ANEXO II: CONSIDERACIONES SOBRE LAS LUMINARIAS LED [1] Pamplona, marzo de 2012 Fernando Jáuregui Sora. Planetario de Pamplona Cel Fosc, Asociación contra la Contaminación Lumínica

El Servicio de Energía, Minas y Seguridad Industrial del Gobierno de Navarra agradece la participación desinteresada de Fernando Jáuregui y Cel Fosc en el estudio sobre instalaciones con alumbrado LED en Navarra realizado en 2011

1.1.

INTRODUCCIÓN

La irrupción en el mercado de la iluminación de exteriores de dispositivos basados en diodos fotoluminiscentes, luminarias LED, está cambiando la manera tradicional de resolver todo lo relacionado con el alumbrado. Sin embargo, la introducción de esta nueva tecnología está siendo distorsionada por ciertas prácticas comerciales excesivamente agresivas que condicionan la toma de decisiones que no siempre se basan sobre información fidedigna. La capacidad de las luminarias LED para su regulación mediante dispositivos electrónicos y sobre todo, la inmediatez de su respuesta ante las variaciones de la intensidad de la corriente que los alimenta, permiten actuaciones que hasta ahora no se podían plantear. Si se asocian con dispositivos de presencia se puede pensar inmediatamente en su aplicación a la iluminación de seguridad (actuando la luz como elemento disuasorio) a sistemas de sobre-iluminación de pasos de peatones en calzadas, a iluminación ornamental y en general, a lugares donde la presencia de vehículos o viandantes en horas nocturnas es muy escasa. La ventaja del rápido encendido de las luminarias LED en estas aplicaciones permite que se encuentren apagadas o a niveles mínimos cuando no se requiere de su luz, lo que producirá grandes ahorros en el consumo de energía. En definitiva, se trata de un buen ejemplo en el que la tecnología acude en ayuda de la eficiencia y del uso racional de la energía. No obstante, la aplicación de estos nuevos dispositivos para sustituir el actual sistema de alumbrado público ha de estudiarse con cuidado ya que la luz de los LEDs actuales, presenta ciertos inconvenientes que es preciso conocer.

1.2.

EMISIÓN LUMÍNICA DE LOS LEDS

La emisión lumínica producida por los LEDs tiene la particularidad de ser muy monocromática. La forma de convertir esta luz de un solo color en luz blanca es similar a la utilizada en los tubos fluorescentes tradicionales. Se trata de recubrir el emisor con una capa de compuestos de fósforo que absorben la luz incidente y la re-emiten a lo largo de todo el espectro visible. Cuanto más tupida y de más compuestos es el recubrimiento de fósforo, más proporción de la luz incidente sobre ella se consigue distribuir entre las diferentes longitudes de onda del visible, pero menor es

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la eficacia del dispositivo. Si la capa de compuestos fosforescentes es más fina, la luz resultante tiene una componente dominante en la longitud de onda del LED emisor, pero su eficacia (la cantidad de energía lumínica emitida con el consumo de una cantidad determinada de energía eléctrica) es mayor. Los LEDs de alta potencia utilizados en las luminarias actuales tienen su emisión centrada en el entorno de los 460-470 nm, correspondiente al color azul del espectro visible. Por eso muchas de las instalaciones que utilizan esta tecnología producen una luz blanco-azulada, más o menos fría en función del tipo de recubrimiento que se ha aplicado a los emisores LED. A pesar de que la emisión de luz por parte de los LEDs es de origen electrónica, es decir, nada tiene que ver con la emisión de un cuerpo negro termalizado, en el mundo de la luminotecnia se habla habitualmente de su temperatura de color. Este concepto está asociado a la temperatura del cuerpo negro que emite una radiación térmica de un espectro similar, pero al tratarse de fenómenos físicos totalmente diferentes, los espectros de la luz de ambos emisores nada tienen que ver entre sí. Es por esto que resulta inapropiado describir la luz emitida por una luminaria LED a partir de la temperatura de color. El único concepto que la define con precisión es su espectro, es decir, la distribución energética de la luz en función de la longitud de onda, o frecuencia de la misma. No obstante, podemos hablar de luz más cálida o más fría, en función de la proporción de energía que se emite por debajo de una cierta longitud de onda, por ejemplo 525 nm, en relación a la cantidad total. Las luces más frías tendrán este factor más elevado que las más cálidas y, como hemos visto, serán más eficaces los LEDs que dan luces frías ya que tienen un menor recubrimiento de compuestos fosforescentes. Finalmente, cabe resaltar que, en el proceso de fabricación de un LED puede haber variaciones de las características del mismo que afecten al color de su luz. Un proceso posterior de selección (o BINNING) agrupa los LEDs según su tono, de forma que se garantice la uniformidad en el color de cada grupo o la tonalidad de los distintos módulos LEDs. La publicidad sobre alumbrado con dispositivos LED ignora sistemáticamente el hecho documentado de que la luz blanco-azulada que emiten es la más nociva para el medio nocturno y para la salud humana, como describiremos a continuación [2] [3].

