Nobel de física para los LED de las bombillas de bajo consumo

Imagen de archivo de Shuji Nakamura, uno de los ganadores del premio Nobel de Física por la invención de las bombillas LED.
STEVE MALONE (AP)

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura reciben este año el máximo galardón mundial de física, el Premio Nobel, por un trabajo que disparó una revolución en la tecnología de la luz: la “invención de los diodos emisores de luz azul eficientes que han permitido las fuentes de luz brillantes y de ahorro energético”, según ha destacado el comité de la Real Academia sueca de ciencias. En otras palabras, Akasaki y sus colegas abrieron la puerta a las bombillas LED de luz blanca y larga duración. “Conlas bombillas LED tenemos ahora alternativas más duraderas y más eficientes a las viejas fuentes de luz”, destaca la academia sueca. 

Akasaki, Amano (ambos de la Universidad de Nagoya, en Japón) y Nakamura (en la Universidad de California en Santa Cruz) lograron crear haces de luz azul con semiconductores a principios de los años noventa. Los diodos rojos y verdes existían desde hacía tiempo, pero hacía falta el tercer color, el azul, para lograr esa suma de los tres que produce el blanco, ha explicado Staefan Normark, secretario permanente de la Academia Sueca al anunciar en Estocolmo, a las 11.45 de la mañana, el Premio Nobel de Física 2014. Pese a los esfuerzos de la industria y de los científicos, el LED azul se había resistido durante 30 años. 

Los tres investigadores premiados triunfaron donde todos habían fracasado hasta entonces. “Akasaki trabajaba con Amano en la Universidad de Nagoya y Nakamura estaba entonces empleado en Nichia Chemicals, una pequeña empresa de Tokushima, Nichia”, continúa la Real Academia Sueca de Ciencias. “Su invento fue revolucionario. Las bombillas de luz incandescente iluminaron el siglo XX; el siglo XXI será el de las bombillas LED”. 

"Siempre le recomiendo a los jóvenes científicos que no centren sus trabajos en lo que está de moda, que investiguen sobre lo que creen, aunque no consigan resultados inmediatos", explicó Akasaki durante una rueda de prensa en Nagoya minutos después de producirse el anuncio del premio que describió como “el mayor de los honores”, informa Europa Press. 

Los 880.000 euros de dotación del Nobel se distribuyen a partes iguales entre los tres galardonados. Akasaki y Amano, ambos japoneses, nacieron en 1929 y 1960, respectivamente. Nakamura, 1954, tiene nacionalidad estadounidense. 

Las luces LED, recalcan los científicos de la academia sueca, dado su bajísimo consumo, pueden funcionar alimentadas por paneles solares baratos, lo que abre la posibilidad de una mejora de la calidad de vida para 1.500 millones de personas en el mundo que no tienen acceso a la red eléctrica. Este año, el galardón de Física se ajusta fielmente, al menos en parte, al legado de Alfred Nobel, que establece que se dediquen los fondos a “premios para aquellos que, durante el año precedente, hayan generado un gran beneficio para la humanidad”. Lo del “año precedente” no se cumple casi nunca. 

Los LED son cada vez más eficientes en el sentido de que requieren menos energía para emitir luz, en comparación con las bombillas tradicionales o los fluorescentes. Así, los más avanzados alcanzan más de 300 lumen (flujo luminoso) por vatio, frente a los 16 de las bombillas incandescentes y 70 de los fluorescentes. Y, a diferencia de estos últimos, los LED no contienen mercurio, señala la academia sueca al explicar la importancia socioeconómica y medioambiental del trabajo galardonado este año. En cuanto a su duración, los LED aguantan hasta 100.000 horas encendidos, las bombillas incandescentes mil y los fluorescentes, 10.000. Hay que recordar que las llamadas bombillas de bajo consumo de hace pocos años son fluorescentes, pero con la llegada de los LED, ese apelativo de bajo consumo ha perdido su significado. 

