La elusiva “vida” de los led

  • Como siempre, y creo que lo debo advertir, ningún contenido de la primera parte de este artículo es de cosecha propia. En la segunda parte hay algo de cosecha propia, como el gráfico explicativo.

L70, L80, L90, LM-79-08, LM-80-08, TM-21-11…TODA UNA COLECCIÓN DE CERTIFICACIONES Y MÉTODOS DE PREDICCIÓN O MEDICIÓN DE VIDA ÚTIL DE LOS LED USADOS EN ILUMINACIÓN.

SUS SIGNIFICADOS Y SU ALCANCE.

Por René van Gemert

CEO de SalesCraft/Eco-Tubo

Como siempre, y creo que lo debo advertir, ningún contenido de la primera parte de este artículo es de cosecha propia. En la segunda parte hay algo de cosecha propia, como el gráfico explicativo. Es un resumen de información que he encontrado en las webs del US Department of Energy (DOE) y en varios artículos de LEDS MAGAZINE, resumidos y puestos en castellano, evitando en lo posible un exceso de tecnicismos.

Como es un tema de absoluta actualidad, he querido resumir, para los interesados, el significado y el alcance de las diversas certificaciones que puedan exhibir algunos comercializadores de iluminación LED.

Empecemos por las certificaciones y su metodología:

LM-79-08

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IES LM-79. “Mediciones Eléctricas y Fotométricas de Productos de Iluminación de Estado Sólido”.

  • Método homologado que describe los procedimientos y precauciones a respetar para realizar mediciones reproducibles de los LED:
    • Flujo total,
    • Potencia eléctrica,
    • Eficacia (lm/W) y
    • Parámetros cromáticos.

 

ALCANCE: se aplica a productos basados en LED, incluyendo su electrónica de control y los disipadores de calor, es decir

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  • Incluye luminarias LED completas y fuentes de luz LED (chips de LED con sus disipadores de calor).
  • NO incluye productos LED que requieran circuitos de control externos o disipadores de calor externos (chips de LED sueltos, conjuntos y módulos). Tampoco incluye luminarias diseñadas para productos LED pero vendidos sin fuente de luz.

SE BASA EN LA FOTOMETRÍA ABSOLUTA: LM-79 requiere la prueba de la luminaria completa para los productos de Estado Sólido (SSL), ya que la fuente de luz no se puede separar de la luminaria por los efectos del calor.

 

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CONDICIONES AMBIENTALES Y PROCEDIMIENTOS:

  • Se deben realizar las pruebas a 25º C +/- 1º C.
  • Montaje: se limita la transferencia de la temperatura.
  • Se limita el flujo de aire
  • Fuente de alimentación: se limita a 3% de armónicos y el voltaje a +/- 2%

 

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MÉTODO DE MEDICIÓN: SISTEMA DE ESFERA INTEGRADORA

Para medir el flujo luminoso total y el color: fotómetro o espectro-radiómetro.

 

(a)    Montaje para todo tipo de productos de Estado Sólido

(b)   Montaje para productos de Estado Sólido (SSL) con solamente emisión frontal

MÉTODO DE MEDICIÓN: SISTEMA DE GONIOFOTÓMETRO

Para medir la distribución de la intensidad luminosa

  • Se extrapola el flujo luminoso total
  • Se obtienen las características de color con el radiómetro espectral, incluyendo Temperatura de Color (CCT) e Índice de Reproducción Cromática (IRC, CRI en inglés)

 

RESULTADOS Y CÁLCULOS

  • Flujo Luminoso Total
  • Distribución de la Intensidad Lumínica
  • Consumo eléctrico
  • Eficacia Luminosa (cálculo)
  • Características Cromáticas
  • Temperatura de Color (CCT)
  • Índice de Reproducción Cromática (IRC)

LM-80-08

IES LM-80. “Medición del Mantenimiento Lumínico de las Fuentes de Luz LED”.

Método homologado para medir la degradación lumínica de las fuentes de luz, ensamblajes y módulos de Estado Sólido (SSL) (LED).

  • No incluye la medición de luminarias.
  • No define ni provee métodos para la estimación de vida útil.