1.3.

ESPARCIMIENTO EN LA ATMÓSFERA

La atmósfera terrestre no es un medio totalmente transparente a la luz visible. La interacción de esta radiación electromagnética con las moléculas del aire y con las partículas en suspensión o aerosoles, origina un esparcimiento conocido desde antiguo [4]. Dos son los fenómenos relevantes en esta materia: El esparcimiento Rayleigh está originado por la interacción de la luz con las moléculas del aire. La intensidad de este fenómeno es proporcional a la inversa de la cuarta potencia de la longitud de onda, siendo cinco veces más intenso para la luz azul que para la roja. En la atmósfera terrestre el esparcimiento Rayleigh es dominante y por eso, de día el cielo se tiñe de color azul. El esparcimiento Mie se debe a la interacción de la luz con las partículas en suspensión presentes en el medio en el que se propaga. Depende en menor medida de la longitud de onda (es inversamente proporcional a la misma) y es el causante de que las nubes sean blancas o de que en Marte el cielo se vea de ese característico tono anaranjado. En la Tierra puede ser un fenómeno dominante en lugares con gran proporción de partículas en suspensión, como por ejemplo en lugares azotados por tormentas de arena o en áreas metropolitanas fuertemente contaminadas por partículas. En esos lugares y en esos momentos el cielo deja de verse azul. Los LEDs utilizados actualmente en iluminación emiten un máximo de energía en longitudes de onda corta, entre los 460-470 nanómetros, correspondiente al color azul. Por tanto, la luz

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proveniente de estas luminarias presenta un esparcimiento Rayleigh mucho más acusado que la emitida, por ejemplo, por las que incorporan lámparas de sodio que producen una luz de longitud de onda mayor (más amarilla). Esto incrementa el característico resplandor luminoso que se crea sobre las poblaciones, afectando a las observaciones astronómicas y perturbando la oscuridad natural del medio nocturno a cientos de kilómetros de distancia de las mismas.

Luminarias LED en viales. La difusión de la luz en la atmósfera debida al esparcimiento Rayleigh se aprecia claramente en esta composición HDR de tres imágenes en Castejón, Navarra. Pueden verse los haces de luz provenientes de las luminarias LED. La luz amarilla de las lámparas de sodio se esparce menos ya que este efecto es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz que atraviesa la atmósfera. Por tanto, la luz blanco-azulada de los LEDs usados en esta instalación tiene un mayor potencial de producir contaminación lumínica.

Algunas empresas sostienen que, debido a la capacidad que tienen los LEDs de proyectar su flujo luminoso de forma muy direccional, evitan la contaminación lumínica ya que no difunden luz por encima del horizonte. Esto no es cierto, pues nada impide (salvo el sentido común) diseñar luminarias fuertemente contaminantes con LED y, de hecho, existen luminarias orientables que lo dejan al criterio del instalador. Es por tanto muy importante que la instalación de las luminarias LED se realice adecuadamente ya que, precisamente por la elevada componente azul de su luz, su emisión en ángulos próximos a la horizontal resulta especialmente dañina. Aunque en los primeros momentos la direccionalidad de la luz emitida por los LEDs supusiera un problema a la hora de conseguir la uniformidad exigida por la legislación, actualmente existen modelos de luminarias que proporcionan uniformidades que difícilmente se pueden conseguir con instalaciones equivalentes basadas en lámparas de descarga. Lo que inicialmente era negativo, ahora se ha transformado en positivo. Pero esto solo se cumple cuando la instalación está bien calculada, dimensionada y se ha realizado siguiendo un estudio luminotécnico competente.

