Soluciones de iluminación industrial inteligente

Una solución de iluminación industrial inteligente utiliza sistemas de control digital, conectividad universal y una estrategia basada en una plataforma-para convertir luminarias industriales en sistemas de iluminación inteligentes e interoperables. El uso de conocimientos digitales en el control de la iluminación se está volviendo más popular desde el cambio a la iluminación de estado sólido basada en tecnología LED. El objetivo de la transformación digital en el sector industrial es mejorar la eficiencia más allá de lo que la iluminación LED por sí sola puede proporcionar y al mismo tiempo establecer condiciones de trabajo seguras, eficientes y productivas. La posibilidad de desarrollar capacidades únicas e implementar funciones sofisticadas es posible gracias a la fuerte interacción que establece una solución de iluminación inteligente entre la tecnología de la información (TI) y la tecnología operativa (OT), así como entre el hardware y el software. Para reunir, compartir, decidir y actuar, se combina una clase homogénea de diversos dispositivos y sistemas en una red integral. La administración de las instalaciones industriales deberá sufrir un cambio significativo en el futuro debido a la Industria 4.0. Esta revolución digital incluye la iluminación industrial inteligente.

El diseño de iluminación para edificios industriales es un enfoque único porque estos espacios son mundos aparte. Las instalaciones industriales son cualquier lugar donde se produce la producción o actividades relacionadas con la fabricación. Los sectores del automóvil, la maquinaria pesada, las grandes máquinas herramienta, la construcción naval, la aviación, el acero, la química, la petroquímica y la farmacia pueden utilizar estas instalaciones de fabricación pesada. También pueden ser plantas de fabricación liviana que fabrican productos electrónicos de consumo, electrodomésticos, alimentos, papel, textiles, cuero y madera, entre otros artículos cotidianos.

A diferencia de otro tipo de infraestructuras, las instalaciones industriales ofrecen una amplia gama de usos. Estas ubicaciones manejan una amplia gama de tareas, incluido el control de calidad, almacenamiento, logística, producción, mecanizado, ensamblaje, acabado y embalaje. Los atributos físicos y el diseño arquitectónico de las instalaciones industriales se basan en sus sistemas, procedimientos, maquinaria, propiedades de materiales y productos, necesidades de mantenimiento y preocupaciones de seguridad de los trabajadores específicos. Las instalaciones industriales tienen un entorno más variado además de una infraestructura única debido a la influencia de elementos principalmente locales como la vibración, la temperatura y la atmósfera.

La solución de iluminación de una instalación industrial moderna debe permitir la provisión de un ambiente cómodo y agradable minimizando al mismo tiempo los costos del ciclo de vida de los sistemas de iluminación instalados. La reducción del ausentismo, los errores de producción y los accidentes industriales pueden atribuirse a un lugar de trabajo visualmente agradable. Una empresa puede encontrarse en desventaja competitiva si su infraestructura de iluminación no funciona de manera eficiente, incluso si es esencial lograr una visibilidad clara mediante la regulación adecuada de varios parámetros (deslumbramiento, brillo, uniformidad, iluminancia, calidad del color, contraste y adaptación).

En muchos sitios industriales no se prefiere el aprovechamiento de la luz natural y los sistemas de iluminación deben funcionar continuamente. La cantidad de lúmenes que puede proporcionar una luminaria de gran altura y la cantidad de luminarias necesarias para cubrir todo el sitio son muy demandadas por los espacios amplios y de techos altos que son comunes en las naves de producción industrial. Durante largas horas de funcionamiento, la enorme cantidad de sistemas de iluminación de alta potencia genera un requerimiento de carga muy alto (kW) y consume una cantidad sustancial de energía eléctrica (kWh).

Tres factores principales componen el costo del ciclo de vida de un sistema de iluminación: gastos de capital, costos de energía y costos de mantenimiento. El costo de mantenimiento es el factor X que podría tener la mayor influencia en el costo del ciclo de vida, incluso si el costo de energía de operar un sistema de iluminación frecuentemente supera el costo de capital de la iluminación.Luz LED inteligente de gran alturaPuede resultar difícil iluminar muchas zonas industriales. Es difícil que los sistemas de iluminación sobrevivan en estas duras condiciones debido a los productos químicos cáusticos, la alta humedad, las altas temperaturas, las vibraciones significativas, las atmósferas corrosivas y/o la energía sucia. Los techos de difícil acceso generan gastos de personal y problemas de seguridad cuando se trata de mantenimiento rutinario o cambio de lámparas.

