trabajo de investigación sobre la tecnología led moisés carral ortiz

La Tecnología

LED

Tutora del alumno: Susana Oubiña Falcón

fde

2014

Realizado por Moisés Carral Ortiz

La Tecnología

LED

La Tecnología LED Mayo 2014

2 Moisés Carral Ortiz I.E.S. Castro Alobre

Índice

1. Introducción. ........................................................................................................................... 3

2. ¿Qué es la tecnología LED? ................................................................................................ 3

3. Ventajas, desventajas y retos. ............................................................................................. 4

3.1. Ventajas ........................................................................................................................... 5

3.2. Desventajas. .................................................................................................................... 6

3.3. Retos. ............................................................................................................................... 6

4. Vistas al futuro (Líneas futuras). .......................................................................................... 7

1. Comparación de consumos: bombillas convencionales versus tecnología LED ........ 8

1.1. Ahorro. .............................................................................................................................. 9

1.2. Tiempo de amortización. ............................................................................................. 10

2. Conclusiones. ....................................................................................................................... 12

2.1. Opinión personal. .......................................................................................................... 13

3. Bibliografía y referencias. ................................................................................................... 13



I Parte: Estado del arte

1. Introducción.

La escasez de recursos naturales en nuestro planeta lleva a pensar en

medidas de prevención ante la posibilidad del agotamiento de los mismos, así

como, intentar minimizar la generación de sustancias tóxicas que se generan

por su utilización. Pero, la motivación del ahorro energético posee dos frentes:

Por un lado, ayudar al medio ambiente y por otro lado, minimizar la factura

eléctrica de los consumidores. Hoy en día, tal y como se presenta el panorama

socio-económico de ahorro en energías no renovables y proliferación de las

renovables, adquieren especial importancia las tecnologías que proporcionan

una beneficiosa reducción del consumo de energía eléctrica en los hogares,

siempre, satisfaciendo los criterios de calidad establecidos. En este sentido, la

tecnología LED, que lleva despuntando desde hace años, puede considerarse

no sólo el presente, sino el futuro en la iluminación proporcionando un

rendimiento superior a las bombillas tradicionales que se reflejaría en un ahorro

energético considerable en las facturas de los hogares, y fomentando la

protección y preservación del medio ambiente ya que no utilizan mercurio ni

emiten UV.

El siguiente trabajo de investigación consta de dos partes. La primera,

aporta el estado del arte de la tecnología LED desarrollando su nacimiento y

funcionamiento así como sus ventajas, desventajas y retos y finalizando con

sus implementaciones futuras. La segunda describe el gasto energético, su

ahorro y amortización ejemplificado en un hogar, realizando la comparativa

entre el uso de bombillas tradicionales frente a la utilización de la iluminación

LED. Para ello, utilizamos la aplicación “Hype Energy LED1”. Finalmente, se

expondrán las conclusiones del trabajo.

2. ¿Qué es la tecnología LED?

Para comenzar, deberemos ubicarnos y conocer en qué consiste dicha

tecnología. Sus orígenes se remontan al año 1927. En esa fecha, Oleg

Vladimírovich Lósev (1903-1942) publica en una revista rusa de tecnología el

nacimiento del LED a partir de óxido de cinc y carburo de silicio. Años más

tarde, alrededor de 1962, el profesor Nick Holonyak desarrolla el dispositivo

electrónico que actualmente conocemos como LED moderno, siendo por ello

considerado como el “padre” de la tecnología LED,

1 http://hypeled.es/inicio/



A partir de aquí comenzó su revolución en la industria, sus inicios fueron

con el LED de color rojo cuya función se limitaba a señalar el encendido y el

apagado de un aparato con el famoso “Stand By”. Pero en 1971 toman

funcionalidad los colores verde, amarillo y naranja. Será en la década de los 90

cuando se complete el conocido RGB con el color azul para finalmente,

conseguir formar luz blanca con la ayuda de la luz ultravioleta. Llegados a este

punto, los LED se muestran como una buena elección para la iluminación.

