Al seleccionar los factores correctos de mantenimiento del flujo luminoso para el alumbrado público LED, contabilizar adecuadamente la depreciación del flujo es un aspecto fundamental para garantizar que un diseño de iluminación cumpla los requisitos al final de su vida útil. Sin embargo, ¿están los profesionales de la iluminación formulando las preguntas correctas a sus proveedores?
Es bien sabido que con el tiempo la salida de luz de un LED disminuye, fenómeno conocido como depreciación del flujo luminoso. Para garantizar que un diseño de iluminación cumple los requisitos incluso al final de su vida útil, debemos por tanto tener en cuenta esta depreciación del flujo a lo largo de la vida de la luminaria.
Al hacerlo, bien obtenemos más luz de la necesaria al comienzo de la vida útil, o bien utilizamos un método de salida de luz constante (CLO) para mantener niveles uniformes durante ese período, arrancando la unidad en un estado de dimado y aumentando gradualmente hasta la potencia máxima a lo largo de la vida operativa.
Hasta aquí, todo claro. Disponemos de dos opciones bien definidas para gestionar la depreciación del flujo luminoso, y están al alcance de todos los principales fabricantes de iluminación.
Seleccionar el perfil CLO correcto
Sin embargo, una consideración que puede pasarse por alto fácilmente es la de adaptar el algoritmo CLO a la vida útil del proyecto para el que se diseña.
Si la vida útil de diseño del proyecto es, por ejemplo, de 100.000 horas y sabemos que, transcurrido ese tiempo, la salida de LED de una unidad será el 80 % de su valor original, cuando se instalen las luminarias deberíamos arrancar al 80 % de salida y aumentar la potencia hasta alcanzar el 100 % tras 100.000 horas.
Del mismo modo, si la vida útil de un proyecto es de 60.000 horas y ese mismo producto mantiene el 88 % de su salida al cabo de ese período, el algoritmo CLO debería arrancar al 88 % de salida y aumentar hasta el 100 % a lo largo del período de 60.000 horas.
Así, para una luminaria LED típica con un L80 de 100.000 horas, el CLO podría ahorrar el 10 % de los costes energéticos a lo largo de su vida útil.
Es habitual que los fabricantes de luminarias establezcan un algoritmo CLO predeterminado que asume que la vida útil del proyecto es igual a la del producto. Es importante ser consciente de esto para poder adaptar correctamente el perfil CLO a la instalación.
No debe olvidarse tampoco que, al utilizar programas CLO dentro del driver LED, cuando sea necesaria la sustitución de un driver, a menos que se programe unidad por unidad, el algoritmo CLO se reiniciará y comenzará de nuevo desde el «inicio de vida útil». Esto resultará en un proyecto subiluminado y, por tanto, no conforme.
Comprensión de la vida útil de los LED y los factores de mantenimiento para el alumbrado público LED
¿Cómo sabemos cuál será la salida del LED al final del proyecto?
Existen varios modelos que pueden utilizarse para proyectar la salida de flujo luminoso y predecir la salida de luz tras un período de funcionamiento determinado. Estos métodos parten de datos medidos y luego emplean modelos matemáticos para proyectar el comportamiento futuro de los LED basándose en el rendimiento observado durante el período de ensayo.
TM-21[1] es uno de esos cálculos y se utiliza ampliamente en el sector de la iluminación. El cálculo se basa en datos recopilados según los resultados del LM-80[2] de los LED.
LM-80 = Ensayo
LM-80 es una norma de ensayo que define la forma en que debe ensayarse un paquete, conjunto o módulo LED y la manera en que deben recogerse los resultados.
El método consiste en montar la muestra de LED en una cámara de ensayo con condiciones ambientales y entradas eléctricas cuidadosamente controladas, asegurando que los dispositivos se midan periódicamente para determinar la salida de flujo luminoso y la cromaticidad.
La duración del ensayo debe ser de al menos 6.000 horas y, por lo general, se prolonga durante un período mucho mayor para mejorar la precisión y la validez de las proyecciones. Los ensayos se realizan a una temperatura de carcasa del LED de 55 grados, 85 grados y una tercera temperatura seleccionada por el fabricante. Los datos deben recogerse al menos cada 1.000 horas a 25 grados.
LM-80 es tan solo una fuente fiable de información que permite a los clientes evaluar y comparar los factores de mantenimiento del flujo luminoso para unidades de alumbrado público LED de distintos fabricantes. Sin embargo, no es una medida completa del rendimiento o la fiabilidad del sistema LED.
Cabe señalar que, si la vida útil del driver es inferior a la del módulo, puede ser necesaria la sustitución del driver antes de que el ciclo de vida de la luminaria concluya. Esto significa que no puede declararse una cifra única para la vida útil total de la luminaria. Los valores del módulo y del driver deben declararse por separado, sin combinarse.
