadas sin un reflector.
• Mayor emisión de luz incluso a bajas temperaturas: si bien las luces fluorescentes son comparativamente eficientes energéticamente, en promedio tienden a tener una menor emisión de luz a temperaturas invernales.

Desventajas de las farolas LED

Luces LED de calle que funcionan mal y parpadean

La luz de calle LED defectuosa se volvió morada

• A muchas personas no les gusta el ambiente producido por los LED con temperaturas de color de 4000 K o superiores. Los LED de 2700 K y 3000 K se utilizan principalmente para iluminación interior. ^{[7] [8]}
• El coste inicial del alumbrado público con LED es elevado y, en consecuencia, se necesitan varios años para que el ahorro en energía lo amortice. El elevado coste se debe en parte al material utilizado, ya que los LED suelen fabricarse sobre zafiro u otros sustratos caros . ^[9]
• Como resultado del efecto Purkinje , el ojo humano adaptado a la oscuridad es muy sensible a la luz azul y verde que emiten las luces LED de la calle en grandes cantidades, en comparación con las luces de sodio de alta presión amarillas y naranjas que normalmente se están reemplazando. ^{[10] [11] [12]} Esto magnifica el efecto de la contaminación lumínica , en particular el resplandor del cielo .
• Es probable que el importante aumento del contenido azul y verde del resplandor del cielo artificial resultante de la iluminación LED generalizada incremente los impactos en la migración de aves y otros comportamientos animales nocturnos. ^[13]
• La contaminación lumínica azul de las farolas LED puede alterar los ritmos circanuales y provocar la pérdida total del reloj estacional de un organismo. Esto afecta a comportamientos importantes como la alimentación, la reproducción, la termorregulación y la hibernación. En algunos casos, la falta de hibernación o de una termorregulación adecuada debido a esta pérdida del ritmo estacional puede matar al organismo. ^{[14] [15] [16]}
• En los LED blancos, las capas de fósforo se desgastan progresivamente . El cambio de color hace que los dispositivos pasen lentamente de un grupo de riesgo fotobiológico a otro superior. ^[17] Los problemas de fabricación pueden provocar defectos en las farolas LED, lo que provoca la delaminación de la capa de fósforo mucho antes de que finalice la vida útil de las luces. Esto hace que las luces LED blancas se vuelvan azules o moradas. ^[18] Los problemas de luces defectuosas a gran escala se produjeron en muchas ciudades de Estados Unidos y Canadá. ^{[19] [20]}
• El mal funcionamiento de las luces LED de la calle puede hacer que parpadeen, creando un efecto de luz estroboscópica . ^[21] Los cortes de energía parciales también pueden causar el mismo efecto, ya que las luces LED de la calle pueden detectar la corriente eléctrica residual. ^[22] El efecto estroboscópico puede provocar convulsiones en algunas personas. ^[23]
• El espectro rico en azul de las farolas LED es menos eficaz que el espectro predominantemente amarillo de la iluminación de sodio para producir un nivel de luminancia objetivo en las carreteras, ya que la reflectancia espectral del pavimento de la carretera es mayor para longitudes de onda de luz más largas. Debido a esta diferencia en la reflectancia espectral, gran parte de la luz producida por una farola LED es absorbida por el pavimento en lugar de reflejarse. ^[24]
• Las farolas LED producen mayores niveles de deslumbramiento que las fuentes de luz de sodio anteriores. Esto se debe en gran medida a que las luminarias tienen áreas de fuente más pequeñas, lo que genera mayores niveles de luminancia, una medida de la intensidad de la luz. El espectro rico en azul de las farolas LED también genera mayores niveles de deslumbramiento, especialmente deslumbramiento molesto. ^{[25] [26]}
• El espectro rico en azul de las farolas LED genera mayores impactos de dispersión de Rayleigh, donde las longitudes de onda cortas de la luz se dispersan dentro de partículas pequeñas más que las longitudes de onda largas de la luz. Esta mayor dispersión de la luz dentro de la atmósfera genera un mayor resplandor del cielo. Durante condiciones climáticas adversas, como lluvia intensa, nieve o niebla, esta dispersión puede crear paredes físicas de luz que obstruyen la visión. ^[27]
• A medida que el ojo humano envejece, el cristalino se vuelve amarillo. Esto cambia la transparencia espectral del cristalino para favorecer las longitudes de onda de luz más largas, con pérdidas significativas de transparencia para las longitudes de onda de luz más cortas. Debido a esta pérdida de transparencia basada en el espectro, el espectro rico en azul de las farolas LED se vuelve menos visible a medida que una persona envejece. Por ejemplo, en el ojo de una persona de 50 años, la transmisión de luz de un LED de 4000 K es un 11 % menor que la de un LED de 2700 K, en relación con una persona de 25 años . ^{[28] [24]}

