Cómo calcular la potencia necesaria en una instalación con LEDs

El objetivo principal de la iluminación LED es la de proporcionar el nivel de luz adecuado para realizar la tarea que se necesite en cada momento y en cada espacio. Para saber cuál es ese nivel de luz existen una serie de normativas que establecen los niveles de iluminación mínimos requeridos.

De entre todas las normativas destacamos las dos más importantes vigentes en la actualidad: la norma UNE-EN 12464-1:2022 que se centra en la iluminación de los espacios interiores y la norma UNE-EN 12464-2:2016 que indica los requisitos de iluminación para lugares de trabajo en exteriores.

Es conveniente que los instaladores eléctricos y profesionales del alumbrado conozcan los fundamentos básicos para calcular la potencia necesaria en sus proyectos de iluminación LED y así poder ofrecer a sus clientes un servicio con garantías y profesional.

Sumario

1. Fundamentos del cálculo de potencia en la iluminación LED
2. Consideraciones para calcular la potencia necesaria en iluminación LED
3. Ejemplos y casos prácticos
4. Herramientas y recursos para el cálculo de la potencia en iluminación LED
5. Conclusiones

A. Definición de potencia y conceptos clave
La potencia, en iluminación LED, es la cantidad de energía eléctrica que recibe un aparato de alumbrado en una unidad de tiempo determinada y se expresa en vatios (W).

En el campo de la energía eléctrica existen tres tipos de potencia; la potencia activa, la reactiva y la aparente.

• La potencia activa representa la energía útil, es decir la que se aprovecha en una instalación de iluminación para que funcionen sus diferentes componentes. En los cálculos se representa con la letra P.
• La potencia reactiva es la energía que se almacena temporalmente en un circuito eléctrico aunque no se transforma en trabajo útil. Se representa con la letra Q.
• La potencia aparente es la energía total de un circuito de corriente alterna y constituye la suma de la potencia activa y la potencia reactiva. Se representa con la letra S.

El factor de potencia indica la eficiencia con la que se utiliza la energía en una instalación eléctrica. Representa la diferencia entre la potencia activa y la potencia aparente, es decir entre la potencia útil de trabajo y la total recibida por la instalación. El factor de potencia (FP) se mide en una escala que va desde 0 hasta 1, representando 1 el valor ideal en donde toda la energía recibida se transforma en trabajo útil. Por consiguiente cuanto más elevado sea el factor de potencia más eficiente será la instalación.

B. Unidades y medidas utilizadas en el cálculo de potencia
Veamos ahora las diferentes unidades de medida que se utilizan en las instalaciones eléctricas para el cálculo de la potencia asociada a la iluminación LED:

• El vatio (W) es la unidad que mide la potencia y equivale a la producción de 1 julio por segundo (1J/s).
• El voltio (V) es la unidad que mide la diferencia de potencial entre dos puntos, también llamada tensión eléctrica. Un voltio equivale al consumo de un vatio de potencia (W) por una corriente de un amperio (A).
• El amperio (A) es la unidad que mide la intensidad de la corriente eléctrica, es decir expresa la cantidad de energía que puede circular por un circuito.

Como hemos visto la potencia eléctrica (P) es la cantidad de energía que se consume en un determinado tiempo, mientras que el voltaje (V) indica la tensión eléctrica del circuito y la corriente expresa la intensidad (I) con la que se mueve el flujo de electrones. Podemos decir por lo tanto que la potencia es el producto resultante del voltaje por la corriente: P=VxI.

A. Elección de las luminarias LED
A la hora de decidir la luminaria LED más adecuada para cada aplicación un factor muy importante a considerar es su eficiencia lumínica. Esta viene indicada por la relación entre la cantidad de luz que emite, expresada en lúmenes (lm) y la potencia que tiene, es decir los vatios (W) que consume. Estos datos deben de estar indicados por los fabricantes en las especificaciones técnicas de sus productos. Cuanto mayor sea la cifra obtenida de la división de los lúmenes entre los vatios (lm/W) mayor será la eficiencia lumínica de la luminaria.