TM-21 = Proyecciones
TM-21 se desarrolló para extrapolar estos datos de ensayo a corto plazo de componentes LED con el fin de predecir vidas útiles futuras y ofrecer garantías sobre la tecnología.
Para predecir la depreciación del flujo luminoso, TM-21 simplemente requiere que se registre la salida de flujo luminoso media (como porcentaje de la salida inicial) de los LED ensayados en varios puntos igualmente espaciados durante el ensayo.
A continuación, el método de proyección puede utilizarse para predecir la depreciación del flujo luminoso tras un período determinado, o para predecir el número de horas de funcionamiento que transcurrirán antes de que la salida de flujo alcance un nivel de depreciación definido.
La tabla anterior (Figura 1) muestra un ejemplo de cómo se capturan los resultados del LM-80 y qué resultados se utilizan en el cálculo TM-21.
El resultado del proceso anterior es la vida útil de mantenimiento del flujo luminoso calificada Lx, que corresponde al tiempo de funcionamiento transcurrido durante el cual la fuente de luz LED mantendrá el porcentaje x de su salida de luz inicial. Por ejemplo: L70 (horas) = tiempo hasta el 70 % de mantenimiento del flujo luminoso.
Dado que TM-21 define un cálculo basado en el mantenimiento medio del flujo luminoso en cada punto de medición, el resultado es, por definición, el mantenimiento medio del flujo de una muestra de unidades al final de la vida útil calificada de mantenimiento del flujo. En otras palabras, tras las horas indicadas, la media aritmética de los mantenimientos del flujo de la muestra será el valor Lx. Dado que el mantenimiento del flujo sigue aproximadamente una distribución normal, podemos afirmar que, en una muestra de LED, esperaríamos que la mitad de las unidades mostrara un mantenimiento del flujo superior al proyectado y la otra mitad un mantenimiento inferior al proyectado (véase la Figura 3 a continuación).
De esto se desprende que el método habitual especificado en los concursos de alumbrado público, TM-21, solo puede proyectar cifras de mantenimiento del flujo medias (para una distribución normal media = mediana = moda) y, usando la notación LxBy, representaría LxB50.
¿Qué impacto tiene el valor B?
Niveles de iluminación y consumo energético
Algunos concursos de alumbrado público solicitan proyecciones de valores «B» que no representan el rendimiento medio de mantenimiento del flujo luminoso. Por ejemplo, LxB10, es decir, el número de horas de funcionamiento hasta que no más del 10 % de los LED proporciona menos del x % de la salida de luz inicial.
La Figura 2 muestra que, para LED cuya degradación sigue una distribución normal, B10 sería el valor de mantenimiento del flujo para el que el 10 % cae por debajo del objetivo Lx y el 90 % supera el umbral.
Para cualquier LED dado, el número de horas para un valor By inferior siempre será menor que el número de horas hasta B50. La diferencia dependería de la variación en el mantenimiento del flujo medida entre las muestras de ensayo. Un valor B10 es por tanto más conservador que B50. En términos prácticos, esto significa que B10 se alcanza en una etapa más temprana de la vida útil de un conjunto de módulos LED en comparación con B50.
Como ejemplo, para un LED con L80B50 de 100.000 horas, cabría esperar que el valor L80B10 se sitúe en torno a las 70.000 horas. En ese punto, podemos afirmar que el 10 % de los LED tendrá menos del 80 % de la salida de luz. Sin embargo, como puede observarse en la Figura 3, la salida de luz media para este ejemplo tras 70.000 horas es en realidad del 87,5 %.
Así, si una instalación de alumbrado público LED se diseña para una vida útil de 70.000 horas, la cuestión para el diseñador es si utilizar L80B10 = 70.000 horas y tomar el factor de mantenimiento como 0,8, o utilizar L87,5B50 = 70.000 horas y tomar el factor de mantenimiento como 0,875. Claramente, el segundo supone un menor consumo energético.
Se puede argumentar que la cifra media de mantenimiento del flujo es más adecuada para seleccionar el factor de mantenimiento, ya que nuestro objetivo es garantizar que el proyecto no quede ni subiluminado ni sobreiluminado. Usando el ejemplo anterior, si se utiliza L80B10, el proyecto estará sobreiluminado una media del 7,5 %, frente a L87,5B50 donde no lo estará (ambos para 70.000 horas).
No debe olvidarse que una luminaria LED contiene normalmente varios LED. Los chips LED se degradan a ritmos distintos, por lo que la depreciación del flujo de la luminaria ya promedia la depreciación individual de los chips LED que contiene la unidad.
Precisión en la comparación de luminarias
Además del riesgo de sobreiluminación, otro problema relacionado con el uso de valores «B» es la forma en que se calculan. TM-21 es un método de cálculo definido para el mantenimiento medio del flujo luminoso y requiere que los LED se ensayen según LM-80. Sin embargo, TM-21 no proporciona orientación sobre cómo calcular los valores «B».
