Specificarea soluțiilor de iluminat cu leduri pentru mediile industriale

Iluminatul este un element critic în proiectarea unor medii industriale sigure, eficiente și rentabile în diverse activități, inclusiv în logistică, operarea utilajelor, panouri de control, stații de lucru și linii de producție. Într-un număr din ce în ce mai mare de situații, ledurile pot oferi soluții de iluminat superioare. În comparație cu instalațiile fluorescente tradiționale, cu halogenuri metalice, sodiu de înaltă presiune și alte tehnologii de iluminat, corpurile de iluminat cu leduri sunt mai eficiente din punct de vedere energetic, reducând astfel costurile de exploatare, și au o durată de viață mai lungă, reducând costurile de întreținere. Corpurile de iluminat industriale sunt adesea utilizate în medii dificile și poate fi necesar ca acestea să includă protecție la infiltrare și niveluri specifice de calitate a energiei, pe lângă faptul că trebuie să garanteze siguranța și igienizarea la locul de muncă. Echilibrarea acestor cerințe diverse complică procesul de selecție a corpurilor de iluminat.

Acest articol trece în revistă parametrii de performanță, inclusiv lumenii, puterea, eficacitatea, lucșii, distribuția zonală a lumenilor, temperatura de culoare corelată, indicele de redare a culorii, durata de viață nominală și costurile asociate cu corpurile de iluminat industriale, punând accent special pe leduri. Apoi, detaliază aspectele legate de mediu, inclusiv cerințele de protecție împotriva infiltrării, distorsiunea armonică totală și cerințele de calitate a energiei, precum și iluminatul pentru mediile periculoase.  În final, articolul se încheie prin prezentarea unor soluții specifice de la Banner Engineering pentru iluminarea în sistemele pick-to-light, ghidarea stivuitoarelor și iluminarea generală a stațiilor de lucru, iluminarea utilajelor și a panourilor de control (Figura 1).

Figura 1: corpurile de iluminat cu leduri sunt disponibile într-o gamă de formate optimizate pentru o mare varietate de aplicații. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Parametri de performanță

Specificarea nivelului de iluminare reprezintă baza pentru selectarea corpului de iluminat optim pentru o anumită aplicație. Există numeroși parametri care trebuie luați în considerare, de la eficiența operațională a corpului de iluminat până la cât de bine imită lumina albă standard. Totul începe cu o singură candelă (Cd). Cd este o unitate SI de bază care măsoară intensitatea luminoasă a luminii vizibile emise de o anumită sursă (candelă standard) într-o anumită direcție. Pornind de la conceptul de Cd, parametrii importanți pentru compararea corpurilor de iluminat includ:

• Lumenii (lm) – Flux luminos egal cu lumina emisă într-un unghi solid unitar de o sursă punctiformă uniformă de un Cd, luând în considerare emisia de lumină în toate direcțiile.
• Wații (W) – Consumul de energie electrică: pentru circuitele de curent continuu, W = V _c.c. x amperi; pentru circuitele de curent alternativ, W = V_RMS x amperi.
• Eficiența (lm/W) – Eficiența cu care o sursă de lumină produce lumină vizibilă.
• Lucșii (lm/m²) – Intensitatea luminii care atinge o suprafață, așa cum este percepută de ochiul uman.
• Distribuția zonală a lumenilor – Distribuția lumenilor emiși de un corp de iluminat în zone în planuri verticale discrete. Se utilizează pentru a determina cerințele de spațiere a unui corp de iluminat.
• Temperatura de culoare corelată (CCT) – Temperatura, în grade Kelvin (K), a unui radiator de corp negru cu o cromaticitate egală cu cea a sursei de lumină. CCT a luminii albe variază între 2700K și 6500K.
• Indicele de redare a culorilor (CRI) – Capacitatea unei surse de lumină de a reda fidel culorile diferitelor obiecte în comparație cu o sursă de lumină ideală sau naturală. CRI variază de la 0 la 100. Becurile cu incandescență au un CRI de 100, iar ledurile au CRI variind între 80 și 90+.