Un diodo emisor de luz está formado por varias capas de materiales semiconductores (la longitud de onda de la luz emitida depende del material utilizado) y la electricidad se convierte directamente en fotones, partículas de luz. Ahí está la calve de su eficiencia, ya que las fuentes luminosas tradicionales la mayor parte de la electricidad se convierte en calor y solo un poco en luz. En una bombilla de las de antes, o en un halógeno, la corriente eléctrica calienta un filamento que se pone incandescente y emite luz. 

El diodo de luz roja fue inventado a finales de los años cincuenta y se utilizaron, por ejemplo, en relojes digitales y calculadoras, así como en indicadores de encendido/apagado de aparatos eléctricos. El azul se resistió mucho tiempo y los tres investigadores ahora premiados “retaron la verdades establecidas, trabajaron duro y asumieron considerables riesgos”, señala el comité Nobel al explicar su logro. Hicieron miles de experimentos y, la mayor parte de las veces, fallaron, pero no desesperaron, siguieron adelante. Tanto Akasaki y su entonces estudiante de doctorado Amano, como Nakamura, habían optado por el nitruro de galio como material para lograr el emisor azul. Era la elección correcta, pero hacer cristales de nitruro de galio de suficiente calidad fue un reto enorme. Akasaki y Amano lo lograron en 1986 y, con sus cristales de nitruro de galio, presentaron en 1992 su primer diodo de emisión de luz azul brillante. Nakamura, por su parte, hizo sus cristales con alta calidad de ese material en 1988 y presentó el invento también en 1992, pero con una solución técnica diferente. Los tres se dedicaron, durante la década de los noventa a mejorar sus LEDs de color azul haciéndolos más eficientes con diferentes aleaciones de nitrito de galio utilizando para la fabricación de los cristales aluminio o iridio. Además, los tres inventaron también un láser azul con un LED, del tamaño de un grano de arena, como componente esencial. 

“Mucha gente abandonó, pero yo seguí trabajando en lo que creo y amo”, ha recordado hoy Akasaki.

Artículo escrito por: Lucia Ribera

Publicada en: El País

Hacia la Smart City

Endesa, E.ON y Gas Natural ayudan a las ciudades a gastar menos energía 

Los municipios renuevan su iluminación obsoleta de la mano de las eléctricas, monitorizando el consumo y rebajando los costes de la factura de la luz y las emisiones de CO2.

Foto: Dreamstime.

El alumbrado público puede llegar a representar hasta la mitad del consumo energético de un ayuntamiento. La necesidad de rebajar esta factura está llevando a numerosos consistorios españoles a poner en marcha programas para sustituir sus ineficientes tecnologías de alumbrado por otras de bajo consumo y menos contaminantes, principalmente LED, abriendo así paso a las smartcities (ciudades inteligentes), un camino en el que las compañías energéticas se convierten en aliados. 

Móstoles es el último ejemplo. Este ayuntamiento madrileño acaba de adjudicar a Endesa y Enel Sole la gestión de su alumbrado público. En UTE con la empresa Sice, renovarán 17.000 puntos de luz, el 79 % del total instalado, con 6.300 luminarias de tecnología LED, logrando un ahorro del 48% del consumo de energía en alumbrado. 

Con éste, son diez los municipios españoles a los que Endesa y Enel Sole han ayudado a reducir el consumo de energía. 

Sustitución 

En otras nueve ciudades (en Extremadura, Andalucía, Valencia, Murcia y Cataluña) han sustituido 44.238 puntos con 5.924 LED, reduciendo un 50% la factura y evitando la emisión de 4.000 toneladas de CO2 al año. 

Endesa lidera, además, el proyecto Smartcity Málaga, que en los últimos cinco años ha rebajado más del 25% el consumo eléctrico general de una zona con 11.000 clientes domésticos y 1.200 industriales y de servicios. El proyecto ha cumplido el objetivo de reducir un 20% las emisiones de CO2. 