Por lo tanto, cualquier cifra facilitada se calcula mediante un método elegido por el fabricante. Esto resulta problemático, ya que la falta de un enfoque normalizado impide comparar los resultados de igual a igual, lo que, en el mejor de los casos, enturbia el proceso de toma de decisiones entre luminarias.
Interpretación de las normas británicas
El anexo C de la norma BS 5489-1 describe el proceso para calcular los factores de mantenimiento del alumbrado público LED que deben utilizarse en los diseños de iluminación.
Este documento solo hace referencia al mantenimiento del flujo luminoso como valor Lx, sin ningún método para incorporar los valores By a la ecuación. Lo que significa que usar cualquier valor distinto de B50 podría considerarse engañoso.
Profundizando en los valores BY: variación en la depreciación del flujo luminoso
Un factor clave que el valor «B» intenta arrojar luz sobre es la variación en el mantenimiento del flujo luminoso entre muestras de LED durante los ensayos.
Por ejemplo, si tomamos una muestra de 10 LED y los hacemos funcionar durante 100.000 horas, sería más deseable que los resultados de mantenimiento del flujo medidos se parecieran a los del «Ejemplo 1» de la Figura 3 a continuación, en lugar de a los del «Ejemplo 2».
Figura 3. Variación en el mantenimiento del flujo entre muestras
La razón es que, a pesar de tener la misma depreciación media del flujo (y, por tanto, cifras idénticas de L80B50), el Ejemplo 1 ofrece mayor consistencia en el mantenimiento del flujo. Esto significaría que todos los LED se degradarían de forma mucho más gradual y, por tanto, ofrecerían una salida de luz más uniforme a lo largo del tiempo.
Si pudiéramos garantizar que se emplearon los mismos métodos para calcular los valores B10 en ambos conjuntos de ejemplo, la calidad del conjunto 1 quedaría de manifiesto mediante la solicitud de L80B10. No obstante, en la realidad, como sabemos, no existe normalización para el cálculo de esta métrica, por lo que realizar comparaciones no siempre resulta útil.
Una forma alternativa de que los clientes obtengan información sobre la variabilidad es comprobar la varianza o la desviación típica de los resultados del informe de ensayo LM-80 de una unidad. Dado que LM-80 es un procedimiento de ensayo normalizado del sector, esto garantizaría una comparación justa y sólida entre luminarias equivalentes.
Esto podría incluso incorporarse a los documentos de contratación simplemente especificando una desviación típica máxima admisible (una medida de la variación de los resultados respecto a la media) para cualquier punto de medición del mantenimiento del flujo durante el proceso de ensayo LM-80.
Resumen
El uso de valores «B» alternativos frente a las proyecciones estándar TM-21 puede:
- Dar lugar a un proyecto sobreiluminado y, por tanto, a mayores costes a lo largo de la vida útil
- Dificultar la comparación entre distintas luminarias, ya que no existe ninguna norma que garantice que los fabricantes usen el mismo cálculo. En contraste, TM-21 es el mismo para todos los fabricantes
El uso de B50 es la medida más precisa y adecuada para garantizar la coherencia con los principios de factores de mantenimiento del flujo en el alumbrado público LED, maximizando al mismo tiempo la vida útil y la eficiencia de la instalación.
Aunque, por supuesto, las cosas nunca son del todo sencillas.
Si bien el uso de TM-21 e ignorar cualquier declaración de valor «B» presenta claras ventajas, el problema con TM-21 es que un LED con un alto grado de variación en el mantenimiento del flujo entre muestras se trata igual que un LED con un mantenimiento del flujo muy consistente entre muestras.
Por ello, es conveniente especificar una fuente LED que presente la menor variación posible en el rendimiento de mantenimiento del flujo. Esto puede hacerse de forma coherente y comparable especificando variaciones mínimas observadas en los resultados del ensayo LM-80 (véase la fila de Desv. Típica resaltada en beige en la Figura 2).
En definitiva, consumir más energía de la necesaria para cumplir las normas no es claramente deseable. Establecer una métrica de rendimiento objetivo como L80B10 no solo provoca esto y está sujeto a manipulación, sino que también afecta a la capacidad de comparar luminarias con precisión.
Lawrence Baynham MEng es Director Técnico de INDO Lighting. Sus conclusiones fueron publicadas en el número de noviembre/diciembre de 2017 del ILP Lighting Journal bajo el título «Diminishing Returns» y presentadas en su seminario web «To B50 or not to B50».
[1] TM-21-11 Projecting Long-Term Lumen Maintenance of LED Light Sources – Illuminating Engineering Society of North America (IESNA)
[2] LM-80-08 Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources – IESNA