Odată cu evoluția tehnologiilor de iluminat, procesul de specificare a soluției optime a devenit mai complicat. De exemplu, eficacitatea ledurilor este substanțial mai mare decât cea a lămpilor fluorescente și a lămpilor cu descărcare de înaltă intensitate (HID). În timp ce lămpile fluorescente și HID-urile emit lumină în toate direcțiile, ledurile sunt direcționale. În concluzie, parametrii sunt foarte utili pentru a compara ledurile cu ledurile, lămpile fluorescente cu lămpile fluorescente și așa mai departe. Pentru a compara diferite tehnologii de iluminat, utilizatorii trebuie adesea să evalueze eșantioane unul lângă altul pentru a determina care este cel mai bun.

Pe lângă calitatea luminii produse, utilizatorii trebuie să fie conștienți de distorsiunea armonică totală (THD) și de factorul de putere (PF) al balastului sau al driverului care alimentează corpul de iluminat. THD este o măsură a distorsiunii curentului electric care intră într-un convertor electronic de putere. Un THD mai mic înseamnă curenți maximi mai mici și o eficiență mai mare în rețeaua de distribuție a energiei electrice dintr-o clădire, precum și o cerere mai mică pentru serviciul public local. IEEE 519-2014 este o referință utilă pentru înțelegerea armonicilor și aplicarea limitelor armonice în sistemele de alimentare. De obicei, sunt necesare THD-uri de 20% sau mai puțin. PF este un indicator la fel de important. O sarcină (balast sau driver) cu un PF scăzut consumă mai mult curent decât o sarcină cu un PF ridicat pentru o putere de ieșire egală. PF este un număr adimensional cuprins între 0 și 1. Balasturile și driverele trebuie să aibă un PF de cel puțin 0,9.

Considerente privind durata de viață și costurile

În general, ledurile au o durată de viață de peste 25.000 de ore, dar eficacitatea și luminozitatea lor scad pe măsură ce îmbătrânesc. Durata de viață a corpurilor de iluminat cu led se bazează pe numărul de ore necesare pentru a ajunge la 70% din puterea luminoasă inițială și se numește parametrul L70. Tehnologiile de iluminat fără led suferă defecțiuni catastrofale la un moment dat; durata de viață a acestora este definită ca fiind numărul de ore de funcționare la care se așteaptă ca 50% din unități să fi cedat. De asemenea, și tehnologiile fără leduri înregistrează scăderi ale valorilor de lumeni pe măsură ce îmbătrânesc. Numit deprecierea lumenilor lămpii (LLD), acest efect variază în funcție de tehnologiile de iluminare (Tabelul 1).

Tabelul 1: comparație între deprecierea lumenilor lămpii și duratele de viață nominale. (Sursa tabelului: Banner Engineering)

Pentru a compara costul tehnologiilor de iluminare, utilizatorii trebuie să ia în considerare costul inițial al forței de muncă și al echipamentului, plus costurile cu energia, forța de muncă pentru întreținere și echipamentul, pe toată durata de viață a corpului de iluminat (Figura 2). Costurile inițiale cu forța de muncă și cu echipamentele pot fi depășite de eficiența energetică sporită și de necesitățile de întreținere mai reduse, iar ledurile cu durată de viață mai lungă și mai eficiente pot asigura economii semnificative pe toată durata de viață.

Figura 2: comparație a costurilor de iluminare pe baza unui ciclu de viață de 15 ani. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Cerințe de mediu

Corpurile de iluminat utilizate în instalațiile industriale trebuie să fie proiectate pentru a rezista la condiții periculoase. Codul electric național definește trei tipuri de locații periculoase:

• Clasa I – gaze sau vapori inflamabili
• Clasa II – praf combustibil
• Clasa III – fibre sau resturi volante ușor inflamabile

Reglementările federale americane impun: „echipamentul trebuie să fie marcat pentru a afișa clasa, grupa și temperatura sau intervalul de temperatură de funcționare, pe baza funcționării la o temperatură ambiantă de 40 °C, pentru care este aprobat”.

