La luz al final del túnel: la revolución LED en el alumbrado público

El tema de este artículo no está totalmente enmarcado en la instrumática o la mecatrónica.  Lo incluyo aquí porque es netamente tecnológico y fue un resultado directo de uno de mis trabajos como ingeniero de I+D, dentro del cual había algunos elementos "mecatrónicos".  Lo escribimos hace un par de años, cuando estábamos totalmente involucrados en un proyecto de iluminación de exteriores mediante lámparas LED y alimentación fotovoltaica,  el cual incorporaba sistemas de control inteligente.  La intención  del artículo, en aquellos momentos, era la de apoyar la comercialización de la farola fotovoltaica que habíamos diseñado; hoy en día considero que conserva su actualidad y supongo que pueda resultar de interés.

Las noches del futuro serán blancas.  El triste tono amarillo que hasta ahora ha predominado en la iluminación de las ciudades  será cada vez más raro gracias a la rápida maduración tecnológica que están experimentando los LEDs blancos de alta luminosidad y a la clara apuesta de políticos y ciudadanos por un alumbrado más ecológico, a la larga más económico y definitivamente de mejor calidad.

El diodo emisor de luz (Light Emitting Diode, simplificado como LED) fue,  hace unos 40 años, unas de las primeras contribuciones prácticas de las investigaciones en la física del estado sólido.   Desde entonces, los LEDs han jugado un importante papel en casi todos los dispositivos electrónicos cumpliendo infinidad de funciones: desde su modesto uso como indicadores hasta  su insustituible papel en las comunicaciones por fibra óptica o en el almacenamiento de información (CDROMs y DVDs) en su variante láser.  

Los primeros LEDs emitían en el infrarrojo.  Poco tiempo después se consiguió fabricar el primer LED visible, de color rojo.  Transcurrió un tiempo mayor hasta que pudo desarrollarse uno verde y no fue hasta la década de los 90 que se inventó el primer LED azul.  Esto significó una auténtica revolución, pues por primera vez se pudo generar luz blanca con un dispositivo de estado sólido, gracias a la combinación de esos tres colores.  El desarrollo en la búsqueda de emisiones en longitudes de onda cada vez más cortas continúa: ya se han conseguido LEDs comercializables que emiten en el ultravioleta profundo.

La aplicación de los LEDs al alumbrado exterior es bastante reciente y fue posible cuando se consiguió desarrollar un dispositivo que combinaba un LED azul de alta potencia con un recubrimiento de fósforos fluorescentes.  Con este montaje, parte del azul es reconvertida en  otros colores gracias a la intervención de los fósforos.  El efecto conjunto es un haz de una excelente luz blanca. 

Esta luz tiene una composición espectral densa y continua, o sea, en ella están presentes todos los colores y en proporciones próximas a los de la luz natural diurna, por lo que su calidad cromática es superior a la de cualquier otra lámpara de las desarrolladas hasta el presente.  Aún más, su eficiencia energética –mayor de 130  lm/W en sistemas comerciales y más de 200 lm/W en laboratorio-  es superior a la de cualquier otro tipo de lámpara empleada en la actualidad en el alumbrado público.

En los últimos decenios se ha venido empleando casi únicamente lámparas de descarga gaseosa para aplicaciones de alumbrado de exteriores, repartidas esencialmente en dos tipos: las de vapor de mercurio –de luz blanca, pero con pobre calidad cromática, poco eficientes y muy contaminantes a causa del mercurio que incorporan- y las de vapor de sodio –las de mayor eficiencia, pero cuya calidad cromática deja mucho que desear, sobre todo por el tono amarillento de su luz, que confiere al entorno iluminado una apariencia mortecina e irreal. 

Hace algún tiempo, los fabricantes de lámparas de descarga gaseosa, en un esfuerzo tecnológico para extraer  los últimos beneficios de un mercado sólidamente establecido, han conseguido una solución de compromiso para mejorar la calidad cromática de las de vapor de mercurio: añadir halogenuros metálicos y rediseñar el tubo de descarga, haciéndolo de un material cerámico que permite trabajar a temperaturas muy elevadas.  La luz emitida es sustancialmente más blanca y más cercana a la natural, pero la eficiencia es inferior a la de vapor de sodio o la de los nuevos LEDs, la probabilidad de fallos prematuros no es despreciable, contienen sustancias perjudiciales para el medio ambiente y su precio es  significativamente alto respecto a la de los dispositivos alternativos homólogos. 