 ¿QUÉ ES LA “VIDA ÚTIL” EN ILUMINACIÓN?

“Fallo de Funcionamiento”:

  •  
    • La mayoría de las fuentes de luz “se queman” al final de su “vida útil”
    • La vida útil de una lámpara se define típicamente calculando el tiempo que tardan el 51% de las muestras en quemarse
    • Los LED no suelen fallar (no tienen filamento que se pueda quemar).

LA “VIDA” DE LOS LED

  • Producción de luz utilizable (Mantenimiento Lumínico): todas las fuentes de luz tienen degradación, pero la mayoría “se queman” antes de que la pérdida lumínica sea seria.
  • Los LED continúan con su degradación, hasta más allá de una producción lumínica utilizable.

MANTENIMIENTO LUMÍNICO DE DIVERSAS FUENTES DE LUZ

 

PROCEDIMIENTOS Y CONDICIONES

  • Condiciones ambientales y montaje del banco de pruebas:
    • Se mide y mantiene a varias temperaturas tipo.
    • Se minimiza el flujo de aire.
    • La orientación y espaciado según instrucciones del fabricante del LED.

 

  • Condiciones eléctricas:
    • Se miden voltaje e intensidad (tanto en CA como en CC).
    • Distorsión armónica máxima <3%.
    • Se regula la corriente.

 

  • •Los instrumentos de medida están pre-definidos.

 METODOS DE MEDICIÓN

  • Temperaturas tipo:
    • Se toman medidas a varias temperaturas para simular las condiciones “in situ”: 55ºC, 85ºC y una tercera temperatura elegida por el fabricante.
  • Fotometría:
    • Se prefiere el radiómetro espectral.
    • Temperatura ambiente a 25ºC.
    • Intensidad según la recomendada por el fabricante del LED.
  • Intervalos de pruebas:
    • Periodo de pruebas mínimo de 6.000 horas, aunque se prefiere 10.000 horas.
    • Se deben tomar medidas cada 1.000 horas. Se prefieren intervalos más cortos.

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS Y SU UTILIZACIÓN

Informe básico de las pruebas:

  • Descripción de las fuentes lumínicas probadas.
  • Condiciones ambientales (flujo de aire, temperatura, humedad, etc.).
  • Temperatura tipo de la prueba.
  • Condiciones eléctricas.
  • Datos de mantenimiento lumínico.
  • Observaciones relativas a fallos.
  • Intervalos de monitorización.
  • Cambios cromáticos en el tiempo de pruebas.

LM-80 no provee una determinación ni una estimación de la previsión de vida útil o de la producción lumínica más allá del periodo de pruebas.

Se ha definido un método de predicción (TM-21) para estos fines.

 

 

 

 

LM-21-11

En Agosto del 2011 la Illuminating Engineering Society (IES) publicó el documento TM-21 llamado ”Método de estimación de la degradación lumínica en la vida de las fuentes de luz LED”. TM-21 es el método recomendado por el IES para proyectar la degradación de un ensamblaje, paquete o módulo LED, basado en los datos recogidos de acuerdo con LM-80.

Asimismo, hay que entender que la fiabilidad general de una luminaria de LED también puede estar afectada por otros componentes individuales (driver, lente, etc.) y deben tenerse en cuenta en las estimaciones de vida útil.

El grupo de trabajo tardó 3 años explorando varias opciones con modelos matemáticos basados en ingeniería hasta proveer un método útil. Comprobaron que las muestras sometidas a 10.000 horas y hasta 15.000 horas en pruebas LM-80, a menudo no eran suficientes para dar una estimación estadística rigurosa y dando una curva de degradación hasta vidas tan largas como 35.000 horas. Comprobaron asimismo que solo se deben usar los datos posteriores a las 6.000 horas iniciales para, como máximo, sacar extrapolaciones hasta las 25.000 horas de forma fehaciente.

¿QUÉ ES Y QUÉ DEJA DE SER TM-21?

En primer lugar, TM-21 no determina “el tiempo hasta fallo” tradicional al que estamos acostumbrados con otras fuentes de luz.