Clasele de protecție la infiltrare (IP) sunt importante și sunt indicate prin două cifre. Prima cifră descrie rezistența echipamentului la obiecte străine solide, cum ar fi praful, iar a doua descrie gradul de protecție împotriva apei. Corpurile de iluminat cu indice de protecție IP67 sunt rezistente la praf și apă, ceea ce le face potrivite pentru multe medii industriale și pot rezista la scufundări de scurtă durată în apă. Corpurile de iluminat clasificate IP68g oferă protecție suplimentară și sunt mai rezistente la pătrunderea uleiului și a apei.

Vibrațiile și temperaturile extreme sunt adesea întâlnite în mediile industriale. Filamentele subțiri, componentele delicate și învelișurile de sticlă utilizate în cadrul unor tehnologii de iluminat pot fi deosebit de vulnerabile la deteriorări cauzate de vibrații. Ledurile nu au componente delicate și sunt mult mai rezistente la vibrații și la impact. Deși sunt robuste din punct de vedere mecanic, temperaturile ambientale ridicate tind să reducă eficacitatea și durata de viață a ledurilor. Pe de altă parte, în comparație cu alte tehnologii de iluminat, ledurile sunt mai potrivite pentru depozitele frigorifice și alte instalații în care se întâlnesc temperaturi de până la -40 °C.

Corpuri de iluminat pentru sistemul pick-to-light

Sistemele pick-to-light pot reduce costurile operațiunilor de preluare din depozit prin creșterea eficienței, productivității și preciziei. Pentru instalațiile pick-to-light, Banner oferă seria EZ-LIGHT® K50L, inclusiv K50LGRASXPQ (Figura 3). Corpurile de iluminat K50L sunt oferite cu un led (verde), două leduri (verde și roșu) sau trei leduri (verde, roșu și galben), în funcție de model, și sunt rezistente la vibrații. K50LGRASXPQ oferă iluminare cu leduri verzi și roșii, plus o alarmă sonoră cu mai multe tonuri. Caracteristicile seriei K50L includ:

• Ușor de instalat, cu indicatori led luminoși și alarmă sonoră
• Robust și complet sigilat. Clasificat la IP67 sau IP69K conform DIN 40050-9, în funcție de model
• Nu este nevoie de un controler extern pentru aceste corpuri de iluminat autonome
• Imunitate la interferențe de frecvență radio (RFI) și interferențe electromagnetice (EMI)
• Alarma sonoră de pe modelele IP67 are o intensitate reglabilă care poate fi în stil continuu sau staccato
• Instalare flexibilă cu intrări de la 12 V _c.c. la 30 V _c.c. și protecție împotriva polarităților inverse

Figura 3: corpurile de iluminat din seria K50 de la Banner Engineering sunt acționate în curent continuu, au indicație sonoră constantă sau staccato și 1, 2 sau 3 indicatoare led colorate, în funcție de model. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Corpuri de iluminat și senzori de ghidare pentru stivuitoare

Șoferii de stivuitoare pot avea vederea obstrucționată în multe cazuri, ceea ce îi obligă să coboare de mai multe ori atunci când amplasează încărcături dificile. Eficiența operațiunilor de manipulare a materialelor poate fi sporită prin utilizarea corpurilor de iluminat și a senzorilor de ghidare a stivuitorului. De exemplu, modelul de corp de iluminat WLS27PXRGBW285DSQ de la Banner face parte din seria WLS27 Pro și are o lungime de 285 mm, are clasificări de mediu IP66, IP67 și IP69K și include leduri roșii, verzi, albastre și albe (Figura 4).

