trabajo de investigación sobre la tecnología led_moisés carral ortiz

La Tecnologa

LED

Tutora del alumno: Susana Oubia Falcn

fde

2014

Realizado por Moiss Carral Ortiz

La Tecnologa

LED

La Tecnologa LED Mayo 2014

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

ndice

1. Introduccin. ........................................................................................................................... 3

2. Qu es la tecnologa LED? ................................................................................................ 3

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

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

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

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

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

1. Comparacin de consumos: bombillas convencionales versus tecnologa LED ........ 8

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

1.2. Tiempo de amortizacin. ............................................................................................. 10

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

2.1. Opinin personal. .......................................................................................................... 13

3. Bibliografa y referencias. ................................................................................................... 13



I Parte: Estado del arte

1. Introduccin.

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

medidas de prevencin ante la posibilidad del agotamiento de los mismos, as

como, intentar minimizar la generacin de sustancias txicas que se generan

por su utilizacin. Pero, la motivacin del ahorro energtico posee dos frentes:

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

elctrica de los consumidores. Hoy en da, tal y como se presenta el panorama

socio-econmico de ahorro en energas no renovables y proliferacin de las

renovables, adquieren especial importancia las tecnologas que proporcionan

una beneficiosa reduccin del consumo de energa elctrica en los hogares,

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

tecnologa LED, que lleva despuntando desde hace aos, puede considerarse

no slo el presente, sino el futuro en la iluminacin proporcionando un

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

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

proteccin y preservacin del medio ambiente ya que no utilizan mercurio ni

emiten UV.

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

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

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

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

ahorro y amortizacin ejemplificado en un hogar, realizando la comparativa

entre el uso de bombillas tradicionales frente a la utilizacin de la iluminacin

LED. Para ello, utilizamos la aplicacin Hype Energy LED1. Finalmente, se

expondrn las conclusiones del trabajo.

2. Qu es la tecnologa LED?

Para comenzar, deberemos ubicarnos y conocer en qu consiste dicha

tecnologa. Sus orgenes se remontan al ao 1927. En esa fecha, Oleg

Vladimrovich Lsev (1903-1942) publica en una revista rusa de tecnologa el

nacimiento del LED a partir de xido de cinc y carburo de silicio. Aos ms

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

electrnico que actualmente conocemos como LED moderno, siendo por ello

considerado como el padre de la tecnologa LED,

1 http://hypeled.es/inicio/



A partir de aqu comenz su revolucin en la industria, sus inicios fueron

con el LED de color rojo cuya funcin se limitaba a sealar el encendido y el

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

funcionalidad los colores verde, amarillo y naranja. Ser en la dcada 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 eleccin para la iluminacin.

La tecnologa que estudiamos en este trabajo utiliza lo que actualmente

llamamos LEDs, acrnico ingls de light-emitting diode, traducido como

diodo emisor de luz. Es un componente optoelctrico pasivo fabricado con

material semiconductor. Optoelctrico porque es capaz de transformar la

energa elctrica en luz y viceversa, emitiendo radiacin cuando por ellos

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

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

bsicamente, est sujeto al efecto de la luminiscencia; de ah, la unin de dos

terminales p-n (nodo y ctodo respectivamente) que caracteriza a un LED. El

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

depender de los materiales del nodo y ctodo y el material del

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

en distintos colores de luz visible o en infrarrojos.

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

directo, es decir, de nodo (P) a ctodo (N). stos sufren el proceso

denominado recombinacin de electrones que tiene como resultado la emisin

de energa en forma de fotones.

Por ltimo, podramos pensar que la recubierta de un LED influira en el

haz de luz emitida, pero su funcin es nicamente identificadora. La cpsula

que rodea el material semiconductor es de plstico epoxy, de mayor

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

que regular la luz emitida.

3. Ventajas, desventajas y retos.

En este apartado mostraremos las caractersticas funcionales que son

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

actualmente con esta novedosa tecnologa.



3.1. Ventajas

La primera gran ventaja, el ahorro energtico, es

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

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

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

trabajo se tratar con profundidad la reduccin del consumo y gasto de los

LEDs en un caso especfico de una vivienda.

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

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

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

Un gran enemigo de las bombillas convencionales es la conmutacin,

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

fenmeno 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. Adems, 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 utilizacin de stos en la catedral de Notre-Dame buscando no

slo tener luz, sino tambin crear un ambiente de culto. Hoy en da se estilan

innumerables ejemplos, encontrndonos con lugares y establecimientos

(cafeteras, 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 ningn tipo de metal pesado o derivados,

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

esta tecnologa sin radiacin ultravioleta y con una menor disipacin de calor,

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

energa elctrica generada produce altos contaminantes e impactos

ambientales (CO2 al quemar combustibles fsiles, destruccin de hbitats con

la construccin de embalses, la energa nuclear de fisin), reduciendo as el

consumo energtico 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 contaminacin lumnica, iluminando el cielo, principal problema de las

farolas.



Por ltimo, su reducido tamao es una ventaja aumentando sus

aplicaciones y funcionalidades.

3.2. Desventajas.

Los LEDs tambin tienen sus contras o desventajas. stas se centran,

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

requerida.

El alto costo que requiere esta tecnologa en comparacin con la

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

precios, ya que los precios varan mucho segn 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 aos (lo comprobaremos en nuestro estudio

comparativo en la Parte II). Una vez amortizado un diodo, ste slo 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 25-30C, reducen progresivamente su vida til (la temperatura

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

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

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

aunque generan muy poco calor en comparacin de las bombillas

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

contrario, la vida de nuestro LED tambin se reducira.

En sus inicios, la luz que emitan era fra, por lo que producan fatiga

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

minimizado y est casi subsanado.