TM-21 sí provee una proyección del mantenimiento lumínico de una fuente LED basándose en datos recogidos en pruebas LM-80, pero no es una herramienta completa de estimación de vida útil.

TM-21 utiliza todos los datos del formato LM-80, requiriendo un mínimo de 6.000 horas (7 meses), con intervalos de 1.000 horas. Pero el grupo de trabajo determinó que datos de un periodo más largo y con intervalos más cortos ayudarán para una estimación más fiable.

La metodología está disponible para su incorporación en hojas de cálculo, aunque pueden ser mal interpretadas, por lo que el documento se entrega con ejemplos de casos concretos.

ASPECTOS NO CUBIERTOS:

  • No hay metodología para predecir los cambios de tonalidad y temperatura de color (CCT).
  • No existe la opción para predecir más allá de las 25.000 horas, debido a otros factores de componentes de la luminaria completa que pueden interferir. Tiempos muy largos de mantenimiento lumínico, como los que se postulan en 50.000 horas no se han podido verificar en pruebas rigurosas, pues los productos con esa vida apenas tienen una edad de 2 o 3 años.
  • No se incluyen productos con corriente variable del driver para mantener los niveles lumínicos. El consumo de estos productos aumenta con el tiempo.

L70

Este parámetro suele estar asociado con un número de horas. Por ejemplo L70 @ 30.000 horas significa que se prevé que la producción lumínica de una fuente de luz LED habrá decaído un 30% al alcanzar las 30.000 horas de funcionamiento, o en otras palabras, cuando alcance las 30.000 horas de utilización, tendrá el 70% de los lúmenes que tenía cuando se instaló nueva.

Este valor es una extrapolación dela prueba TM-21 (que no es muy fiable por encima de 25.000 horas), ¡y significa que el 51% de las muestras superaran este baremo!... no lancemos cohetes…

Como es sabido, algunos fabricantes garantizan L70 @ 50.000 horas. Como expliqué en artículos anteriores, es conveniente verificar si el diseño del producto en su conjunto permite creerse este compromiso. Puede tratarse de un distribuidor que espera estar descansando en el Caribe cuando hayan pasado 2 años.

Recuerden que la mayoría de las normativas lumínicas para lugares y tareas específicas permiten una variación del 20%, por lo que los lúmenes iniciales o finales estarán fuera de los parámetros de dichas regulaciones.

También hay que tener en cuenta que el coste de reponer una luminaria, entre mano de obra imprevista, equipos de elevación y parada de actividad durante el remplazo puede suponer 5 veces el precio inicial de adquisición, aunque el elemento remplazado se provea sin coste, bajo garantía, sin pegas, ticket/factura de compra y demás trabas.

 

 

L80 y L90

Son parámetros similares, donde la degradación en el tiempo especificado es solo del 20% y 10% respectivamente.

Habiendo alcanzado las 50.000 horas L70 los 10 primeros fabricantes de LED (no así la mayoría de los drivers), no tiene mucho objeto en el mercado, salvo casos puntuales como parkings 24h, superar las 50.000 horas. Los demás usuarios harán cambios drásticos en decoración, iluminación, y posiblemente ya estemos con otras nuevas tecnologías.

La tendencia en los 2/3 años venideros será ver las mismas horas de vida, pero esta vez en L80, y luego en L90.

CASOS PRÁCTICOS

(A partir de aquí sí es cosecha propia)

Los que me vais conociendo sabéis que sigo insistiendo: el fluorescente no ha muerto.

En el gráfico más abajo, donde las curvas de degradación se han normalizado, podéis ver que un fluorescente T5 en un adaptador a T8 (CON PRECALDEO POR CIRCUITO INTEGRADO), puede dar un ¡L90 @ 60.000 horas! (cosa que no existe en el mundo LED, por ahora), con una re-inversión de unos 2 Euros a media vida, para remplazar el fluorescente T5. Para vuestra información, Eco-Tubo® (clásico) es el único adaptador T8 a T5 con precaldeo por circuito integrado disponible en Europa.

Si el tubo viejo se deposita en un contenedor de reciclaje adecuado, también resolvemos el tema del mercurio.