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Mención aparte merece la elección del color del pavimento. Un pavimento claro con amplia capacidad de difusión requiere una menor potencia instalada ya que devuelve más luz al medio y hace que los objetos se vean mejor. Por contra, produce una mayor contaminación lumínica. Por su parte, pavimentos más oscuros requieren de una mayor potencia instalada, pero al devolver menos luz al medio producen una menor contaminación lumínica. Por tanto, parece razonable que, en aquellos lugares donde la contaminación lumínica afecte a medio nocturno próximo (campos, ríos, bosques, montañas, humedales, etc.) se priorice la instalación de pavimentos oscuros, mientras que en entornos urbanos de gran consumo de energía en donde las vías están total o parcialmente apantalladas por los propios edificios de la ciudad, se prime el ahorro energético y se opte por pavimentos claros que producen una mayor iluminancia para una luminancia dada. Las normativas actualmente en vigor no aclaran convenientemente esta cuestión del color del pavimento [5].

Halos blanco-azulados. Halo lumínico de la localidad de Sesma, Navarra. En esta composición HDR de tres fotos se aprecia la estructura del halo lumínico de una población en la que conviven luminarias LED sin emisión hacia el hemisferio superior con luminarias de Sodio tradicionales. En la parte central de la población, en donde predominan los LEDs, se aprecia el tono blanco-azulado originado por la luz reflejada en las superficies que compite con el amarillo de los alrededores debido a emisión directa. Los halos lumínicos de las ciudades se podrían evitar en un porcentaje altísimo si se instalaran luminarias con lámparas de Vapor de Sodio Alta Presión de la potencia adecuada y FHSinst nulo. Con luminarias LED se corre el riesgo de cambiar halos amarillos por otros blanco-azulados.

1.4.

AFECCIÓN AL MEDIO AMBIENTE

La luz blanco-azulada es también la que más altera la conducta de las especies de vida nocturna y, por tanto, la que más afecta a la conservación de la biodiversidad en sus condiciones naturales.

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En las normativas sobre alumbrado más avanzadas se exige que las luminarias tengan una mínima emisión de flujo luminoso por debajo de los 500 nanómetros. Es claro, por consiguiente, que el uso de los LEDs actuales queda desaconsejado por dichas normativas. Otro desafortunado aspecto en relación con el uso de luz blanca fría en alumbrado proviene de un ámbito bien distinto, pues los epidemiólogos advierten también del papel determinante que juega ya la luz artificial para la diseminación de enfermedades transmitidas por insectos, mucho más afectados por la luz blanca [6]. El efecto se ha estudiado en tres casos (enfermedad de chagas, leishmaniosis y malaria), si bien se sospecha que representan un patrón más generalizado. En este caso la iluminación nocturna artificial modifica el comportamiento tanto de la población como de los insectos facilitando así el contacto entre seres humanos y especies transmisoras de enfermedades. Otra cuestión que se comenta pocas veces relacionada con la tecnología LED es la toxicidad de los materiales empleados en su fabricación [7]. La presencia de metales pesados en estas luminarias puede plantear problemas medioambientales importantes si la cantidad de estos materiales continúa con la progresión actual y no se retiran adecuadamente una vez terminada su vida útil.

1.5.

AFECCIONES A LA SALUD

Así mismo, la luz de color azul es la que provoca de forma más rápida la inhibición de la secreción de la hormona melatonina por parte de la glándula pineal en los seres humanos. Esto se debe a que los receptores circadianos que poseemos en la retina (además de los conos y bastones) son precisamente más sensibles a ese pico de emisión luminosa en las longitudes de onda de la luz azul [3]. Esta hormona solo se secreta en condiciones de oscuridad y, además de controlar los ritmos circadianos, es un antioxidante de amplio espectro que protege a nuestro organismo, entre otras enfermedades, frente a las alteraciones degenerativas y contra ciertos tipos de cáncer, evitando su progresión. Existen líneas de investigación muy activas que relacionan la exposición a la luz artificial por la noche con un mayor índice de casos de cáncer de mama en mujeres y de próstata y colon en hombres [8]. De hecho, la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer clasificó en 2010 el trabajo a turnos que implique interrupción circadiana como probable factor carcinógeno. Ante estos indicios, el hecho de que cada vez más estamos inmersos en las ciudades en un entorno de potente y permanente iluminación debido al alumbrado artificial debería motivar la adopción del principio de precaución por parte de los gestores de estas instalaciones, especialmente cuando existen alternativas conocidas que no presentan este riesgo potencial por tener limitada la emisión en el azul. Esta recomendación es general para todas las lámparas que producen luz blanca, pero especialmente válida para aquellas luminarias LED calificadas en el mercado como “de luz fría” que se asocian a temperaturas de color superiores a los 4.000 K. El principio de precaución debería favorecer la instalación de luminarias con lámparas que no emitan en la “ventana sensible” de los receptores circadianos humanos, más energía que la emitida por las lámparas de vapor de sodio a alta presión actualmente en uso [3] y [16]. La Agencia Nacional de Seguridad Sanitaria de la Alimentación, del Medio Ambiente y del Trabajo (ANSES) francesa ha puesto de manifiesto otros problemas, relacionados con el riesgo de tipo fotoquímico (estrés oxidativo) que presenta la elevada presencia de luz azul sobre las células de la retina, cuyos pigmentos son más sensibles a esa luz [9]. Otro aspecto enfatizado en este estudio es la elevada capacidad de deslumbramiento que presentan las lámparas a base de LED, debido a su gran luminancia (luz emitida por unidad de superficie), en algunos casos hasta mil veces superior a los alumbrados tradicionales. Según este estudio, los sectores de población potencialmente más afectados por estos riesgos son los niños (por no haber desarrollado aún completamente la capacidad de filtrado del cristalino) y las personas con degeneración macular ligada a la edad, así como los profesionales (técnicos de iluminación, cirujanos…) o pacientes