La tecnología que estudiamos en este trabajo utiliza lo que actualmente

llamamos “LEDs”, acrónico inglés de “light-emitting diode”, traducido como

“diodo emisor de luz”. Es un componente optoeléctrico pasivo fabricado con

material semiconductor. Optoeléctrico porque es capaz de transformar la

energía eléctrica en luz y viceversa, emitiendo radiación cuando por ellos

circula una corriente eléctrica en sentido directo; y pasivo porque es un

elemento que ofrece resistencia a la corriente eléctrica. Su funcionamiento,

básicamente, está sujeto al efecto de la luminiscencia; de ahí, la unión de dos

terminales “p-n” (ánodo y cátodo respectivamente) que caracteriza a un LED. El

color de un diodo viene dado por la longitud de onda de luz emitida, que

dependerá de los materiales del ánodo y cátodo y el material del

semiconductor. Es decir, del material con que esté fabricado el LED, emitiendo

en distintos colores de luz visible o en infrarrojos.

En los diodos LED los electrones circulan en un único sentido, el

“directo”, es decir, de ánodo (P) a cátodo (N). Éstos sufren el proceso

denominado recombinación de electrones que tiene como resultado la emisión

de energía en forma de fotones.

Por último, podríamos pensar que la recubierta de un LED influiría en el

haz de luz emitida, pero su función es únicamente identificadora. La cápsula

que rodea el material semiconductor es de plástico “epoxy”, de mayor

resistencia que el vidrio. Además, la cubierta lleva incorporada una lente con la

que regular la luz emitida.

3. Ventajas, desventajas y retos.

En este apartado mostraremos las características funcionales que son

ventajosas y negativas para los diodos LED y los avances que se proponen

actualmente con esta novedosa tecnología.



3.1. Ventajas

La primera gran ventaja, el ahorro energético, es

importantísima; aportando un descenso de nuestra factura de la luz del orden

de 70-80% respecto a otras fuentes de iluminación como pueden ser los

fluorescentes o las bombillas convencionales. En la segunda parte de este

trabajo se tratará con profundidad la reducción del consumo y gasto de los

LEDs en un caso específico de una vivienda.

La durabilidad es otra gran característica. Los LEDs encabezan la lista

de vida útil, alcanzando en torno las 50.000-45.000 horas, cifras cinco veces

mayores que un fluorescente y 50 más que una bombilla incandescente.

Un gran enemigo de las bombillas convencionales es la conmutación,

causante de muchas bajas lumínicas. Un diodo no se ve afectado por este

fenómeno de forma continuada, y esto hace que sea adecuado para ser

utilizado en zonas en las que necesitamos encender y apagar las luces con

frecuencia: garajes, portales, pasillos, etc. Además, tiene la capacidad de

alcanzar toda la intensidad luminaria al instante, al contrario de las bombillas de

bajo consumo las cuales producen picos de corriente al tardar unos minutos en

dar el 100%.

Gran capacidad para crear ambientes debido a su extensa gama de

colores y su capacidad para graduarla la intensidad de luz deseada. Un

ejemplo es la utilización de éstos en la catedral de Notre-Dame buscando no

sólo tener luz, sino también crear un ambiente de culto. Hoy en día se estilan

innumerables ejemplos, encontrándonos con lugares y establecimientos

(cafeterías, restaurantes, hogares, jardines, etc) en donde los LEDs ayudan a

crear el “clima” deseado.

Respecto a medio ambiente, los LEDs no contienen tungsteno/

wolframio, como las bombillas convencionales, ni mercurio, como en el caso de

los fluorescentes. Tampoco poseen ningún tipo de metal pesado o derivados,

por lo que no suponen un problema a la hora de su destrucción. Por otra parte,

esta tecnología sin radiación ultravioleta y con una menor disipación de calor,

repercute favorablemente en el ahorro energético, ya que la mayor parte de la

energía eléctrica generada produce altos contaminantes e impactos

ambientales (CO2 al quemar combustibles fósiles, destrucción de hábitats con

la construcción de embalses, la energía nuclear de fisión…), reduciendo así el

consumo energético y, por lo tanto, contribuyendo a la mejora de nuestro

planeta. A mayores, como la luz de un diodo va siempre direccionada, se

reduce la contaminación lumínica, iluminando el cielo, principal problema de las

farolas.



Por último, su reducido tamaño es una ventaja aumentando sus

aplicaciones y funcionalidades.

3.2. Desventajas.

Los LEDs también tienen sus contras o desventajas. Éstas se centran,

principalmente, en el coste, la temperatura y el suministro de voltaje y corriente

requerida.

