Estudio sobre iluminación inteligente en almacenes (smart lighting)

En su libro titulado Warehousing 5.0, los profesores Eric Grosse y Christoph Glock ahondan en este concepto que sitúa a los almacenes como pilares centrales de la ventaja competitiva y el éxito empresarial y reconocen su gran influencia en la eficacia de las cadenas de suministro. El libro, que ha contado con la colaboración de numerosos investigadores, resume los resultados de los estudios más recientes sobre el tema y ofrece una guía para que los directivos transformen sus procesos.

Gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero de las instalaciones industriales proviene de la calefacción, la refrigeración, el aire acondicionado y la iluminación. En los almacenes, esta última puede suponer hasta el 65% de la demanda energética, lo que posee un efecto significativo sobre los costes operativos y la huella de carbono de la instalación.

La presión para lograr una mayor eficiencia energética y el creciente uso de las energías renovables han impulsado soluciones innovadoras en hogares, redes eléctricas, ciudades y fábricas inteligentes. Los diodos emisores de luz (del inglés light-emitting diode, LED) se han convertido en una fuente de iluminación popular y de alta eficiencia energética.

Una de las características de los sistemas de iluminación inteligentes (SII) o smart lighting systems es la mejora de la calidad de la luz y la alta eficiencia energética que consiguen mediante la tecnología LED y los controles de iluminación inteligentes. Los sistemas tradicionales suelen estar compuestos por luminarias controladas por interruptores. Por el contrario, los SII utilizan componentes como sensores de movimiento o de luz natural para ajustar la intensidad e incluso el color en función de las condiciones ambientales y las necesidades del usuario.

Aplicaciones en logística

Los grandes espacios de los almacenes de preparación de pedidos, con zonas que permanecen desocupadas durante largos periodos o que pueden aprovechar la luz natural, son una oportunidad para la implementación de sistemas de iluminación inteligentes (SII). La calidad de la luz juega un papel crucial, porque afecta al rendimiento de los pickers. Una mala visibilidad puede provocar operativas más lentas, una mayor probabilidad de errores y elevar el riesgo de accidentes.

Cabe señalar que las normativas laborales de cada país suelen especificar requisitos poco exigentes. Por ejemplo, el reglamento técnico de Alemania establece una iluminación mínima para el almacén de entre 50 y 300 lux según el área de trabajo. En instalaciones donde se necesite leer alguna etiqueta o especificación a la hora de desempeñar tareas como la búsqueda y la selección en el picking, solo se requieren 200 lux. Sin embargo, se necesita un nivel de iluminación de tres a cuatro veces mayor para una lectura clara.

La calidad de la luz juega un papel crucial porque afecta al rendimiento de los pickers

La implantación de tecnologías LED en los almacenes puede contribuir a la reducción del consumo energético durante todo el proceso de preparación de pedidos. Actualizar la iluminación convencional con soluciones LED posibilita conseguir ahorros energéticos superiores al 50% y, dependiendo de la configuración, amortizar la renovación en menos de tres años.

En el ámbito de la preparación de pedidos, donde los trabajadores realizan tareas que exigen un gran esfuerzo físico y mental, la implementación de SII podría aportar beneficios significativos para su bienestar y productividad. Incorporar tecnología de iluminación controlable puede potenciar el rendimiento laboral, la autonomía y la satisfacción en el trabajo.

Caso de estudio en un almacén

En nuestra investigación, llevamos a cabo un experimento y una simulación a fin de ilustrar los efectos de posibles instalaciones de sistemas de iluminación inteligentes (SII).

Para el primero, obtuvimos datos de una empresa italiana especializada en la fabricación de válvulas de latón para los sectores del agua y el gas. Sus instalaciones cubren una superficie de 4.300 m², de los cuales 3.500 m² se destinan al almacenaje. De disposición rectangular, el almacén mide 75 x 45 m, cuenta con estanterías para palets en las que se hace picking de forma manual y dispone de algunas ventanas que le confieren luz natural. Su actividad tiene lugar en dos turnos de ocho horas al día, cinco veces por semana.