El diseño de la iluminación industrial debe tener en cuenta una amplia gama de factores y emplear luminarias industriales que funcionen de forma eficaz, eficiente y fiable en entornos exigentes. Existen dos tipos de luminarias industriales destinadas a uso interior: de gran altura y de baja altura. Cuando la altura del techo o las vigas del techo superan los 6,1 metros (20 pies), se utilizan luces de gran altura para brindar iluminación general. Hasta seis metros (20 pies) es la altura máxima a la que se pueden instalar luces de bahía baja. Las luces de gran altura son dispositivos de iluminación directa que dispersan toda la luz que emiten en la dirección de la superficie que pretenden iluminar. Para proporcionar suficiente iluminación en una gran altura libre, normalmente están fabricados para generar una salida de luz de más de 10.000 lúmenes en un haz regulado. Las luminarias utilizadas en aplicaciones de iluminación de bahía baja normalmente necesitan tener una dispersión más amplia para una cobertura óptima y emitir menos de 10.000 lúmenes. Debido a sus bajas alturas de montaje, las luces de bahía baja requieren un control más estricto del deslumbramiento, lo que se puede lograr mediante el uso de reflectores para bloquear la luz de ángulo alto o refractores prismáticos o difusores opalinos para suavizar el brillo. Para iluminar las sombras creadas por impedimentos superiores o para ofrecer una iluminación adecuada para trabajos visualmente exigentes, se utiliza iluminación de tareas localizada. Los reflectores, que son luminarias orientables con distribuciones luminosas controladas, se utilizan normalmente para iluminar áreas de producción al aire libre.

La necesidad de luminarias que sean apropiadas para su uso en lugares con condiciones climáticas inusuales es otra forma en que se clasifican las luminarias industriales. Temperaturas ambiente extremadamente altas, temperaturas bajo cero, alta humedad, áreas húmedas o ajustes de manguera-, atmósferas corrosivas y vibraciones de maquinaria grande son desafíos que deben poder soportar. Los accesorios de iluminación industrial se crean, examinan y aprueban para su uso en áreas clasificadas según su nivel de peligro. Los ambientes peligrosos se definen como aquellos que contienen gases o vapores inflamables, polvos combustibles y/o conductores y fibras y partículas fácilmente inflamables. Las instalaciones que procesan petróleo y gas, productos químicos y petroquímicos, plataformas de perforación, plataformas petrolíferas en alta mar, terminales marinas de carga y transferencia de combustible, instalaciones en alta mar y en muelles, parques de tanques, plantas de extracción de solventes, estaciones de bombeo de tuberías, plantas de tratamiento de desechos y aguas residuales, fábricas de pulpa y papel, instalaciones que fabrican y almacenan municiones y fuegos artificiales, instalaciones que fabrican polvos y lacas, plantas de preparación de carbón e instalaciones de manejo de carbón son ejemplos de ubicaciones peligrosas.

La iluminación LED ha establecido su dominio en el mercado de la iluminación industrial y se ha convertido en un estándar durante los últimos diez años. Los sistemas de iluminación tradicionales dependen de descargas de alta-intensidad (HID) o tecnología fluorescente, que tienen graves inconvenientes y restricciones. Los LED ofrecen una gran eficiencia y un funcionamiento confiable al utilizar electroluminiscencia generada por la recombinación entre electrones y huecos en la región activa dentro de las uniones p-n del semiconductor. Aunque ya existen importantes ahorros de energía gracias al uso generalizado de luminarias LED, todavía hay muchas posibilidades de reducir los costos del ciclo de vida.

Al aumentar la eficiencia de las aplicaciones de iluminación (LAE), que tiene en cuenta la eficiencia de la entrega óptica, la intensidad y la eficacia del espectro, la tecnología SSL puede generar importantes ahorros de energía adicionales. En comparación con los sistemas de iluminación heredados, la longevidad inherente de los LED, su funcionamiento sin-chispas y su durabilidad del estado sólido permiten la creación de sistemas de iluminación robustos con una vida útil mucho más larga. Estos sistemas también son más robustos mecánicamente para soportar condiciones ambientales adversas y son significativamente más seguros de usar en ubicaciones peligrosas. Debido a los altos costos de mantenimiento y la dependencia de las tareas industriales del entorno iluminado, el funcionamiento-libre de fallas de los sistemas de iluminación durante un ciclo de vida prolongado es crucial en las aplicaciones industriales.