Pero hay un problema añadido cuando se emplean lámparas de descarga: sus prestaciones dependen críticamente de la luminaria que las albergue, tanto en eficiencia como en uniformidad; una luminaria barata e inadecuada puede dar al traste con las aparentes ventajas de sustituir las lámparas de vapor de sodio tradicionales con estas nuevas lámparas de halogenuros metálicos.

Y es que frente a las lámparas de descarga gaseosa, los LEDs compiten con unas cuantas ventajas decisivas añadidas a la excelente calidad de su luz:

ü      Son lámparas muy robustas –no están hechas de vidrio-

ü      Trabajan a muy baja tensión y  una temperatura próxima a la del ambiente

ü      Tienen un tiempo de vida útil radicalmente superior al de las otras: Más de 50000 mil horas, o sea, unos 13 años, tras los cuales continúan emitiendo, a diferencia de las de descarga, que suelen morir catastróficamente y mucho antes (12000 horas en el mejor de los casos)

ü      Son absolutamente “dimables”, esto es, su emisividad puede ajustarse continuamente desde 0 al 100%, a fin de generar justo la luz que se necesita en cada caso y momento concretos, con el consecuente ahorro energético

ü      Suelen llevar óptica refractiva incorporada, por lo que no precisan de luminaria alguna y, gracias a dicha óptica, la uniformidad de la zona iluminada es máxima, lo cual se traduce directamente en confort y economía

ü      No contienen materiales o compuestos contaminantes

ü      Su tecnología está experimentando un progreso vertiginoso y es accesible a pequeñas y medianas empresas tecnológicas. Las comunidades que apuesten por la iluminación LED lo están haciendo también por un reparto más equitativo de las oportunidades de negocio

¿Tal vez sea por esa razón que los ayuntamientos de algunas importantes ciudades hayan decidido definitivamente romper con la tradición de instalar lámparas de descarga gaseosa y anuncien oficialmente el reemplazo del parque existente por lámparas LEDs?

En efecto, el ayuntamiento de Dusseldorf comunicó en fecha reciente que se reemplazarán unos 10000 puntos de luz ya existentes con lámparas LED.  El pasado año, el expresidente Clinton  -en el contexto del Programa de Alumbrado Exterior de la Iniciativa Climática Clinton-  y el alcalde de Los Ángeles, anunciaron que durante los próximos años se sustituirán en dicha ciudad 140000 puntos de luz por lámparas LED, como la mejor solución posible para reducir la emisiones  de CO₂ y, a la vez, mejorar la apariencia nocturna de una de las ciudades más grandes y prósperas del planeta. 

Shuji Nakamura –el investigador que inventó el LED azul, punto de partida del desarrollo de los actuales LEDs blancos de alta luminosidad-  fue galardonado por ello en 2008  con el Premio Príncipe de Asturias.  Paradójicamente, en España, las administraciones locales no parecen estar al día de la “revolución LED” y las pocas manifestaciones al respecto han sido tímidas y poco difundidas.  Tal vez sea debido a que las empresas españolas que decidimos involucrarnos en esta novedosa tecnología no hemos aprendido aún utilizar eficazmente nuestros argumentos para catalizar el inevitable cambio.

Por lo pronto, el reto de los LEDs a las lámparas de descarga ya está planteado.  Por encima de todas sus ventajas, lo más significativo es que los LEDs traen la vitalidad de lo nuevo.  El advenimiento de los LEDs simboliza el claro propósito de mantener y mejorar las elevadísimas cotas de confort que hemos conseguido en unos pocos milenios de civilización, y ello sin comprometer la estabilidad del ecosistema global.

Espectros de distintas fuentes de luz.  Nótese que el del LED tiene un perfil similar al de la fuente de máxima eficiencia  teórica y contiene todos los colores.