El alto costo que requiere esta tecnología en comparación con la

tradicional es el principal inconveniente. No podemos hablar de diferencias de

precios, ya que los precios varían mucho según los criterios de marca, modelo,

potencia, etc. A pesar de estos elevados precios, los LEDs se llegan a

amortizar en un periodo de 2-3 años (lo comprobaremos en nuestro estudio

comparativo en la Parte II). Una vez amortizado un diodo, éste sólo genera

ahorro.

Por otra parte, la temperatura ambiente es otro factor importante. Tras

estudios, se ha llegado a comprobar que los LEDs, a medida que ascienden de

temperaturas de 25-30ºC, reducen progresivamente su vida útil (la temperatura

de rendimiento óptimo viene indicado siempre en la etiqueta del fabricante), por

lo que su uso en fábricas o lugares en los que se supere estas temperaturas no

es el adecuado (llegando incluso a romperse el semiconductor). Además,

aunque generan muy poco calor en comparación de las bombillas

convencionales, este necesita ser disipado eficientemente. Si se diese en caso

contrario, la vida de nuestro LED también se reduciría.

En sus inicios, la luz que emitían era fría, por lo que producían fatiga

ocular y no completaba el espectro visual. Actualmente, este problema se ha

minimizado y está casi subsanado.

Finalmente, los LEDs deben ser suministrados con más voltaje del

requerido y con menos corriente de la necesaria.

A continuación, mostraremos las características funcionales que son

ventajosas y negativas para los diodos LED y los avances que se proponen

actualmente con esta tecnología.

3.3. Retos.

Desde hace 2 o 3 años, la Tecnología LED ha comenzado su ascenso

para convertirse en el futuro de la iluminación. Actualmente, las empresas



trabajan duro para conseguir desarrollar LEDs aún más eficientes y resistentes

a temperaturas elevadas. Buscando también disminuir el coste de producción

para así bajar el precio del dispositivo LED al público (desventaja que se

pretende minimizar y subsanar).

Conseguir luz blanca pura es otro de los grandes retos de la industria de

iluminación. Los avances conseguidos hasta hora no eran rentables, ya que la

única forma de conseguir luz blanca pura era con la combinación de bastantes

colores, cada uno regulado de forma diferente. Pero a través de los OLEDs,

que comentaremos en el punto siguiente, eso se está consiguiendo.

Otro de los retos es llegar a convertirse en el "número uno" en

iluminación. En algunos ámbitos ya lo ha conseguido, tanto en iluminación

como en el desarrollo de pantallas de televisión, pero se espera que la

sociedad comience a ver sus grandes capacidades y opte por el uso de los

diodos LEDs.

4. Vistas al futuro (Líneas futuras).

Hoy por hoy, podemos afirmar que estamos ante el “boom” del LED: una

tecnología que avanza y no espera. En este sentido, podemos realizar un símil

con la tecnología móvil, en menos de un mes ya tenemos dos modelos nuevos

que superan en prestaciones al que acabábamos de comprar. Con la

tecnología LED ocurre algo parecido. ¿Qué deparará al LED en unos

años?¿Llegará a dominar todos los ámbitos de la iluminación o se quedará a

las puertas? Son cuestiones cuya respuesta desconocemos pero que podemos

presuponerle un buen augurio ya que actualmente se sigue investigando y

trabajando en ella, aportándonos novedades y desarrollos mejorados.

Está surgiendo un nuevo tipo de diodo orgánico emisor de luz, en inglés

“Organic Light-emitting Diode”, conocido como OLED. Es un nuevo material

que puede ser impreso en finas láminas, por lo que se podría conseguir que

"pareciese" que las paredes o muebles emitiesen su propia luz utilizando

diodos orgánicos basados en polímeros. Por ahora, no se han conseguido

grandes avances, apenas se consigue iluminar una pequeña habitación,

además de que tiene grandes problemas con la humedad.

En España, en empresario español Don Benito Muros ha inventado la

bombilla "Iwop". Una nueva bombilla, también conocida como “eterna”, que

según la empresa Oep Electrics, presenta una duración superior a un siglo.

Este nuevo tipo de LED (no ha aceptado por la industria lumínica) rompe la



llamada obsolencencia programada. La bombilla "eterna" presenta las

siguientes características:

1. Con sus 3.5 W de potencia ilumina igual que una incandescente de entre 90-

100 W.

2. Además, ofrece un 50% de ahorro energético en relación a la tecnología

LED.