Tras una auditoría energética exhaustiva, se descubrió que la iluminación representaba hasta el 30% del consumo total de la instalación. La compañía, que originalmente utilizaba lámparas de halogenuros metálicos en el almacén, tomó la decisión de mejorar su infraestructura para reducir el consumo de energía. Siguió las directrices de la norma EN 12464-1, que especifica los requisitos de iluminación para espacios de trabajo interiores, e implementó una sustitución de las luminarias ─en vez de únicamente de las lámparas─ con el propósito de minimizar costes durante la modernización.

La implantación de tecnologías LED en los almacenes puede contribuir a la reducción del consumo energético durante todo el proceso de preparación de pedidos

La empresa incorporó SII mediante sensores de luz natural y detectores de movimiento. Esta integración permitió un control dinámico de los niveles de iluminación teniendo en cuenta la influencia de la luz natural. De este modo, el sistema pudo adaptar la intensidad de cada pasillo en función de su uso.

Tras la instalación, se recopilaron datos durante 12 meses. Los resultados fueron sorprendentes: el consumo en el almacén disminuyó alrededor de un 80%. Cabe destacar que este se benefició significativamente de la detección de luz natural, que generó mayores ahorros durante el verano.

Consumo de energía de la iluminación [kWh] en el almacén (adaptado de Füchtenhans et al., 2023)
Extraído del libro ‘Warehousing 5.0’ de Christoph H. Glock y Eric H. Grosse

Igualmente, la puesta en marcha de sistemas inteligentes logró un aumento de cerca de 50 lux en el suelo de los pasillos del almacén. El coste total de la modificación de las instalaciones ascendió a 18.000 €, el equivalente a 2.500 € por kW de potencia de iluminación instalada. Con un ahorro energético sustancial y una mejor iluminación, la inversión supuso un período de amortización de 1,9 años.

Estrategias para el ahorro

A fin de obtener más información sobre cómo influyen los SII en el rendimiento, también desarrollamos un modelo de simulación en un almacén de preparación de pedidos manual. Consideramos aspectos de su diseño y operativas, así como el tamaño, los patrones de demanda, la cantidad de preparadores de pedidos, las asignaciones de almacenamiento y las políticas de lotes. Así, implementamos cuatro estrategias que representan los distintos grados de tecnologías de iluminación inteligente:

• Los dos primeros sistemas iluminaron por completo todos los pasillos durante las operaciones.
• El tercero redujo la intensidad en los pasillos que no estaban en uso en ese momento.
• El cuarto incorporó zonas de actividad completamente iluminadas y luz reducida más allá de esas áreas.

La simulación demostró que los sistemas inteligentes pueden disminuir el consumo de energía hasta en un 87% en comparación con la iluminación convencional de un almacén a tiempo completo. En cuanto a los posibles períodos de recuperación de las inversiones en almacenes, los resultados de nuestra simulación, el estudio del caso y una serie de entrevistas con expertos condujeron a las siguientes conclusiones:

• En un almacén de 7.500 m² con una iluminación anual de 7.000 horas, el consumo energético anual medio total utilizando fluorescentes es de 1.792 MWh, con un coste de 322.560 € ─considerando un precio de 0,18 kWh─.
• Al modernizar las lámparas con bombillas LED, se reduce a 1.174 MWh, con unos costes de 211.320 € al año.
• Integrar sensores de luz natural para aprovechar 4,4 horas de sol al día y un sistema de control regulable podría generar ahorros adicionales y bajar el consumo a 987 MWh, 177.600 € al año.
• Si la vida útil media es de 15.000 horas para los fluorescentes y de 50.000 horas para los LED, el mantenimiento de los primeros ascendería a 576.000 € en diez años.
• La modernización o el rediseño necesario para implementar el sistema LED se estima en un millón de euros, pero los costes de mantenimiento se eliminan en este escenario.

Con estos supuestos, el período de retorno de la inversión para un sistema de iluminación sin horas de luz solar es de 5,9 años y, si estuviera equipado con sensores de luz natural que contabilizaran 4,4 horas de sol diarias, sería de 4,9.