Analizamos el nuevo paradigma de iluminación de un Datacenter

El análisis de inversión para la iluminación de un Datacenter sustentable, sugiere efectuar algunas correcciones en dicho análisis en base al conocimiento y la experiencia acumulada y a estudios y análisis efectuados por las marcas líderes del mercado mundial de iluminación.

No todo el análisis de la inversión para la iluminación de un Datacenter sustentable se debería centrar en números y precios de bienes y servicios tangibles, hay beneficios absolutamente comprobables e intangibles de difícil monetización, ya que el cambio de paradigma aún está en desarrollo y la tecnología Led no se detiene en sus límites, ampliando sus potencialidades y desafiando a los cada vez menos incrédulos de la electroluminiscencia.

Porqué cambiar?

El 70% de la totalidad de la luz artificial del mundo se genera mediante lámparas fluorescentes según nos informa la empresa Osram, por ello es que también otras marcas como Philips, General Electric y Sylvania entre las más importantes, han desarrollado en los últimos años nuevas series de lámparas fluorescentes y balastos electrónicos, que brindan mayor duración y economía, con el objeto de paliar el incontenible avance y desarrollo de la tecnología led, que cambia paradigmas y hará anticuados y obsoletos los sistemas actuales de iluminación basados en la descarga o la incandescencia.

El reemplazo de lámparas y luminarias convencionales por sistemas de tecnología led es irremediable, mientras que el desarrollo de lámparas de descarga entre las que se encuentran las lámparas fluorescentes de tipo T8 o T5 ha llegado a un techo y han encarecido sus precios, el desarrollo y la comercialización de las lámparas electroluminiscentes como los tubos Led con el formato T8 crece de manera exponencial y reemplazará completamente a éstas en el corto plazo.

La tecnología de las lámparas fluorescentes ya ha cumplido 80 años y no hay perspectivas reales de obtener mayores rendimientos energéticos y lumínicos, como sí sucede con las lámparas Leds, que recién llevan 10 años de desarrollo tecnológico en aplicaciones masivas de iluminación comercial e industrial.

Por qué Leds?

Los efectos positivos de la elección de tecnología Led son múltiples, algunos de ellos no considerados en la monetización cuando se realiza un análisis de inversiones tradicional.

A) Vida útil o Esperanza de Vida de las lámparas

Las lámparas de descarga sufren degradación en la intensidad lumínica emitida de alrededor del 20% en su primer tercio de vida útil, y acentúan esta pérdida hasta un 35 – 50% antes de su falla de funcionamiento.

Históricamente la industria de la iluminación definió el concepto de esperanza de vida de una lámpara en función del tiempo en que un porcentaje de la población  falla. Por ejemplo, el termino B10 denota el tiempo de duración de una población de lámparas en la cual se espera que un 10% de la misma falle, generalmente en la industria de la iluminación se utiliza el concepto de B50 para definir la esperanza de vida de un sistema de iluminación.

Los sistemas fluorescentes convencionales en condiciones ideales no superan las 8.000 horas de vida media, podría así hablarse de 6.000 horas como la vida media real. Traducido a la realidad con los criterios definidos por la norma B50, a las 3.000/4.000 horas de funcionamiento ideal han fallado y dejado de funcionar la mitad de los tubos fluorescentes.

Por ello es que en los cálculos de inversión debe considerarse que sólo la mitad de los tubos T8 convencionales duran las 6.000 u 8.000 horas que se indican en sus especificaciones.   Por otro lado los Leds no fallan catastróficamente como los tubos fluorescentes, su vida útil es extremadamente elevada, el tiempo esperado en el cual el 50% de la población falle podía llegar a ser de hasta 250.000 Hrs, por lo cual era imposible hacer este sistema comparable con el resto.

Se estableció entonces que cuando se habla de esperanza de vida en Leds se establece el LM (Lumen Maintenance), es decir el valor de la Fatiga Lumínica para lo cual se considera al Led apto de funcionamiento en un determinado rango de temperatura ambiente.

La organización ASSIST (Alliance for Solid State Illumination System and Technologies) determino que el ojo humano puede apreciar a partir de un 30%, el decaimiento en la intensidad lumínica y este valor es el aceptable para la mayoría de las aplicaciones lumínicas.