II Parte: Estudio comparativo.

Para realizar este estudio comparativo utilizamos la aplicación Hype

Energy LED, disponible para iPhone y iPad y también con posibilidad de

utilización online como calculadora de ahorro2.

1. Comparación de consumos: bombillas convencionales versus

tecnología LED

Al entrar en la APP para iPad nos encontramos con la figura 1. En ella

se nos ofrece calcular el ahorro energético. Al aceptar se nos abre la pantalla

con la figura 2, en la cual debemos escribir un nombre, personalizar, al lugar en

donde se va a realizar el cálculo. Nosotros

hemos decidido introducir el nombre “Hogar”.

Tras pulsar “Añadir”, nos lleva a una nueva

pantalla (figura 3), la cual es muy parecida a

la pantalla de la aplicación online (figura 4).

Fig1. Pantalla inicial

Fig 2. Pantalla de Personalización

2 http://hypeled.es/savings_calculator/spanish.html



Fig 3. Cálculo del ahorro (APP) Fig 4: Cálculo del ahorro (online)

Como puede observarse, esta aplicación nos da la posibilidad de

calcular el ahorro anual y el tiempo de amortización de la inversión realizada en

el elemento “Hogar”.

1.1. Ahorro.

Considerando que el precio actual (sin impuestos) del Kwh en España es

de 0,124985€ [12], tras sumarle los impuestos y aproximarlo, éste resulta ser

de 0,18€.

Tras una tarea de investigación en los hogares de los alumnos de 1BAC,

hemos decidido introducir los siguientes datos de media: 23 luces de 60 W que

se cambiarán por LED de 5W, con un uso diario de 10 horas y al precio de

0,18€/kwh. El gasto anual sin LED, coste anual con LED y su ahorro se

estipulan, respectivamente, en 906,66€, 75,56€ y 831,10€, tal y como se

muestra en la figura 5: Un ahorro considerable.



Fig 5: Izquierda (APP) y derecha (online)

1.2. Tiempo de amortización.

Para calcular el tiempo de amortización necesitamos conocer el precio

de cada bombilla LED de 5W (coste siempre variable según el proveedor del

producto). Estimamos el precio de la bombilla LED de 5W en 9,9€ (precio

recogido de bombillas.net3). Esto supone una inversión inicial por los 23 LEDs

de 227,70€. Por lo tanto, como se muestran en las figuras 6 y 7, se amortizará

en 3,33 meses.

3 http://www.bombillasled.net/3-bombillas-led-gu10



Fig 6. Tiempo de amortización e inversión inicial (APP)



Fig 7: Tiempo de amortización e inversión inicial (online)

2. Conclusiones.

A lo largo de los años, la sociedad ha ido evolucionando y

concienciándose de que si no estamos en una habitación, por ejemplo, se debe

apagar la luz; sustituir las bombillas incandescentes por LFCs (Lámpara

Fluorescente Compacta), denominadas también bombillas de “bajo consumo”,

etc. Pero, ¿Cuál es el factor principal que lleva a las personas a tomar estas

medidas? Sin duda, ell ahorro, reducir la factura lumínica.

En la actualidad, la tecnología LED es la mejor elección en todos los

sentidos. Reduce el consumo hasta un 50% frente a una bombilla



convencional, tiene una vida útil muy amplia (45.000-50.000 horas), no

contiene sustancias tóxicas, beneficiando todas estas características al medio

ambiente. Su precio, si, un inconveniente inicial, pero nuestra demostración

deja claro que el tiempo de amortización de la implantación de esta tecnología

en un hogar de tamaño estándar (60-100 m2), no supera nunca el año.

Hoy por hoy, se construyen aportando una gran variedad de tamaños y

capacidades, lo que ha permitido que la industria los haya elegido como la

mejor elección. La industria automovilística los emplea en los faros de

iluminación, ya que el fallo de uno no deja fuera de servicio la totalidad del foco.

La industria de pantallas en general (televisores, consolas, mp4, etc.) emplea

también un LED RGB, capaz de dar toda la gama de colores con el uso de los

colores rojo, verde y azul en un mismo microchip, regulados de forma distinta

según la tonalidad deseada por el consumidor.