Preocupaciones de salud

• La exposición a la luz de las bombillas LED blancas suprime la producción de melatonina hasta cinco veces más que la exposición a la luz de las bombillas de sodio a presión. ^[29] Se sabe que la luz blanca, que emite en longitudes de onda de 400-500 nanómetros, suprime la producción de melatonina producida por la glándula pineal . El efecto es la alteración del reloj biológico del ser humano, lo que da lugar a periodos de sueño y descanso deficientes. ^[29]
• Un estudio de la Universidad Complutense de Madrid ^[30] ha afirmado que la exposición prolongada al alumbrado público LED puede causar daños irreparables a la retina del ojo humano. El estudio de Madrid afirma que esto se debe al alto nivel de radiación en la "banda azul". ^{[31] [32]}
• La iluminación artificial nocturna tiene diversos efectos sobre los seres humanos (sin mencionar la vida silvestre) y la exposición a la radiación óptica afecta la fisiología y el comportamiento humanos, tanto directa como indirectamente. Hay muchas áreas que no se comprenden bien y una declaración de posición de la Illuminating Engineering Society (IES) enfatiza principalmente la necesidad de más investigación. ^[33]
• Existe un riesgo de deslumbramiento. Un informe del gobierno francés publicado en 2013 indicaba que un nivel de luminancia superior a 10.000 cd/m2 provoca incomodidad visual independientemente de la posición de la luminaria en el campo de visión. Como las superficies de emisión de los LED son fuentes puntuales muy concentradas, la luminancia de cada fuente individual puede ser 1000 veces superior al nivel de incomodidad. Por tanto, el nivel de radiación directa de este tipo de fuentes puede superar fácilmente el nivel de incomodidad visual ^{[17] [34]}

Referencias

1. I. Moreno, M. Avendaño-Alejo, "Modelado de alumbrado público LED", Appl. Opt. 53, 4420 (2014). https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-53-20-4420
2. Comparación de tecnología de alumbrado público Archivado el 1 de marzo de 2013 en Wayback Machine.
3. Grow, Robert T., Alumbrado público energéticamente eficiente: potencial para reducir la huella de carbono del área metropolitana de Washington, marzo de 2008
4. "Estudio: La nueva tecnología de alumbrado público podría ahorrar energía y dinero". 6 de abril de 2008.
5. "Farolas LED". www.northernlights-direct.co.uk. Archivado desde el original el 20 de julio de 2015. Consultado el 4 de octubre de 2016 .
6. Kostic, AM et al., Diodos emisores de luz en el alumbrado público y vial: un estudio de caso que involucra efectos mesópicos , Lighting Research and Technology 45:217, 2013, doi: 10.1177/1477153512440771
7. Benya, James. "Noches en Davis" . Consultado el 21 de abril de 2016 .
8. Chaban, Matt (23 de marzo de 2015). "Las farolas LED de Brooklyn ahorran energía pero agotan a los residentes". New York Times . Consultado el 21 de abril de 2016 .
9. "Cómo funcionan las farolas LED". science.howstuffworks.com. 22 de junio de 2009. Consultado el 4 de octubre de 2016 .
10. Limitación del impacto de la contaminación lumínica en la salud humana, el medio ambiente y la visibilidad estelar, Journal of Environmental Management, Volumen 92, Número 10, octubre de 2011, páginas 2714-2722 por Fabio Falchi, Pierantonio Cinzano, Christopher D. Elvidge, David M. Keith, Abraham Haim
11. Luginbuhl, CB et al., El impacto de la distribución de potencia espectral de la fuente de luz en el resplandor del cielo . Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2014, v. 139; p. 21., doi:10.1016/j.jqsrt.2013.12.004
12. Aubé, M. et al., Evaluación de los posibles impactos espectrales de diversas luces artificiales en la supresión de la melatonina, la fotosíntesis y la visibilidad de las estrellas . PLOS ONE, 2013, DOI: 10.1371/journal.pone.0067798
13. http://lighting.com/light-pollution-wildlife.htm. Transformar la noche en día: los efectos de la contaminación lumínica en la vida silvestre
14. Haim, Abraham; Shanas, Uri; Zubidad, Abed El Salam; Scantelbury, Michael (enero de 2005). "Estacionalidad y estaciones fuera del tiempo: los efectos termorreguladores de la interferencia de la luz". Cronobiología Internacional . 22 (1): 59–66. doi :10.1081/CBI-200038144. ISSN  0742-0528. PMID  15865321. S2CID  10616727.
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19. da Silva, Susana (4 de octubre de 2022). "Por qué miles de farolas de la ciudad se están volviendo moradas". CBC News . Consultado el 12 de abril de 2023 .
20. Fox, Greg (13 de marzo de 2023). "El FDOT avanza en la sustitución de farolas moradas defectuosas". WESH . Consultado el 12 de abril de 2023 .
21. Maloney, Damon; Nelson, Jim. "Las farolas de Cleveland fallan y provocan un efecto estroboscópico". WOIO Cleveland 19 News . Consultado el 12 de abril de 2023 .
22. "Las luces de la calle se convierten en luces estroboscópicas después de un corte de energía parcial". CNN/WBNG . 4 de febrero de 2019 . Consultado el 12 de abril de 2023 .
23. "Una persona que sufre una convulsión en Calgary teme que la luz LED parpadeante de la calle se estropee de nuevo". CBC News . 27 de enero de 2017 . Consultado el 12 de abril de 2023 .
24. Preciado, Ou; Manzano, Er (octubre de 2018). "Características espectrales de las superficies de las carreteras y transmitancia ocular: efectos sobre la eficiencia energética de la iluminación de carreteras a niveles mesópicos". Lighting Research & Technology . 50 (6): 842–861. doi :10.1177/1477153517718227. hdl : 11336/63121 . ISSN  1477-1535. S2CID  116821441.
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34. "En respuesta a la solicitud interna titulada "Efectos en la salud de los sistemas de iluminación que utilizan diodos emisores de luz (LED)"" (PDF) . ANSES . 2010-10-19 . Consultado el 2022-09-20 .

Enlaces externos

• El Departamento de Energía de EE. UU. informa sobre proyectos piloto de iluminación LED municipal: Resultados de la demostración GATEWAY de iluminación de estado sólido