led high bay fixtures

Aunque la tecnología LED siempre ha estado a la vanguardia de la eficiencia operativa, los desarrollos e innovaciones recientes han ido más allá para maximizar la eficiencia energética de los sistemas de iluminación y crear espacios de trabajo más productivos. La base de estos logros es utilizar la mejor capacidad de control de los LED, que es lo que esencialmente distingue a la tecnología de sus competidores. Los LED son dispositivos electroluminiscentes que pueden soportar encendido/apagado continuo, ofrecen atenuación de rango completo y reaccionan de manera rápida y precisa a las señales de control. Con este grado de controlabilidad, la salida de luz LED se puede modular automáticamente en respuesta a entradas de sensores o algoritmos preprogramados.

Iluminación LED de gran alturaes compatible con todos los sistemas de control de iluminación que se han desarrollado para cumplir con los requisitos de gestión de energía de los propietarios u operadores de instalaciones industriales, incluida la detección de ocupación, la programación horaria, la captación de luz natural, el ajuste institucional, las respuestas a la demanda y la compensación adaptativa. Más allá de simplemente aumentar la eficiencia operativa, el control basado en software-puede desbloquear una variedad de otras características valiosas. El espectro de un sistema de mezcla de colores y, en consecuencia, el color de la luz que emite se puede ajustar dinámicamente atenuando de forma independiente cada LED primario. A nivel biológico, la gestión dinámica del color y la intensidad permite manipular la producción de hormonas esenciales para provocar reacciones positivas en los humanos. Esta tecnología está impulsando el uso de iluminación centrada en el ser humano (HCL) para mejorar la productividad, el bienestar mental y la salud física en el lugar de trabajo.

El tipo más simple de iluminación inteligente es la iluminación LED inteligente basada en programabilidad integrada y/o detección localizada. La implementación de sistemas de iluminación inteligentes independientes en instalaciones industriales con numerosas instalaciones de luminarias no es práctico debido al costo y la complejidad que aumentan con la sofisticación. Dependiendo de la tarea visual, el tiempo necesario para completarla, el trabajador que la ejecuta y la importancia de las diferentes características de la tarea para completar el trabajo, la cantidad de luz (iluminancia) y su composición espectral cambian con frecuencia en estas instalaciones. Los controles de iluminación implementados a nivel de circuito en artefactos de iluminación controlados centralmente no responden ni son lo suficientemente flexibles para satisfacer necesidades específicas o adaptarse a futuros cambios de diseño y propósito.

Los artefactos de iluminación industriales deben estar unificados en toda la instalación para que puedan funcionar juntos y al mismo tiempo conservar la individualidad para personalizar la iluminación de un espacio en particular. Los sistemas de iluminación deben colaborar y compartir conocimientos para desarrollar un mayor nivel de inteligencia colectiva que los haga más capaces de lo que serían si funcionaran de forma independiente.

Una idea en desarrollo, la iluminación industrial inteligente se centra en la construcción de un ecosistema digital para automatizar las luces, mejorar los espacios y, en última instancia, maximizar el valor de una empresa. La iluminación LED y la interconexión digital de dispositivos de control inteligentes son componentes clave del ecosistema digital. Las redes digitales permiten la comunicación entre sistemas de iluminación y dispositivos de control utilizando mensajes binarios digitales en lugar de directivas de control basadas en cambios de voltaje, incluso si la naturaleza digital de los LED permite su fácil integración con circuitos electrónicos.

Los sistemas de control digital basados en terminaciones de cableado suaves reemplazan los circuitos de iluminación basados en terminaciones analógicas duras como componentes fundamentales de la zonificación de control. La comunicación bi-, la programación informática y la implementación de zonificación y rezonificación a través de software dirigido a luminarias individuales o grupos de luminarias en varios circuitos de iluminación son posibles gracias al uso de sistemas de control digital. Se puede asignar una sola luminaria a muchas zonas para implementar varias técnicas de control en diversas condiciones gracias a la direccionabilidad digital a nivel de luminaria-. Una mayor flexibilidad y, en consecuencia, una mayor precisión en la entrega de luz son posibles gracias a la capacidad de diseñar una zona de control a cualquier escala. Además, el direccionamiento por software simplifica la rezonificación de espacios para adaptarse a las necesidades cambiantes. Para mejorar las operaciones de las instalaciones y tomar mejores decisiones comerciales, la comunicación bidireccional-permite la recopilación de datos de rendimiento, como el uso de energía y el estado del conductor, para su posterior procesamiento mediante una variedad de técnicas estadísticas y de optimización. Se pueden incorporar artefactos de iluminación a sistemas de automatización industrial para lograr un control centralizado y compartir datos en toda la instalación a través de redes digitales.