En mi caso, mi hogar, a medida que las bombillas vayan fallando, serán

todas sustituidas por LEDs. Tampoco creo que la gente tarde mucho en

concienciarse en eso, ya que cada vez es más común encontrarlos en las

ferreterías y centros comerciales, como un producto con solidez.

2.1. Opinión personal.

He disfrutado mucho realizando este trabajo de investigación ya que la

Tecnología LED era un tema desconocido para mí. Este trabajo me ha abierto una

nueva puerta hacia un consumo responsable. Después de haber investigado y

leído la suficiente información como para redactar este estudio, ante sus

muchas ventajas y mínimos inconveniente, concluyo que “soy un defensor” de

la tecnología LED. En los tiempos de crisis que corren, no es temerario decir

que los consumidores “temen” literalmente la factura de la luz. El

desconocimiento es lo que nos hace no tenerla más presente y realmente

aprovechar sus mejoras y ventajas.

3. Bibliografía y referencias4.

[1] “Características físicas de los leds”. Uso de Leds en la iluminación”.Uso de

leds en la iluminación. Una apuesta de futuro. [En línea]. Disponible en:

http://infoleds.wordpress.com/caracteristicas-fisicas-de-los-leds/. [Accedido el

15 de mayo de 2014].

4 Zotero: https://www.zotero.org/



[2] “TABLA EQUIVALENCIAS ILUMINACION LED vs. CONVENCIONAL”.

www.luces-led.com. [En línea]. Disponible en: http://luces-

led.com/Upl/tablaequivalenciasled.pdf. [Accedido el 20 de abril de 2014]

[3] “Ventajas de la iluminación LED”. Mi LED. [En línea]. Disponible en:

http://www.miled.es/pub/ventajas.pdf. [Accedido el 15 de mayo de 2014]

[4] “Tecnologia LED iluminacion LED ingenieria Barcelona SAKMA - EL LED”.

SAKMA Specialist in LED Tchnology. [En línea]. Disponible en:

http://www.sakma.com/index.php?page=el-led&hl=es_ES. [Accedido el 10 de

abril de 2014].

[5] “Ventajas y Desventajas de la Tecnología LED”. Alromar, energías de futuro.

[En línea]. Disponible en: http://www.alromar-energia.es/blog/ventajas-y-

desventajas-de-la-tecnologia-led/. [Accedido el 18 de mayo de 2014].

[6] “Desventajas de la Iluminación LED”. Certificado de Eficiencia Energética.

Certiahora Soliciones energéticas. [En línea]. Disponible en:

http://certificadodeeficienciaenergetica.com/articulo/desventajas-iluminacion-

led. [Accedido el 18 de abril de 2014].

[7] “Ventajas y desventajas de los LEDs, futuro de la iluminación”. Iluminación

Gascón Blog». [En línea]. Disponible en: http://www.gascon.es/blog/?p=247.

[Accedido el 20 de abril de 2014].

[8] “Led”. Wikipedia, la enciclopedia libre. [En línea]. Disponible en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Led. [Accedido el 22 de abril de 2014].

[9] “Que es un led, que son los leds”. www.quees.info.[En línea]. Disponible en:

http://www.quees.info/que-es-un-led.html. [Accedido el 15 de mayo de 2014].

[10] ”Al Led”. Sistema de Información Energética de Guanajuanjo SIEG.[En

línea]. Disponible en:

http://energia.guanajuato.gob.mx/siegconcyteg/eventosieg/archivos/AI_Led.pdf.

[Accedido el 23 de abril de 2014]

[11] “¿Que es luz LED?”. Tecnología y educación. [En línea]. Disponible en:

http://www.tecnologiayeducacion.com/%C2%BFque-es-luz-led/. [Accedido el 15

de abril de 2014].

[12] “El precio del kilovatio en España es un 48,2% más caro que el del país

europeo más barato - ABC.es”. [En línea]. Disponible en:

http://www.abc.es/economia/20140206/abci-kilovatio-espana-facua-

201402061311.html. [Accedido el 28 de abril de 2014].

http://luces-led.com/Upl/tablaequivalenciasled.pdf

http://luces-led.com/Upl/tablaequivalenciasled.pdf

http://www.miled.es/pub/ventajas.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Led

http://energia.guanajuato.gob.mx/siegconcyteg/eventosieg/archivos/AI_Led.pdf

trabajo de investigación sobre la tecnología led moisés carral ortiz

Career