CONCLUSIONES

En el texto anterior he ido subrayando algunos aspectos a tener en cuenta y que a continuación explico más en detalle. Habiendo repasado todos los métodos de predicción de la “VIDA” del LED, vemos que no existe ningún método que pueda predecir dicha vida una vez montado el LED en su envoltorio y con su driver propio, tal y como se comercializa, ni siquiera un simple tubo de LED:

  1. Las pruebas LM-79 no reflejan las propiedades eléctricas reales del producto final, ya que la fuente de alimentación que se usa en la prueba difiere de la del producto final (distorsión armónica <3%, voltaje controlado, etc., que no existen en los drivers comerciales)
  2. Las pruebas LM-80 tampoco reflejan la realidad: se alimentan los LED con fuentes de alimentación muy avanzadas y sofisticadas para adaptarse a la intensidad máxima recomendada por el fabricante del LED, la luminaria comercializada puede exceder ese máximo, arrojando datos muy distintos a los que se reflejan en las pruebas de laboratorio (distorsión menos controlada, intensidad superior, voltaje fluctuante y sobre todo PARPADEO que, además de afectar a los humanos “iluminados”, también afecta la vida del LED).

Con datos LM-80 distintos de la realidad, tanto el LM-80 como el TM-21 son simple papel mojado.

  1. Los productos LED “de batalla” usan chips de LED encapsulados por artesanos ajenos al fabricante del sustrato, por lo que las variaciones de CCT y CRI están prácticamente garantizados antes de las primeras 15.000 horas. Como los LED no llevan la marca impresa en ningún sitio, su procedencia es una cuestión de fe en lo que diga el comercial.

Si fueran chips de LED encapsulados por Epistar, Bridgelux, Everlight, etc., los costes de cada chip harían imposible la venta al precio que se viene aplicando… la aritmética no falla, aunque sean volúmenes muy grandes. Lo he comprobado negociado in situ con varios fabricantes. Estos productos ganga usan el mínimo número de chips de LED posible para alcanzar los lúmenes, estando generalmente sobrealimentados, para ajustar aún más los costes… todo en detrimento de una vida normal del LED de 30.000 horas L70.

OTROS COMPONENTES QUE PUEDEN AFECTAR LA VIDA DE LA LUMINARIA.

  1. Los drivers usados en los productos “low cost” tienen un pico de arranque altísimo (del orden de 50 A), lo que encarecerá el coste de instalación en las instalaciones grandes por la necesidad de modificar el cableado y las protecciones del local.
  2. El parpadeo (flicker) producido por dichos drivers producirá migrañas en muchas personas iluminadas por estos productos durante más de tres horas. Ahí tocamos la responsabilidad social corporativa (RSC) del adquiriente. (Conozco varias instalaciones en grandes empresas tecnológicas que han olvidado verificar este aspecto y sufren numerosas bajas laborales por este motivo).
  3. Para que un driver pueda funcionar sin interrupción durante más de 30.000 horas debe incorporar condensadores encapsulados y verificados a temperaturas de entrada (contactos) superiores a 105ºC, tipo Rubycon o similares en calidad. Debido al precio unitario de este componente y su volumen físico, ningún driver de sistema LED comprado “a precio” lo incorpora, luego es improbable que pueda durar más allá de las 30.000 horas, sobre todo si el funcionamiento es continuo 24h/7d.
  4. Quizás para muchos sobrará este comentario: los drivers de los sistemas LED “low cost” suelen tener tasas de distorsión armónica superiores al 20% (saltarán los diferenciales y no se pueden usar en hospitales). Incluso he llegado a medir productos con un Factor Potencia (Cos ɸ) por debajo de 0,5 (pagará el usuario por “reactiva” lo mismo que se ahorra en potencia).

Por lo tanto, si le ofrecen un producto LED por debajo del 50% del precio de un producto equivalente fabricado por las grandes marcas internacionales (no les voy a hacer publicidad), y si además le dan más de 30.000 horas L70, o más de los 3 años de garantía como los ofrecidos por dichas marcas más conocidas, se trata de una oferta muy poco profesional, técnicamente hablando.

 

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