Una luminaria industrial se convierte en un nodo de iluminación digital que puede ser controlado y asistido de forma independiente por la inteligencia colectiva del ecosistema digital cuando la tecnología LED y los controles digitales trabajan juntos. Los subsistemas interdependientes de gestión térmica, regulación de la corriente de accionamiento, control óptico e integración mecánica deben cooperar para garantizar el mejor rendimiento posible de las luminarias LED industriales, que son sistemas integrados. El controlador LED, que ofrece conversión de energía bajo voltaje de suministro o fluctuaciones de carga para controlar los LED con una carga constante de energía CC, es una de las partes constituyentes especialmente cruciales. El controlador LED es ahora un componente activo esencial para la implementación efectiva de controles en un sistema de iluminación inteligente, en lugar de simplemente una simple fuente de energía de corriente constante.

La corriente impulsora determina cómo se comportan los LED luminosos. Por lo tanto, el despliegue de diversas técnicas de control se facilita mediante la ejecución por parte del conductor de las órdenes de control de conmutación y atenuación. En situaciones en las que muchos canales LED o capas de iluminación requieren un equilibrio cuidadoso de las relaciones de contraste luminoso, la atenuación continua es una capacidad vital necesaria para proporcionar cambios de control fluidos y escenarios de iluminación variables. Utilizando un circuito de atenuación integrado de modulación de ancho de pulso-(PWM) o reducción de corriente constante (CCR), un controlador LED realiza este propósito.

La creación de sistemas de iluminación inteligentes completamente funcionales es posible gracias a la variedad de opciones que se pueden incorporar a un controlador LED. El controlador, que ofrece procesamiento de datos local y toma de decisiones-, genera directivas para el controlador LED y se comunica con un sistema de gestión central a través de una puerta de enlace, es esencial para estos sistemas. Un circuito integrado (IC) o sistema-en-chip (SoC) con un microcontrolador y un transceptor a bordo se denomina controlador de luz. El microcontrolador también incorpora memoria, E/S y una unidad central de procesamiento (CPU). La memoria flash contiene software integrado, a menudo conocido como firmware. La naturaleza programable de un sistema LED basado en un microcontrolador-permite agregar funciones de iluminación inteligentes como configuración de escenas, mezcla de colores, reducción del mantenimiento de lúmenes y programación avanzada.

Fundamentalmente, la iluminación industrial inteligente implica la incorporación de sistemas de iluminación en redes informáticas-que se están desarrollando anticipándose al Internet de las cosas (IoT). La interoperabilidad es posible gracias al enorme tamaño de la red basada en IP-mediante IoT, que también amplía la conectividad del Protocolo de Internet (IP) a puntos finales con recursos limitados. La arquitectura de Internet de las cosas (IoT) proporciona una amplia gama de servicios y aplicaciones para resolver problemas que son demasiado complejos para gestionarlos en una red cerrada.

No es necesario que los sistemas de iluminación alberguen físicamente la potencia de procesamiento dentro del ecosistema de IoT. Los servidores y el software que permiten la computación en la nube, el análisis de big-datos, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático pueden formar parte de la infraestructura de la nube. El procesamiento de datos, la visualización de datos, el almacenamiento de datos y la ingesta de datos se pueden hacer más eficientes con la ayuda de estas funciones. Los operadores de instalaciones pueden mejorar la automatización de la iluminación y la eficiencia operativa con la ayuda de información procesable a partir de datos de IoT.

Todo lo que hay entre los dispositivos IoT y las aplicaciones IoT está coordinado y gestionado por una plataforma IoT. Ofrece una colección de elementos de software para la gestión de dispositivos IoT, la gestión de datos, el desarrollo y la habilitación de aplicaciones. El Internet industrial de las cosas (IIoT), que marcará el comienzo de una nueva era de aplicaciones industriales, puede conectarse a la iluminación industrial inteligente.