Endesa, que monitoriza la infraestructura mediante la interconexión de 40 kilómetros de circuitos de media tensión y 72 centros de media y baja tensión, eligió Málaga como laboratorio de Enel, grupo del que forma parte, para desarrollar tecnologías inteligentes de distribución en la red (smart grid). 

La ciudad de Santander ha sido el banco de pruebas de E.ON en España. El grupo eléctrico, en colaboración con el ayuntamiento, la Universidad de Cantabria y Sodercan, entre otras entidades, ha puesto en marcha una iniciativa piloto que cuenta con un sistema automático que controla y adapta el nivel de iluminación de las calles en función de las necesidades de los ciudadanos (como la detección de presencia), al tiempo que permite monitorizar los consumos. 

Esta iniciativa forma parte del proyecto Outsmart, financiado por la UE, en el que participan entidades de diversos países comunitarios. La reducción del consumo medio diario de energía puede alcanzar el 34% y las emisiones de CO2 pueden ser un 27% inferiores. 

Gas Natural también desarrolla proyectos para mejorar la eficiencia de los ayuntamientos y actualmente realiza estudios de viabilidad de un treintena de planes de alumbrado público. Sus planes permitieron a municipios como Salobre y Vianos, en Albacete, ahorros de más del 75%. 

En enero, inició la ejecución del contrato del alumbrado de Parets del Vallés (Barcelona), que logrará un ahorro de casi tres millones de euros en diez años. 

En UTE con Boquet renovará los 4.044 puntos de luz por tecnología de halogenuros metálicos, con un ahorro de 1,6 GWh al año, casi el 61% del consumo energético del año anterior, a lo que se suman que se evita la emisión a la atmósfera de 1,17 toneladas de CO2 anuales. 

Artículo escrito por: Ana Medina

Publicado en: Expansión.com

Cómo ahorrar en la factura de la luz

Con la rebaja del 6,62%, el recibo de la luz rompe su racha de casi cinco años en los que se ha encarecido un 60%. Aun así, el 30% de los usuarios gastan más de 304 euros en consumo eléctrico. 

Nuestras casas consumen la cuarta parte de toda la energía eléctrica que se consume en España, según el estudio que el IADE (instituto público que depende del Ministerio de Industria) ha realizado al respecto. 

Pero, ¿de cuánto dinero estamos hablando?. Nada más y nada menos que de 990€ de media al año por habitante, siendo el 50% para la calefacción (el 71% en casas aisladas en zonas frías). En el caso de los usuarios de Fintonic, el gasto en electricidad que tiene un usuario medio cada dos meses es de 133€. Sin embargo, el 30% de los usuarios gastan más de 304€. ¿En qué grupo os encontráis? 