Se llego a un acuerdo en el cual la manera de tratar la esperanza de vida de los sistemas de iluminación Led, es por medio de una combinación lineal entre la fatiga lumínica y el porcentaje de falla de la población. El concepto de falla ahora no se trata como falla catastrófica sino que este se considera como aquella cuya intensidad lumínica es menor que la esperada.   Una lámpara T8 LedScène tiene una esperanza de vida L70 (por disponer de un 70% de su flujo inicial) B50 (en el 50% de su población)  de 50.000 Hrs (25⁰C) (funcionando a temperatura ambiente de 25⁰C) se indica así que al cabo 50.000 horas de encendido aún se mantiene más del 70% de la intensidad lumínica inicial en el 50% de las lámparas.

Por supuesto no indica que a las 50.000 horas fallen la mitad de las lámparas, seguramente todas las lámparas T8 LedScène estarán encendidas, si el flujo inicial fue redundante en un 30%, a las 50.000 horas todavía se podrá disponer del flujo requerido en el ambiente iluminado.

Al reemplazar un tubo fluorescente convencional de 58W por dos Tubos T8 LedScène hay un aumento de casi un 20% del flujo luminoso

B) Depreciación del Flujo Luminoso por factores externos

b1) Pérdidas de Potencia Luminosa por reflexión en la Luminaria.

Las fuentes de luz convencional emiten la luz en todas direcciones y se utilizan reflectores ubicados en la luminaria para orientar el haz de luz hacia el objeto o superficie a iluminar, cada vez que el haz de luz es reflejado, se pierde de un 40 a un 60% de potencia luminosa, incluyendo el “efecto sombra” provocado por el mismo tubo.

Las lámparas fluorescentes convencionales reflejan entonces el 66% de su potencia lumínica en el artefacto, si consideramos que éste posee un reflector óptimo y limpio, con una lámpara nueva y debido a la reflexión en la luminaria, deberíamos considerar que se pierde al menos un 20% de potencia luminosa por reflexión interna.

Las lámparas LedScène T8 son direccionales y emiten en un ángulo de 120 grados sin pérdidas de reflexión interna.

b2) Pérdidas de Flujo Luminoso por suciedad depositada en la superficie de la lámpara fluorescente T8 y en la luminaria.

Con el paso del tiempo se deposita suciedad en las partes superiores del tubo fluorescente y en el propio reflector de la luminaria, lo que agrava aún más las pérdidas por reflexión. Podría ponderarse en un 5% a 10% la depreciación del flujo por suciedad depositada en ambientes normales, exceptuando que medie un mantenimiento preventivo que permita mantener limpios al tubo y al reflector de la luminaria.

Las lámparas LedScène T8 emiten toda la potencia luminosa en la parte inferior sin pérdidas por la acumulación de suciedad.

b3) Pérdidas de Flujo Luminoso por influencia de la temperatura de la cavidad de la luminaria con lámpara fluorescente T8

Los tubos fluorescentes convencionales emiten su mayor potencia luminosa en temperaturas cercanas a los 20 grados, como los gases son altamente sensibles a la temperaturas, cualquier variación afecta las condiciones de la descarga eléctrica y con ello la eficiencia de la lámpara decrece, sólo lámparas fluorescentes de desarrollo muy reciente y alto costo disponen de su mayor rendimiento en el rango de 35 grados de temperatura de la cavidad de la luminaria donde están instalados.

Normalmente la superficie del vidrio de los tubos fluorescentes convencionales está en el rango de 65⁰C – 75⁰C, así entonces y por convección la energía calórica de la descarga de la lámpara es transferida al ambiente, si la temperatura del ambiente no es lo suficientemente diferente en menos valor y la circulación del aire es limitada, éste fenómeno puede traducirse en una depreciación de hasta un 10% del flujo luminoso total y el acortamiento de la vida útil de la lámpara.

Las lámparas LedScène T8 emiten flujo luminoso uniforme en un rango de -25⁰C a 40⁰C

C) Calor disipado en el ambiente

Comparativamente es muy superior la emisión de calor al ambiente de la lámpara fluorescente y su equipo auxiliar comparado con la emisión de calor de la lámpara led T8.

Aunque sea bastante complejo determinar el impacto en el local con refrigeración, se supone que de la cantidad de energía consumida por cada sistema luminoso, un 50% de la potencia consumida en generar iluminación a través de fluorescentes convencionales y un 30 % en la consumida para los sistemas Led es convertida en energía calórica.

Los sistemas lumínicos en base a lámparas LedScène T8 emiten tres veces menos de calor al ambiente con el consecuente ahorro de energía en climatización y acondicionamiento, cuando éste es necesario disponerlo en refrigeración.

