Desde el descubrimiento de la eficacia germicida ultravioleta en 1901, la desinfección ultravioleta se ha llevado a cabo principalmente mediante lámparas de mercurio de baja presión.
El mercurio está presente en las lámparas de mercurio de baja presión, lo que genera preocupación por la contaminación del medio ambiente. Al igual que el reemplazo de las bombillas fluorescentes por LED, se prevé que los LED sean una tecnología alternativa ecológicamente benigna. La eficiencia de los LED UV es actualmente menor que la de las lámparas de mercurio de baja presión, a pesar de su rápida mejora anual. Debido a que no se ha desarrollado ninguna tecnología sustituta, las lámparas de mercurio de baja presión quedan excluidas de la Directiva RoHS para usos particulares hasta el 24 de febrero de 2027 (Artículo 4(a)). Si se demuestra que no hay tecnología sustitutiva disponible más allá de 2027, esta exención podrá ampliarse. ¿Es realmente necesaria una extensión? Algunas aplicaciones pueden adoptar LED ahora mismo, según Nichia, y casi todas las aplicaciones podrán hacerlo en febrero de 2027.
Aquí, Nichia presenta un ejemplo del mundo real en el que se están explorando los LED UV como una alternativa de desinfección a las lámparas de mercurio de baja presión.
Desinfección de superficies mediante lámparas de mercurio de baja presión → Estudios de casos de adopción de LED
La desinfección de superficies, la desinfección del aire mediante purificadores y la desinfección de sistemas de agua y alcantarillado se incluyen en el área de desinfección UV utilizando lámparas de mercurio de baja presión. La limpieza de equipos y contenedores de la industria alimentaria es un ejemplo común de desinfección de superficies. En las instalaciones de procesamiento de alimentos, los recipientes se llenan con alimentos después de exponerlos a la luz ultravioleta para desinfectar el interior y evitar que los gérmenes crezcan y contaminen los alimentos.
Una ilustración de envases de alimentos expuestos a la radiación ultravioleta:
Las lámparas de mercurio de baja presión emiten luz ultravioleta desde arriba de los recipientes para desinfectar el interior de muchos recipientes de alimentos a la vez. Por lo tanto, se debe utilizar cuarzo fundido para cubrir las lámparas de mercurio de baja presión para evitar la contaminación por mercurio y la rotura del vidrio en caso de que la lámpara falle.
Una ilustración de la radiación vista desde arriba:
A diferencia de las lámparas de mercurio de baja presión, los LED se pueden usar para irradiar solo el elemento objetivo con luz ultravioleta, ya que sus configuraciones y posiciones se pueden elegir y modificar con precisión, como se muestra en la imagen de irradiación de arriba. Por otro lado, las lámparas de mercurio de baja presión emiten luz en todas direcciones, exponiendo los espacios entre los contenedores individuales y la parte posterior de las lámparas a luz ultravioleta adicional.
Además, como las lámparas de mercurio de baja presión tardan mucho en encenderse y apagarse, deben mantenerse "encendidas" en todo momento. Los LED, por otro lado, proporcionan encendido/apagado instantáneo, lo que significa que sólo pueden encenderse cuando sea necesario, lo que reduce potencialmente el uso de energía y las emisiones de CO2.
A la luz de la información antes mencionada, los resultados de una comparación entre LED y lámparas de mercurio de baja presión se muestran en la siguiente tabla.
Resultado del estudio
La potencia de entrada necesaria para obtener el mismo efecto de desinfección en los valores reales en este ejemplo de investigación es 600W y 312W.
Se utilizó el LED UV 434C de Nichia para probar la irradiancia y eficiencia del LED.
Según Shikoku Electric Power CO., Inc., el factor de emisión de CO2 para el año fiscal 2021 es de 0,527 t/MWh.
En comparación con los LED, que tienen una eficiencia del 5,4%, las lámparas de mercurio de baja presión tienen una eficiencia mayor del 22%. Sin embargo, los LED pueden utilizar hasta el 90 % de la irradiación UV que generan, mientras que las lámparas de mercurio de baja presión solo utilizan el 9 %. Así, en comparación con las lámparas de mercurio de baja presión, que necesitan 600W de electricidad para proporcionar el mismo efecto desinfectante, las LED requieren 312W. Además, los LED sólo se pueden activar cuando sea necesario. Por ejemplo, si las lámparas de mercurio de baja presión se dejan encendidas durante 18 horas al día, las LED se pueden encender durante 14 horas. Suponiendo que cada lámpara se utiliza durante 300 días, el consumo de energía de las lámparas de mercurio de baja presión con 600 W de potencia de entrada es de 3,2 MWh al año, mientras que las LED con 312 W de potencia de entrada consumen 1,3 MWh al año, una reducción del 60 %. Además, las emisiones de CO2 se calculan utilizando las emisiones de CO2 de 0,527 toneladas por 1 MWh de energía. Las LED producen 0,69 toneladas de CO2 al año, frente a las 1,7 toneladas de las lámparas de mercurio de baja presión, lo que supone una disminución del 60%.
Hoja de ruta
Resumen
En este caso de estudio se utilizaron las características de los LED, como su alto uso del flujo radiante a través de la iluminación selectiva de solo las regiones requeridas y sus capacidades de encendido/apagado instantáneo, para lograr ventajas notables. Por lo tanto, Nichia puede demostrar de forma inequívoca que los LED pueden servir como tecnología sustitutiva de las lámparas de mercurio de baja presión.
Además del ejemplo mencionado anteriormente, Nichia colaborará con sus clientes y socios para crear diseños que utilicen características LED en otras aplicaciones de desinfección, como la desinfección del aire y el agua. Nichia hará todo lo posible para garantizar que la tecnología LED sustituya a las lámparas de mercurio de baja presión.
Además, como indica la hoja de ruta, el rendimiento de los LED UV ha mejorado significativamente en los últimos años. El progreso tecnológico es rápido debido al impacto sinérgico de las expectativas de desarrollo de LED resultantes de las restricciones ambientales y la necesidad de combatir enfermedades infecciosas. En algunos casos, el uso de LED en lugar de lámparas de mercurio de baja presión ya se está logrando mediante el desarrollo de un diseño que aprovecha las capacidades de los LED. Según Nichia, esto, junto con la impresionante mejora del rendimiento fundamental de los LED UV, provocará una tendencia aún mayor, y los LED UV serán ampliamente aceptados como sustitutos de las lámparas de mercurio de baja presión en todas las aplicaciones y dominios de desinfección. En consecuencia, no será necesario ampliar la exención RoHS más allá de 2027.
Además de trabajar para abordar las preocupaciones sociales, incluido el establecimiento de una sociedad libre de mercurio y neutra en carbono, Nichia seguirá mejorando el rendimiento de los LED.