B. Cálculo de la potencia requerida para cada espacio
El concepto de potencia aplicado a la iluminación LED expresa la cantidad de energía (W) que consumen los productos utilizados en un sistema de alumbrado. Para poder calcular la potencia necesaria tenemos que considerar múltiples aspectos; el tamaño de la superficie a iluminar, la cantidad de luz necesaria (lux), la actividad que se va a desarrollar en ese espacio, la altura de instalación de las fuentes de luz, el ángulo de apertura del haz de las lámparas o luminarias, etc. Únicamente una vez que hayamos definido todos estos factores podremos hacer un diseño de iluminación riguroso y profesional, y establecer las características y el número de puntos de luz necesarios. Sumando los vatios que consumen todos los productos necesarios para una determinada instalación (las lámparas, luminarias, balastos, controladores, paneles, interruptores, sensores,…) obtendremos la potencia necesaria para ese proyecto de iluminación LED.

Otros factores a tener en cuenta para el cálculo de la potencia de la iluminación LED son el mantenimiento y la depreciación lumínica. Un error muy común es el de no considerar que el rendimiento lumínico de una instalación nueva va a disminuir con el paso del tiempo. Todas las fuentes de luz pierden intensidad al envejecer, en el caso de los LED el final de su vida útil llega al perder el 30% de su intensidad inicial. Otros factores como la suciedad de las ópticas o del entorno influyen en la depreciación lumínica. Al realizar los

cálculos de la potencia de una instalación LED han de preverse ambos factores y establecer un plan de mantenimiento y limpieza de las luminarias.

C. Consideraciones adicionales
Al principio del post mencionábamos las dos normativas vigentes que especifican el nivel de iluminación requerida para realizar una determinada tarea. Puede darse el caso de que en un mismo espacio, por ejemplo en una nave industrial, existan diferentes requerimientos lumínicos. Puede que una zona se utilice como almacén y requiera un nivel de iluminación bajo mientras que en otra zona se desarrolle un trabajo muy especializado y necesite una gran cantidad de luz.

Un buen proyecto de iluminación debe de contemplar las necesidades lumínicas para realizar cada tipo de tarea y ajustarse a las normativas existentes. Por lo tanto al diseñar el esquema de la iluminación se contemplaran todas las necesidades específicas de cada zona de trabajo y se realizará la distribución más adecuada de los puntos de luz para conseguir el nivel lumínico necesario en cada zona.

A. Cálculo de potencia para la iluminación en oficinas y espacios comerciales
Pongamos, por ejemplo, que necesitamos calcular la potencia para la iluminación LED de una tienda. Nuestra tienda tiene una forma rectangular de 12 x 8 metros y cuenta con dos líneas de caja y una zona de envolver que ocupan una superficie de 6 m2. La normativa UNE-EN 12464-1:2022 para la iluminación de interiores especifica que para establecimientos comerciales minoristas, el área de venta debe de contar con un mínimo de 300 lux (es decir 300 lúmenes por m2). Mientras que el área de cajas y las zonas de envolver deben de contar con al menos 500 lux.

Para calcular la iluminación general de la tienda necesitamos multiplicar los m2 por los lux: 96 m2 x 300 lux = 28.800 lúmenes. Y para las zonas de caja y la zona de envolver aumentaremos el nivel de la iluminación otros 200 lux a mayores, para alcanzar los 500 lux que indica la normativa: 6 m2 x 200 lux = 1.200 lúmenes. En total necesitaremos 30.000 lúmenes para iluminar correctamente nuestra tienda.

El objetivo de un buen diseño de iluminación es conseguir la mejor distribución posible de la luz en el espacio a iluminar. Para nuestro ejemplo crearemos una retícula de 6 cuadros de ancho x 4 de largo y ubicaremos una luminaria LED en cada uno de los vértices. En total necesitamos 35 luminarias: 29 con un flujo lumínico de 830 lúmenes cada una y 6 de 1025 lúmenes, que se ubicarán en las zonas de caja y de envolver.

Supongamos que las luminarias LED elegidas tienen una eficiencia energética de 100 lm/W, por lo tanto la potencia necesaria será de 29 x 8,3 W + 6 x 10,25 W = 302,2 W. En nuestro cálculo tendremos que contemplar si son necesarios otros elementos eléctricos, como balastos, reguladores, paneles de control, etc. y añadiremos su consumo de energía al total. Como hemos explicado anteriormente, también deberemos de tener en cuenta la depreciación lumínica y el factor de potencia de la instalación para calcular la potencia total final necesaria para nuestra instalación de iluminación LED.

B. Cálculo de potencia para la iluminación exterior
En el caso de la iluminación exterior la normativa UNE-EN 12464-2:2016 especifica el nivel de alumbrado mínimo requerido para cada zona y cada uso. Esta normativa contempla aspectos como la seguridad vial, el confort visual tanto de peatones como de conductores, o la correcta visibilidad en las zonas urbanas.