D) Fallos de dispositivos auxiliares

En las mejores condiciones de balastos electrónicos de alta calidad y medidos cada 1000 horas, la falla alcanza al 2% a una temperatura del punto de medición de 70°C. Luego de 30.000 horas las fallas alcanzan al 10% de la población a una temperatura del punto de medición de 70°C.

En las mejores condiciones de balastos inductivos standard de alta calidad y medidos cada 1000 horas, la falla alcanza al 10 % a una temperatura del punto de medición de 70°C. Luego de 30.000 horas las fallas alcanzan al 50% de la población a una temperatura del punto de medición de 70°C.

Los sistemas lumínicos en base a lámparas LedScène T8 son integrados y no utilizan equipos auxiliares, su duración o vida media útil es L70 B50 50.000 Hrs (25⁰C)

E) Depreciación de vida útil y Fallas por Descenso o Ascenso de Voltaje de alimentación

Como todo sistema de descarga, las lámparas fluorescentes ven depreciadas en un 14% de su vida útil si se la somete a 10 ciclos de  encendido/apagado continuado  en 24 horas.

El funcionamiento se ve seriamente afectado por el valor de la tensión de alimentación de la red, con tensiones menores a 180 Volts CA el sistema no es capaz de generar su encendido y con tensiones mayores a 230 Volts hay peligro de generar corrientes de flujo excesivas en el tubo que destruyan sus principios activos e imposibiliten el posterior encendido.

Los sistemas lumínicos en base a lámparas LedScène T8 no tienen dependencia de ciclos de apagado/encendido y sus tensiones de trabajo disponen de un amplísimo rango, de 160VCA a 250VCA.

F) Fallos mecánicos, falsos contactos, golpes leves o vibraciones.

Muchos de los fallos de encendido de las lámparas fluorescentes convencionales  se deben a la necesidad de disponer de cuatro contactos en perfectas condiciones por los cuales circulan corrientes y tensiones variadas hasta provocar el encendido pleno.

El proceso de arranque que dura dos a cinco segundos muchas veces es interrumpido por falsos contactos debidos a vibraciones previas que determinaron falsos contactos o suciedad que se deposita cuando estos contactos no se utilizan eléctricamente, ya que el dispositivo asociado no está en funcionamiento continuo como sucede con el arrancador o cebador.

Los Tubos fluorescentes convencionales, generalmente de vidrio, y aún los construidos hoy con acrílicos especiales son especialmente frágiles y no resisten golpes o vibraciones continuas.

Las lámparas LedScène T8 tienen alta resistencia mecánica a golpes leves y vibraciones y al carecer de necesidades de equipos auxiliares utilizan los contactos de manera redundante, dos contactos para cada acceso a la energía eléctrica

G) Comparar potencias luminosas, no sólo potencia eléctrica

A la potencia en vatios (W) la usamos para comparar solamente energía consumida por las lámparas en el mismo período de tiempo e incluye el consumo de potencia de todos sus equipos auxiliares necesarios para su funcionamiento, casi un 20% de consumo auxiliar en equipos de buena factura y hasta un 40% del mismo tipo de consumo en equipos de poca calidad, es necesario agregar a la potencia indicada por la lámpara fluorescente. En el caso de los leds la fuente de alimentación consume un casi despreciable 3%.

A un mismo nivel de flujo luminoso la potencia eléctrica en vatios es un elemento de comparación por la consideración de ahorro de energía, pero como no son comparables los flujos luminosos de lámparas fluorescentes T8 convencionales con tubos T8 de Led del mismo color, no es posible entonces comparar sólo por su potencia eléctrica.

El flujo luminoso en lúmenes (Lm) es la medida de la potencia luminosa percibida realmente y si la temperatura de color es la misma, considero que debe adoptarse el criterio de usar también una comparativa de flujo, ya que en este caso se están reemplazando en el análisis, dos tubos de 24W T8 Led por un tubo de 58W convencional.

El rendimiento luminoso se determina por el cociente entre el flujo luminoso y los vatios de potencia consumidos y se expresa en Lúmenes por vatio. También llamado eficiencia luminosa, se define como la cantidad de luz que emite una lámpara expresada en lúmenes (lm), por cada vatio de potencia (W) que se le entrega a dicha lámpara. La unidad del rendimiento luminoso se simboliza por (lm/W).

Determinado el rendimiento luminoso y establecido la potencia lumínica en juego, el resto es pura geometría del desarrollo de  la ubicación de cada luminaria que contenga los tubos T8 necesarios y la comparación de la iluminancia resultante, que gracias a métodos de cálculo estándar nos darán los resultados de las diferentes zonas iluminadas.