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expuestos por largos periodos o repetidamente a este tipo de luz. El informe de la ANSES recomienda, entre otras cosas, que no se use iluminación LED allí donde juegan niños (ni tampoco en los propios juguetes) o que los trabajadores expuestos lleven filtros oculares.

1.6.

INCIDENCIA EN LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Existen otros tipos muy distintos de problemas de salud que pueden resultar agravados por el uso de luz blanco-azulada puestos de relieve también muy recientemente. Un equipo de científicos de la Agencia Nacional de la Atmósfera y el Océano (NOAA) estadounidense ha descubierto cómo los halos lumínicos empeoran el problema de la contaminación fotoquímica en las grandes ciudades [10]. En efecto, la luz artificial, sobre todo la de longitud de onda más corta (más azul y energética, por tanto) entorpece durante la noche la limpieza natural del aire contaminado, de modo análogo a como hace la luz solar durante el día, y con resultados no despreciables de cara al cumplimiento de los límites impuestos por las normativas de calidad del aire. Al destruirse parte del radical nitrato por la luz artificial, aumenta la producción de ozono y otros óxidos de nitrógeno también de noche.

1.7.

CONCLUSIÓN

La tecnología LED aplicada a la iluminación de exteriores abre nuevas oportunidades para el sector que no están exentas de riesgos. El inconveniente principal destacado en este informe hace referencia al color de la luz emitida por estos dispositivos, destacando como especialmente preocupante el “exceso de emisión” en el azul, en la franja de los 460-470 nm. Por sus consecuencias en la salud humana, en el medio-ambiente y en la contaminación lumínica que produce a través de su esparcimiento en la atmósfera. Se recomienda aplicar el principio de precaución ante las consecuencias de este tipo de iluminación [3], en particular teniendo en cuenta la rápida evolución de esta tecnología que está dejando obsoletas instalaciones recientes (con menos de tres años de antigüedad) que se realizaron con un coste muy superior al de soluciones tradicionales basadas en lámparas de vapor de sodio a alta presión. Por ello, Cel Fosc, Asociación contra la Contaminación Lumínica publicó una nota informativa [11] en respuesta al Plan de medidas urgentes de ahorro y eficiencia energética 2011 [12] que promocionaba las luminarias LED en todo el territorio nacional. No obstante, dado que esta tecnología presenta otras ventajas sobre los sistemas tradicionales, recomendaría que se facilitase el estudio y promoción de luminarias basadas en LED ámbar (ya usados en semáforos, por ejemplo), que presentan todas las ventajas derivadas de su capacidad de regulación y rapidez de respuesta, pero produciendo un tipo de luz mucho más respetuosa con el medio ambiente, menos perjudicial para la salud humana y con menor potencial de esparcimiento en la atmósfera. Apostar por estos LED ámbar hará previsiblemente que su eficacia lumínica aumente hasta aproximarse a la de los LEDs blanco-azulados. Para un acercamiento desde varios puntos de vista al problema de la contaminación lumínica, recomiendo el monográfico sobre esta cuestión editado por el Colegio Oficial de Físicos en junio de 2011 [13] y las conclusiones del Grupo de Trabajo sobre Contaminación lumínica del 9º Congreso Nacional de Medio Ambiente de 2008 [14]. Para una lectura crítica sobre el Informe “GREEN PAPER. Lighting the Future. Accelerating the deployement of innovative lighting technologies” [15] de la Comisión Europea, véase [16].