Consejos de ahorro en la factura eléctrica 

• La iluminación: En un hogar español hay de media 22,8 bombillas. Pese a los esfuerzos que se han hecho por concienciarnos en implantar las de bajo consumo, las bombillas tradicionales siguen siendo nuestras preferidas (8,3 del total). Siete las de bajo consumo, y tan sólo un 0,01 está representado por las bombillas de LED (una por cada cien hogares). A pesar de estas cifras, la tecnología LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas comunes: como su bajo consumo de energía, encendido instantáneo, mantenimiento casi nulo y una vida muy superior. Casi toda la energía utilizada por el LED es convertida en luz en lugar de calor. Pese a su elevado precio, para sustituir lámparas convencionales por LED, se recomienda un cambio progresivo comenzando por las lámparas que tengan un mayor consumo y estén mayor número de horas encendidas al día. Aunque a largo plazo siempre van a compensar por su duración y por la diferencia de consumo. 
• La temperatura en casa: la calefacción supone casi el 50% del consumo total de electricidad del hogar. Habrá que prestar especial atención al aislamiento. Sin un buen aislamiento es complicado mantener la temperatura dentro de casa, por ello algunos trucos son: tener cortinas, bajar las persianas cuando empiece a anochecer, colocar alfombras en el suelo o burletes en las rendijas de las puertas, tapar los huecos en la carpintería con masilla para no pase aire y, en verano, los toldos y persianas ayudarán a que la vivienda no se caliente. Respecto a la temperatura es recomendable mantener nuestro termostato entre 19 y 21 grados, y 17 grados durante la noche. Por cada grado que se sube se consume un 5% más, si bajamos de 24 a 21 grados, el ahorro anual será del 15% (148,5 euros al año). Otra forma de ahorrar es apagando la calefacción por la noche y encenderla al día siguiente, o dejar al descubierto los radiadores para que el calor circule bien. 
• Electrodomésticos: Entre los que más consumen se encuentran el frigorífico, con 99,92 euros al año y el congelador con 84,97 euros. La temperatura adecuada es de 5º y la del congelador de -18º, y si además descongeláis antes de que la capa de hielo alcance los 3 milímetros se puede ahorrar hasta el 30% de la energía, es decir, 29,97€. Es básico no mantener la puerta abierta mucho tiempo. En esta lista también se encuentran: la televisión con 39,69€, bajar la iluminación o utilizar pantallas LED rebajará el consumo; la lavadora con 38,48€, si se usan programas de lavado en frío y se pone cuando esté llena se reducirá el gasto; la secadora con 38,50€, usar un sensor de humedad para que la ropa no se seque en exceso ayuda a rebajar el consumo; y el lavavajillas con 38,64€, usarlo siempre cuando esté lleno y con programas económicos o de baja temperatura cuando sea posible. 
• El “stand by”: por último, esas bombillas de nuestros aparatos eléctricos se llevan más porcentaje de consumo que usar el aire acondicionado durante los meses de verano o lo mismo que consume nuestro horno en todo el año. La manera de combatir este sobreconsumo es apagar completamente todos los aparatos eléctricos y desenchufar los cargadores cuando no los uses. 

La Tarifa eléctrica de último recurso (TUR), establecida por el Gobierno, es la que determina estas subidas y bajadas de precios en nuestra factura de la luz. La TUR se calcula teniendo en cuenta como elementos los peajes de acceso (determinados por Industria) y el coste de la energía (se determina por subasta entre las grandes compañías (Endesa, Iberdrola, Gas Natural, E.ON y HC Naturgas)). Cada parte conforma en torno al 50% del recibo cada uno, que en esta ocasión ha supuesto la reducción del 6,62%. 

Hemos tomado esta noticia en Expansión.com

El Campello ahorra 25000 € al año en energia gracias a los LEDs

La concejalía de Servicios Públicos, que dirige el edil, Alejandro Collado, ha sustituido el alumbrado público del Paseo Marítimo de la playa Carrerlamar de El Campello por tecnología LED. De esta forma se han cambiado las 91 luminarias esféricas que coronaban las columnas de hormigón por otras mucho más eficientes que consumen un 70% menos

de energía.

Al mismo tiempo, se han permutado los proyectores que iluminan la playa por otros de la misma tecnología. Junto a estas medidas se ha reducido su horario de funcionamiento, por lo que la Concejalía prevé ahorrar 25.000 euros al año en la factura de la luz. Estas medidas contribuyen también a la reducción de las emisiones de CO2 en más de 113 toneladas contribuyendo a cumplir con los objetivos marcados desde Bruselas en el Pacto de Alcaldes, que prevé reducir las emisiones y el consumo de energía en un 20% antes del año 2020.

Las obras han supuesto una inversión de más de 100.000 euros que se han beneficiado de una subvención de la Agencia Valenciana de la Energía, dentro del programa de ahorro y eficiencia en los servicios públicos.

Fuentes municipales destacaron que la concejalía de Servicios se sigue trabajando para ahorrar en la energía y reducir su facturación, por ello esta medida se une, a la que desde hace unos meses se viene llevando a cabo en distintos puntos del municipio, donde se alterna el alumbrado de las farolas.