Finalmente, los LEDs deben ser suministrados con ms voltaje del

requerido y con menos corriente de la necesaria.

A continuacin, mostraremos las caractersticas funcionales que son

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

actualmente con esta tecnologa.

3.3. Retos.

Desde hace 2 o 3 aos, la Tecnologa LED ha comenzado su ascenso

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



trabajan duro para conseguir desarrollar LEDs an ms eficientes y resistentes

a temperaturas elevadas. Buscando tambin disminuir el coste de produccin

para as bajar el precio del dispositivo LED al pblico (desventaja que se

pretende minimizar y subsanar).

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

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

nica forma de conseguir luz blanca pura era con la combinacin de bastantes

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

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

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

iluminacin. En algunos mbitos ya lo ha conseguido, tanto en iluminacin

como en el desarrollo de pantallas de televisin, 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 (Lneas futuras).

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

tecnologa que avanza y no espera. En este sentido, podemos realizar un smil

con la tecnologa mvil, en menos de un mes ya tenemos dos modelos nuevos

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

tecnologa LED ocurre algo parecido. Qu deparar al LED en unos

aos?Llegar a dominar todos los mbitos de la iluminacin o se quedar 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, aportndonos novedades y desarrollos mejorados.

Est surgiendo un nuevo tipo de diodo orgnico emisor de luz, en ingls

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

que puede ser impreso en finas lminas, por lo que se podra conseguir que

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

diodos orgnicos basados en polmeros. Por ahora, no se han conseguido

grandes avances, apenas se consigue iluminar una pequea habitacin,

adems de que tiene grandes problemas con la humedad.

En Espaa, en empresario espaol Don Benito Muros ha inventado la

bombilla "Iwop". Una nueva bombilla, tambin conocida como eterna, que

segn la empresa Oep Electrics, presenta una duracin superior a un siglo.

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



llamada obsolencencia programada. La bombilla "eterna" presenta las

siguientes caractersticas:

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

100 W.

2. Adems, ofrece un 50% de ahorro energtico en relacin a la tecnologa

LED.

II Parte: Estudio comparativo.

Para realizar este estudio comparativo utilizamos la aplicacin Hype

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

utilizacin online como calculadora de ahorro2.

1. Comparacin de consumos: bombillas convencionales versus

tecnologa LED

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

se nos ofrece calcular el ahorro energtico. 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 clculo. Nosotros

hemos decidido introducir el nombre Hogar.

Tras pulsar Aadir, nos lleva a una nueva

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

la pantalla de la aplicacin online (figura 4).

Fig1. Pantalla inicial

Fig 2. Pantalla de Personalizacin

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



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

Como puede observarse, esta aplicacin nos da la posibilidad de

calcular el ahorro anual y el tiempo de amortizacin de la inversin realizada en

el elemento Hogar.

1.1. Ahorro.

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

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

de 0,18.

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

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

se cambiarn 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 amortizacin.

Para calcular el tiempo de amortizacin necesitamos conocer el precio

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

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

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

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

en 3,33 meses.

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



Fig 6. Tiempo de amortizacin e inversin inicial (APP)



Fig 7: Tiempo de amortizacin e inversin inicial (online)

2. Conclusiones.

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

conciencindose de que si no estamos en una habitacin, por ejemplo, se debe

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

Fluorescente Compacta), denominadas tambin bombillas de bajo consumo,

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

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

En la actualidad, la tecnologa LED es la mejor eleccin en todos los

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



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

contiene sustancias txicas, beneficiando todas estas caractersticas al medio

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

deja claro que el tiempo de amortizacin de la implantacin de esta tecnologa

en un hogar de tamao estndar (60-100 m2), no supera nunca el ao.

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

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

mejor eleccin. La industria automovilstica los emplea en los faros de

iluminacin, 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

tambin 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

segn la tonalidad deseada por el consumidor.

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

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

concienciarse en eso, ya que cada vez es ms comn encontrarlos en las

ferreteras y centros comerciales, como un producto con solidez.

2.1. Opinin personal.

He disfrutado mucho realizando este trabajo de investigacin ya que la

Tecnologa LED era un tema desconocido para m. Este trabajo me ha abierto una

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

ledo la suficiente informacin como para redactar este estudio, ante sus

muchas ventajas y mnimos inconveniente, concluyo que soy un defensor de

la tecnologa 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 ms presente y realmente

aprovechar sus mejoras y ventajas.

3. Bibliografa y referencias4.

[1] Caractersticas fsicas de los leds. Uso de Leds en la iluminacin.Uso de

leds en la iluminacin. Una apuesta de futuro. [En lnea]. 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 lnea]. Disponible en: http://luces-

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

[3] Ventajas de la iluminacin LED. Mi LED. [En lnea]. 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 lnea]. 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 Tecnologa LED. Alromar, energas de futuro.

[En lnea]. 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 Iluminacin LED. Certificado de Eficiencia Energtica.

Certiahora Soliciones energticas. [En lnea]. 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 iluminacin. Iluminacin

Gascn Blog. [En lnea]. Disponible en: http://www.gascon.es/blog/?p=247.

[Accedido el 20 de abril de 2014].

[8] Led. Wikipedia, la enciclopedia libre. [En lnea]. 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 lnea]. Disponible en:

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

[10] Al Led. Sistema de Informacin Energtica de Guanajuanjo SIEG.[En

lnea]. 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?. Tecnologa y educacin. [En lnea]. Disponible en:

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

de abril de 2014].

[12] El precio del kilovatio en Espaa es un 48,2% ms caro que el del pas

europeo ms barato - ABC.es. [En lnea]. Disponible en:

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

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

trabajo de investigación sobre la tecnología led_moisés carral ortiz

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