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Globos y LEDs. En muchas localidades se han instalando luminarias LED, menos eficientes y mucho más caras que otras tradicionales con FSH=0%, sin haber sustituido las famosas farolas globo que emiten la luz en todas las direcciones. La fotografía no refleja adecuadamente el gran deslumbramiento que producen las luminarias LED y la desagradable sensación que se experimenta cuando se pasa de un entorno oscuro a uno iluminado por esa luz tan fría.

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1.8.

REFERENCIAS

[1] Este informe se basa en el artículo «La iluminación con LED y el problema de la contaminación lumínica» de Carlos Herranz Dorremochea, Josep Mª Ollé Martorell y Fernando Jáuregui Sora, publicado en la revista Astronomía, II Época-Año XXVI-Nº144, pp. 36-43, junio-julio 2011. [2] International Dark-Sky Association, «Visibility, Environmental, and Astronomical Issues Associated with Blue-Rich White Outdoor Lighting», Tucson-Washington, DC, 23 pp., mayo 2010. [3] Falchi, F. et al., «Limiting the impact of light pollution on human health, environment and stellar visibility» Journal of environmental Management (2011), doi: 10.1016/j.jenvman.2011.06.029 [4] David Galadí Enríquez. «Concepto de contaminación lumínica y principios de propagación de la luz en la atmósfera», Plan Andaluz de Formación Ambiental. Junta de Andalucía, junio 2011. [5] Ver R.D. 1890/2008 (http://www.boe.es/boe/dias/2008/11/19/pdfs/A45988-46057.pdf) [6] Alessandro Barghini y Bruno A. S. de Medeiros, «Artificial Lighting as a Vector Attractant and Cause of Disease Diffusion», Environmental Health Perspectives, vol. 118, n.º 11, pp. 1.503-1.506, noviembre 2010. [7] Seong-Rin Lim, Daniel Kang, Oladele A. Ogunseitan and Julie M. Schoenung, «Potential Environmental Impacts of Light-Emitting Diodes (LEDs): Metallic Resources, Toxicity and Hazardous Waste Classification», Environmental Science and Technology /vol. 45 , nº 1, pp. 320-327, 2011. [8] Véase, por ejemplo, Russel J. Reiter, «Contaminación lumínica: supresión del ritmo circadiano de melatonina y sus consecuencias para la salud», en VV.AA., Cronobiología básica y clínica, pp. 269-289, Editecred, 2006; y Juan Antonio Madrid Pérez y M.ª Ángeles Rol de Lama, «Efectos de la contaminación lumínica sobre la salud humana», en VV.AA., Grupo de trabajo GT-LUZ Contaminación lumínica: Documento final, 9º Congreso Nacional del Medio Ambiente, pp. 28-34, diciembre 2008. [9] Francine Behar-Cohen et al., «Effets sanitaires des systems d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED)», ANSES, 282 pp., octubre 2010. [10] Kelly Beatty, J., «Night Lights Worsen Smog», SkyandTelescope.com, 15-12-2011. [11] Nota informativa de «Cel Fosc, Asociación contra la Contaminación Lumínica» sobre las lámparas LED de alta potencia para alumbrado exterior, con motivo del anuncio del gobierno central de un plan de eficiencia energética que comportaría su uso generalizado, 3-3-2011 (disponible en www.celfosc.org). [12] Plan de medidas urgentes de ahorro y eficiencia energética 2011: Memoria económica, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, 4-3-2011 (disponible en www.mityc.es) [13] «fis, Física y sociedad» Revista del Colegio Oficial de Físicos. Especial monográfico: Contaminación lumínica y eficiencia energética. Junio 2011 (disponible en www.celfosc.org) [14] Documento final del Grupo de Trabajo sobre contaminación lumínica del 9º Congreso Nacional de Medio Ambiente. Madrid, diciembre 2008 (disponible en http://www.conama9.org/conama9/download/files/GTs/GT_LUZ//LUZ_final.pdf) [15] European Comission. «GREEN PAPER. Lighting the Future. Accelerating the deployment of innovative lighting technologies». Brussels, 15/12/2011. COM(2011) 889 final. (disponible en: http://ec.europa.eu/information_society/digital-agenda/actions/sslconsultation/docs/com_2011_0889_ssl_green_paper_en.pdf) [16] Falchi, F. (Cielo Buio/ISTIL) y Marín, C. (Starlight Initiative) «There are Several ways of lighting the Future. Comments on EC Green Paper, Lighting the Future. Accelerating the Deployment of Innovative Lighting Technologies». 2012. (Disponible en: http://www.starlight2007.net/pdf/LightGreenPaperComments.pdf)

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