Fuente: J.A. Rico, de www.diarioinformacion.com

El nitruro de galio podría revolucionar la iluminación a corto plazo

Los últimos avances logrados con el nitruro de galio, una sustancia que emite luz, podrían revolucionar la iluminación de los hogares y las oficinas en un plazo de unos cinco años, según afirma un experto en ciencia de los materiales, Colin Humphreys, catedrático de la Universidad de Cambridge (Reino Unido). El uso de esta fuente de luz brillante podría contribuir a reducir hasta un 75% el consumo eléctrico.

El nitruro de galio (GaN) es un compuesto emisor de luz que ya se usa en los flashes de las cámaras, los faros de las bicicletas, los teléfonos móviles y en la iluminación del interior de autobuses, trenes y aviones, pero un equipo de investigadores británicos prevé que sus posibilidades van mucho más allá.

Los científicos consideran que cuando se pueda usar el GaN para iluminar las casas y las oficinas será como haber encontrado el Santo Grial. Si se consigue, se podría reducir en un 75% el consumo habitual de luz eléctrica en los países desarrollados y, a la vez, se contribuiría a disminuir enormemente las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas y a preservar las reservas de combustibles fósiles.

“Los diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) de nitruro de galio (GaN) tienen un futuro muy prometedor”, asegura Humphreys, que coordina las investigaciones como catedrático del Centro para el Nitruro de Galio en la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Estos LED son “asombrosamente duraderos, ya que pueden proporcionar 100.000 horas de luz (100 veces más que una bombilla convencional), y en la práctica eso significa que con el uso normal de una familia habría que cambiarlos a los 60 años”.

“Además, a diferencia de las luces fluorescentes compactas de bajo consumo que se usan ahora, los LED de nitruro de galio no contienen mercurio, por lo que desecharlos no es un problema medioambiental tan complicado”, añade el catedrático.

Pero para aprovechar estas ventajas los científicos deben superar algunos obstáculos importantes, como que los LED de GaN son demasiado caros para fabricarlos para un uso a gran escala en hogares y centros de trabajo. Además, otro de los factores limitantes es la luz fuerte que emiten. Los investigadores han desvelado recientemente porque se produce ese fenómeno gracias a una nueva y completa teoría, desarrollada en colaboración con Phil Dawson, catedrático de la Universidad de Manchester (Reino Unido).

“Comprender esto es vital para mejorar la calidad y la eficiencia de las luces de GaN”, afirma Humphreys, que añade: “Nuestro centro también está trabajando en una técnica innovadora para depositar el GaN sobre discos de silicio de 15 centímetros, en lugar de los discos de zafiro que se usaban hasta ahora. Esto podría reducir los costes de fabricación a la décima parte, y así contribuiría a que las luces de nitruro de galio se introdujesen en nuevos mercados”. Otro de los proyectos del centro se centra en lograr que la iluminación con GaN imite a la luz del sol, lo que podría tener importantes beneficios para quienes padecen trastornos afectivos estacionales.

Humphreys predice que las luces de GaN “deberían empezar a dejar notar su presencia en las casas y oficinas en un plazo de unos cinco años”, lo que no sólo será bueno para el medio ambiente, sino que también beneficiará a los consumidores en cuanto a comodidad, ahorro de electricidad y calidad de vida”.

Las posibilidades futuras de las luces de nitruro de galio son muy diversas. Actualmente los LED de este compuesto se recubren con fósforo para transformar la luz azul en luz blanca. Pero existe la posibilidad de retirar la cubierta e incluir varios LED en miniatura, cada uno de los cuales emitiría luz en un color diferente dentro de la “bombilla” general.

Los LED en miniatura emitirían juntos la luz blanca, pero la gente en casa o en la oficina podría modificar el equilibrio exacto (para conseguir, por ejemplo, una luz azulada) según su estado de ánimo. “Ésta y otras aplicaciones, como en medicina para detectar tumores o para el tratamiento de aguas en países en vías de desarrollo, podrían estar disponible en 10 años”, vaticina Humphreys.