Para calcular la potencia de una instalación de iluminación LED exterior procederemos de la misma manera que en el ejemplo anterior. Multiplicaremos la superficie del espacio a iluminar (m2) por el nivel de iluminación requerido (lux), así obtendremos los lúmenes totales necesarios. Distribuiremos las luminarias lo más uniformemente posible, ajustándonos a los requerimientos lumínicos de cada zona, obteniendo el número de puntos de luz y la potencia de cada uno de ellos. En base a la eficiencia energética de las luminarias elegidas obtendremos la potencia de cada producto. Sumando la potencia de todos los productos necesarios y añadiendo en el cálculo la depreciación lumínica y el factor de potencia obtendremos la potencia (W) total que necesita nuestra instalación de iluminación LED exterior.

A. Software y aplicaciones especializadas
Actualmente existen múltiples programas y aplicaciones de software para ayudarnos a diseñar proyectos de iluminación LED, tanto de interior como de exterior. Estas herramientas sirven para calcular la potencia necesaria, el número de puntos de luz, la distribución de las luminarias, la eficiencia lumínica del proyecto, etc.

La mayoría son gratuitos e integran bibliotecas con los productos de iluminación de los principales fabricantes, lo que representa una gran ayuda a la hora de realizar nuestros proyectos de manera sencilla y rápida.

Algunos de los programas de software más reconocidos para el cálculo de la iluminación LED son DIALux, Relux, AGi32 o Calculux.

B. Tablas y fórmulas de referencia
Como hemos visto anteriormente la potencia eléctrica (P) se calcula multiplicando el voltaje (V) por la corriente (I). Esta es, sin duda, la fórmula más conocida de la potencia: P = V x I. Aplicando esta fórmula, si utilizamos una lámpara que funciona a una tensión de 10 voltios (V) y una corriente de 2 amperios (I), la potencia eléctrica que consumiría sería de 20 vatios: P = 10V x 2A = 20W.

No obstante la ley de Ohm establece que una corriente que fluya entre dos puntos es directamente proporcional a la tensión a través de esos dos puntos, e inversamente proporcional a la resistencia entre ellos. Esto se expresa con la fórmula V = I x R, donde V es el voltaje, I es la corriente y R es la resistencia.

Por lo tanto, empleando la ley de Ohm, podemos definir la potencia de estas otras dos maneras:

P = I2 x R: esta fórmula expresa que la potencia equivale a la corriente al cuadrado multiplicada por la resistencia. Este cálculo se realiza cuando conocemos la corriente y la resistencia, pero no el voltaje.

P = V2 / R: esta fórmula expresa que la potencia equivale al voltaje al cuadrado dividido por la resistencia. Este cálculo se realiza cuando conocemos el voltaje y la resistencia, pero no la corriente.

C. Recursos adicionales y cursos de formación en cálculo de potencia
Naturalmente siempre es posible recurrir a empresas especializadas en alumbrado para que nos ayuden en el cálculo de nuestros proyectos de iluminación LED. Philips, al igual que otros importantes fabricantes, dispone de un departamento técnico dedicado a asistir y asesorar a los instaladores profesionales de iluminación con sus proyectos.

Igualmente existen cursos y programas de formación con los que los profesionales del alumbrado podrán ampliar sus conocimientos en el cálculo de la potencia y otros aspectos fundamentales de la iluminación. La Lighting Academy de Signify ofrece una amplia gama de recursos educativos para avanzar en los conocimientos sobre iluminación, abordando desde las últimas innovaciones de vanguardia hasta las soluciones del mundo real que necesitan los profesionales.

En un mundo cada vez más competitivo y especializado es imprescindible para los instaladores eléctricos y profesionales del alumbrado contar con un conocimiento sólido sobre todos los aspectos teóricos y técnicos relacionados con la iluminación LED, como el cálculo de la potencia, la distribución de la luz, la correcta interpretación de los diagramas técnicos, etc.

Para profundizar en tus conocimientos ponte en contacto con nosotros y podrás acceder a los múltiples recursos que te ofrecemos como líderes mundiales en iluminación LED. Entre ellos seminarios web mensuales, eventos de iluminación, materiales educativos ofrecidos por expertos de reconocimiento mundial, etc. Con Philips el aprendizaje nunca ha sido tan fácil como ahora.