Figura 4: acest corp de iluminat cu o lungime de 285 mm include leduri roșii, verzi, albastre și albe și poate fi utilizat pentru ghidarea stivuitoarelor. Are clasificările de mediu IP66, IP67 și IP69K. (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Toate corpurile de iluminat din seria WLS27 Pro pot afișa animații multicolore cu diferite viteze și modele și pot fi segmentate, ceea ce le face potrivite pentru sistemele de ghidare a stivuitoarelor. Având carcase din copoliester incasabil în rame din aluminiu, unitățile WLS27 Pro sunt rezistente la spargere și impact. Clasificarea lor IP69K le permite să funcționeze în condiții dure cu spălare și în medii exterioare. Funcțiile integrate de cronometru și contor le permit să afișeze informații despre timp sau cantitate, inclusiv distanța și poziția, utilizând semnalizarea prin impulsuri.

Corpurile de iluminat WLS27 Pro pot fi combinate cu senzorul laser multifuncțional Q5X pentru a implementa sisteme de ghidare a stivuitoarelor (Figura 5). Q5X are o rază de acțiune de la 50 mm la 5 m. Alte caracteristici includ:

• Detectarea sigură a obiectelor transparente și reflectorizante, a țintelor multicolore, a țintelor negre pe un fundal metalic strălucitor, a țintelor negre pe un fundal negru și a obiectelor întunecate (ținte negre reflectorizante <0,1%)
• Modul de învățare dublă măsoară atât intensitatea luminii, cât și distanța
• Rotație la 270 de grade pentru a satisface o varietate de constrângeri de montare
• Programabil prin IO-link, învățare de la distanță, interfață de utilizare integrată sau afișaj opțional al senzorului de la distanță

Figura 5: senzorii laser multifuncționali, cum ar fi Q5X de la Banner Engineering, pot fi utilizați pentru a implementa sisteme de ghidare a stivuitoarelor. (Imagine: Banner Engineering)

Opțiuni generale de iluminare

WLB32ZC285PBQMB de la Banner este un corp de iluminat cu led ultra-luminos cu o lungime de 285 mm, care are o putere de iluminare uniformă de 750 lm cu o „strălucire” fără reflexii (Figura 6). Acesta face parte din familia WLB32, care include corpuri de iluminat cu o lungime cuprinsă între 285 și 1130 mm și cu o putere de iluminare cuprinsă între 750 și 3000 lm. Aceste corpuri de iluminat sunt concepute pentru stații de lucru, iluminarea utilajelor, panouri de control și linii de producție.

Figura 6: modelul WLB32ZC285PBQMB de la Banner este o bară luminoasă cu leduri de intensitate foarte mare, cu lungime de 285 mm pentru necesități generale de iluminare. (Imagine: Banner Engineering)

Sunt disponibile bare luminoase WLB32 care pot forma o lungime continuă de iluminare prin „conectare în cascadă” cu un minim de cabluri, menținând în același timp funcționarea independentă a fiecărei bare luminoase. Alte caracteristici includ:

• Comutator ridicat/scăzut/oprit
• Geam incasabil și carcasă metalică
• Instalare flexibilă cu suporturi magnetice sau unghiulare sau cu cleme de prindere
• Ochelari de protecție care blochează reflexiile laterale la unele modele
• Detectarea mișcării la unele modele

Rezumat

Există o gamă largă de factori de performanță, cost și mediu care trebuie luați în considerare atunci când se specifică soluții de iluminat industrial. Într-un număr din ce în ce mai mare de situații, corpurile de iluminat cu leduri reprezintă o opțiune atractivă. În comparație cu tehnologiile de iluminat tradiționale, corpurile de iluminat cu leduri oferă o mai mare flexibilitate și fiabilitate a iluminatului, iar ledurile oferă o eficiență energetică mai mare, o durată de viață mai lungă și nevoi de întreținere mai reduse. Prin urmare, în timp ce costurile inițiale de instalare a ledurilor pot fi mai mari decât cele ale altor tehnologii de iluminat, ledurile oferă costuri mai mici pe toată durata de viață, pe lângă soluții de iluminat superioare.