Lampara LED

Una lámpara de led es una lámpara de estado sólido que usa LEDs (Diodos Emisores de Luz) como fuente luminosa. Debido a que la luz capaz de emitir un led no es muy intensa, para alcanzar la intensidad luminosa similar a las otras lámparas existentes como las incandescentes o las fluorescentes compactas, las lámparas de led están compuestas por agrupaciones de led, en mayor o menor número, según la intensidad luminosa deseada.

Actualmente las lámparas de led se pueden usar para cualquier aplicación comercial, desde el alumbrado decorativo hasta el de viales y jardines, presentado ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energético, arranque instantáneo, aguante a los encendidos y apagados continuos y su mayor vida útil, pero también con ciertos inconvenientes como lo es su elevado costo inicial.

Los diodos funcionan con energía eléctrica de corriente continua (CC), de modo que las lámparas de LED deben incluir circuitos internos para operar desde el voltaje CA estándar. Los LED se dañan a altas temperaturas, por lo que las lámparas de LED tienen elementos de gestión del calor, tales como disipadores y aletas de refrigeración. Las lámparas de LED tienen una vida útil larga y una gran eficiencia energética, pero los costos iniciales son mas altos que los de las lámparas fluorescentes.

La iluminación de propósito general necesita luz blanca. Los LED emiten luz en una banda de longitudes de onda muy estrecha, fuertemente coloreada. El color es característico de la banda prohibida de energía de un material semiconductor usado para fabricar el LED. Para emitir luz blanca es preciso combinar LED de luz roja, verde y azul, o usando fósforo para convertir parte de la luz a otros colores.

El primer método (LED RGB), usan múltiples chips de LED cada uno emitiendo una longitud de onda diferente en las proximidades, para formar el amplio espectro de luz blanca. La ventaja de este método es que la intensidad de cada LED puede ser ajustada para "afinar" el carácter de la luz emitida. La mayor desventaja es su alto costo de producción.

El segundo método, LED de fósforo convertido (pcLED), usa un LED de corta longitud de onda (usualmente azul o ultravioleta) en combinación con el fósforo, el cual absorbe una porción de la luz azul y emite un espectro mas amplio de luz blanca (El mecanismo es similar a la forma de una lámpara fluorescente que emite luz blanca de un sistema de iluminación UV fósforo). La mayor ventaja aquí es el costo de producción bajo, alto IRC (índice de reproducción cromática), mientras la desventaja es la incapacidad para cambiar dinámicamente el carácter de la luz y el hecho de que la conversión de fósforo reduce la eficiencia del dispositivo. El bajo costo y el desempeño adecuado lo hace la tecnología mas utilizada para la iluminación general hoy en día.

Un solo LED es un dispositivo de estado solido de baja tensión (voltaje) y no puede funcionar directamente en una corriente alterna estándar sin algún tipo de circuito para controlar el voltaje aplicado y el flujo de corriente a través de la lámpara. Una serie de diodos y resistores (resistencias) podrían ser usadas para controlar la polaridad del voltaje y limitar la corriente, pero esto es ineficiente, ya que la mayoría de la tensión aplicada se desperdicia en forma de calor en la resistencia. Una cadena única de LED en serie podrían minimizar la pérdida de la caída de tensión, pero la falla de un solo LED podría extinguir toda la cadena. El uso de cadenas en paralelo redundantes incrementa la fiabilidad, usándose comúnmente tres cadenas o más. Pueden ser útiles para la iluminación del hogar o en espacios de trabajo, un número de LED deben ser colocados juntos en una lámpara para combinar sus efectos de iluminación. Esto es porque cada LED emite solamente una fracción de la luz de las fuentes de luz tradicionales. Cuando se utiliza el método de la mezcla de colores, puede ser difícil de lograr una distribución de color uniforme, mientras que la adaptación de LED blancos no es critica para el equilibrio de color. Además, la degradación de LED diferentes en varios momentos en una lámpara de colores combinados puede producir una salida de color uniforme. Las lámparas de LED usualmente consisten en grupos de LED en una cubierta con dispositivos electrónicos, un disipador y óptica.