2015 Año Internacional de la Luz

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/208/15
México, D.F., 7 de septiembre de 2015

• Del foco incandecente a la lámpara fluorecente. Una historia de generación de conocimiento y desarrollo de tecnologías.

Evolución del sistema de iluminación. En la imagen algunos de los convertidores de energía, cuya función principal es transformar la energía en luz eléctrica: foco incandecente, lámpara LED y luz fluorecente, estas dos últimas tienen una vida más prolongada y mayor aprovechamiento de la energía.
Foto: internet.
Imagen en alta resolución

Además del apagón analógico – que hace referencia al cese de las emisiones analógicas de los operadores de televisión abierta para transmitir únicamente señales digitales- este año México vive otro tipo de apagón que poco se ha abordado: el de los focos incandescentes de 60 y 40 watts, el cual se implementa en varios estados de la República y se suma a la prohibición de los de 100 y 75 watts.

Este cambio forma parte de la tercera fase de la aplicación de la Norma 028-ENER-2010 emitida por la Secretaría de Energía, e implica el ahorro de mil 880 giga watts de energía, lo que representará un ahorro de 2 mil 216 millones de pesos menos en luz.

El foco y/o la bombilla incandescente, inventado por Joseph Wilson Swan en 1879, dominó el sistema de iluminación por más de 100 años, luego que Thomas Alva Edison patentara el producto en 1881 y comenzara su producción en masa.

De ese tiempo a la fecha se han desarrollado múltiples variantes con una gran calidad de alumbrado, pero han resultado ser ineficientes en el consumo de energía.

Una de las más exitosas fue el desarrollo de la lámpara fluorescente, que en una versión modernizada es la que hoy ha sustituido al foco. Estos dispositivos fueron creados por Daniel McFarlane Moore, colaborador de Nicola Tesla, quien realizó experimentos con tubos que contenían nitrógeno y dióxido de carbono, lo que les permitió crear una lámpara que emitía luz blanca y rosada.

Para 1901, Peter Cooper Hewitt presentó una lámpara similar que contenía vapor de mercurio, que si bien era impropia para la mayoría de los usos prácticos, su diseño estaba muy cerca de los equipos actuales. Para 1926 Edmund Germer y Hans Spanner mejoraron el artefacto al incrementar la presión del gas dentro del tubo y recubrirlo internamente con polvo fluorescente para que absorbiera la radiación ultravioleta emitida por un gas en estado de plasma y la convirtiera en luz blanca uniforme.

Esta idea fue patentada y adquirida posteriormente por la compañía General Electric que la comenzó a comercializar desde 1939.

El porqué ganaron en un inicio ventaja sobre los focos fue un asunto meramente económico, pero con el tiempo este desarrollo se ha ido adaptando a la necesidad de reducir las emisiones contaminantes en tiempos en los que el cambio climático ha sido aceptado como una realidad en el mundo.

La aparición del LED

Casi 30 años después de la invención del foco, Henry Joseph Round, un trabajador de la compañía Marconi, en 1907 aplicó voltaje a dos semiconductores de silicio creando con ello un primitivo diodo emisor de luz (LED) que logró emitir luz.

La idea fue mejorada en 1927 por Oleg Vladimírovich, y retomada y perfeccionada 35 años después, en 1962, por Nick Holonyak, que trabajaba como asesor de un laboratorio de General Electric, en Nueva York.

En la pasada década de los años setenta comenzaron a producir industrialmente, pero no pudieron ser aprovechados como sustitutos de las lámparas incandescentes debido a que sólo existían diodos color verde, rojo y amarillo que emitían una luz poco intensa.

La principal revolución en este tipo de dispositivos llegó a través de la investigación de tres científicos japoneses que lograron crear cristales de nitruro de galio, y casi después de diez años de trabajo lograron incorporar la sustancia a semiconductores que pudieron emitir casi tanta luz como la de un foco incandescente.

De ahí que Isamu Akasaki, Hiroshi Amano y Shuji Nakamura lograron en 1992 presentar el primer diodo emisor de luz azul que marcó un cambio total en el uso de esta tecnología y por el que en 2014 les fue otorgado el Premio Nobel de Física.

Con los diodos azules fue posible crear diodos de luz blanca, combinando el verde, azul, rojo y amarillo como los colores primarios, logrando mejorar significativamente el impacto de estos dispositivos.

Eficiencia a prueba

La iluminación artificial constituye un 20% del gasto total de electricidad en las naciones y, por lo tanto, contribuye sustancialmente a la emisión de carbono a la atmósfera, afirmó Juan Bisquet, de la Universidad Jaume, durante los Premios de Investigación sobre Energías Renovables 2006, en España. “Para iluminar una habitación –dijo- se podría utilizar un foco de 100 watts, lo que le lleva a gastar 100 watts de energía”.

Por el contrario, para iluminar el mismo espacio, la lámpara fluorescente gasta sólo 20 watts; es decir, se utiliza sólo una quinta parte de la energía.

Otra ventaja que ofrece es la durabilidad, pues si un foco ilumina la misma habitación por mil horas, la lámpara fluorescente tiene una vida de ocho mil horas.

Lo anterior tiene un impacto directo en el tema de la contaminación y el cambio climático, ya que para encender un foco incandescente las centrales eléctricas queman carbón, mientras que para obtener mercurio para la luz fluorescente se gasta cuatro veces menos del contaminante.

Una prueba de que este desarrollo realmente representa un ahorro, la doctora Claudia Sheinbaum, investigadora del Instituto de Ingeniería de la UNAM, revisó el impacto ambiental que estas tecnologías pueden tener en la máxima casa de estudios del país en el marco del programa EcoPuma.

En el “Inventario y escenarios de mitigación de GEI asociados con el consumo de energía en Ciudad Universitaria”, la investigadora miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, apuntó que en 2011 las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) anuales en Ciudad Universitaria alcanzaron los 49.58 millones de toneladas de CO2, lo que representa el 0.1% de las emisiones totales en el Distrito Federal.

De este consumo se describe que la luz interior es la que genera mayores emisiones, igualmente el gas para calentar el agua de la alberca olímpica.

Con estos datos como base, Sheinbaum y sus colaboradores, Azucena Escobedo Izquierdo, Héctor Juárez Mondragón y Sonia Briceño Viloria, evaluaron una serie de ahorros energéticos que contempla fundamentalmente la implementación de tecnologías con un uso más eficiente de la energía o la utilización de energías renovables, como la instalación y uso de paneles solares para calentar el agua de la alberca.

Su propuesta implica la sustitución de sistemas de iluminación T12 (lámparas fluorescentes), que representan el 51% total de las luminarias por sistemas T8, un sistema LED que consume solo 4 watts de energía.

Este ahorro únicamente para la iluminación de interiores sería del 12% respecto al consumo actual.

El cálculo realizado por la investigadora también plantea la incorporación de sistemas híbridos (solares y GLP) para las regaderas, así como la incorporación de paneles solares y bombas de calor.

La reducción de las emisiones de CO2 en el caso de la sustitución de los equipos representaría un 10% de ahorro para la institución educativa en el corto plazo, resaltó la investigadora.

Belegui Beccelieri.