La llegada de la iluminación LED ha traído consigo una serie de ventajas frente a las fuentes de iluminación tradicionales, reduciendo el consumo energético y los costes de mantenimiento en numerosos sectores y aplicaciones.
El ahorro energético es fácilmente observable en la práctica y puede compararse entre distintas soluciones de iluminación mediante una simple comparación de potencia o vatios.
El ahorro en mantenimiento, en cambio, suele darse por supuesto. Está claro que los LED pueden durar toda una vida, pero ¿qué más hay que saber? ¿Existen diferencias entre las ofertas del mercado? Y, en caso afirmativo, ¿cuál es la mejor manera de comparar soluciones para minimizar los costes a lo largo de su vida útil?
Estas preguntas adquieren especial relevancia en situaciones donde los costes de mantenimiento son significativos, como en la red del Metro de Londres, donde se ha informado de que el cambio de una sola lámpara sobre una escalera mecánica puede costar más de £1.000[1]. En estos casos, claramente merece la pena hacer un esfuerzo considerable para evitar fallos. El alumbrado público, las vías de tráfico y las aplicaciones de aparcamiento son otros ejemplos donde las ventajas de mantenimiento de los LED resultan de mayor interés que los ahorros energéticos por los que quizás son más conocidos.
Para responder a estas cuestiones, debemos comenzar por examinar las categorías generales de fallos, resumidas en la curva de bañera.
La curva de bañera
La curva de bañera es una representación gráfica de la tasa de fallos de un sistema a lo largo de su vida útil. Muestra tres fases diferenciadas de fallos que, con frecuencia, pueden explicarse por fenómenos físicos relacionados con ese sistema. Desde el punto de vista estadístico, la curva es la suma de varias distribuciones de Weibull, y su forma general resume la tasa de fallos en el tiempo de muchos sistemas: desde circuitos eléctricos o sistemas mecánicos (como automóviles) hasta sistemas biológicos e incluso el ser humano. El perfil de la curva se asemeja a la silueta de una bañera: muestra una probabilidad de fallo relativamente alta al inicio, que se reduce hasta una meseta y vuelve a aumentar hacia el final de la vida útil.
Fallos de infancia
La primera fase presenta una tasa de fallos inicialmente alta que va disminuyendo; se ocupa de los fallos tempranos, denominados fallos de infancia. Estos suelen estar relacionados con problemas inherentes o defectos en el sistema que provocan su fallo en las primeras etapas de su vida útil prevista. Existen numerosos factores que pueden causar fallos tempranos: desde la genética en los sistemas biológicos hasta componentes defectuosos o fallos de fabricación en los productos creados por el ser humano. En términos generales, una vez superada esta fase de fallos de infancia, puede depositarse mayor confianza en el sistema. Con frecuencia se realizan pruebas en fábrica inmediatamente tras la fabricación para identificar las unidades que presentan fallos tempranos y retirarlas de la cadena de suministro antes de que lleguen al cliente.
Fallos aleatorios
La segunda fase de la vida del sistema corresponde a la etapa de funcionamiento normal. La tasa de fallos alcanza una meseta y la probabilidad de fallo de una unidad es independiente del tiempo. Esta es la parte más estable de la vida de un sistema, y la tasa de fallos en este punto define la «fiabilidad» del producto. La fiabilidad es un término estadístico que hace referencia a la probabilidad de que se produzca un fallo aleatorio (es decir, un fallo independiente de todos los demás factores, como la vida útil). Es una medida que no está relacionada con la vida útil y, por tanto, debe considerarse de forma separada al evaluar cualquier tipo de producto. Lo que nos indica la fiabilidad es la frecuencia de sustituciones que cabe esperar durante la etapa de funcionamiento normal. Este tipo de fallos son inevitables y deben tenerse en cuenta en cualquier modelo de coste del ciclo de vida. A pesar de ello, a menudo se pasan por alto, por lo que las averías son una sorpresa cuando se producen. La fiabilidad se mide mediante la tasa de fallos, que indica cuántos fallos aleatorios cabe esperar por cada millón de horas de funcionamiento del dispositivo. Como la fiabilidad se ocupa de fallos aleatorios, siempre que el sistema se encuentre en su fase de funcionamiento normal, la tasa de fallos es aplicable tanto si se desea conocer el número probable de fallos en 100 productos que funcionan durante 10.000 horas como en 10.000 productos que funcionan durante 100 horas. La ingeniería de fiabilidad es una disciplina en sí misma y abarca un conjunto complejo de cálculos y modelos para establecer la fiabilidad de un sistema, basándose en sistemas consolidados como el MIL-HDBK-217F.
Fallos de fin de vida
La última etapa de la vida de un sistema es la fase de fin de vida. Es aquí donde la tasa de fallos comienza a aumentar debido a los efectos de desgaste, y se denomina habitualmente vida esperada o vida nominal del producto. Los efectos de desgaste suelen deberse a componentes específicos del sistema que, por su naturaleza o posición, son propensos al desgaste; muchos componentes, sin embargo, no presentan ningún efecto de desgaste. En electrónica, existen varios componentes clave a considerar en cuanto a efectos de fin de vida, siendo uno de ellos el condensador electrolítico. Estos componentes tienen una vida nominal y se desgastan con el tiempo. En mecánica, un ejemplo sencillo de visualizar son los dientes de un engranaje, que se desgastan con el uso del sistema hasta llegar a un punto en que ya no funcionan correctamente.
La vida esperada de un sistema se calcula habitualmente utilizando las indicaciones del fabricante de los componentes sujetos a desgaste o mediante pruebas de vida acelerada. En dichas pruebas, el sistema se somete a condiciones extremas y se aplica una relación matemática para calcular la vida esperada en condiciones normales a partir de la vida observada en condiciones extremas.
Cómo incorporar esto en un modelo de costes
En iluminación, y en casos donde los costes de sustitución son medios o elevados, generalmente tiene sentido llevar a cabo un mantenimiento reactivo (la sustitución de fallos aleatorios) durante la etapa de funcionamiento normal, y realizar actualizaciones masivas próximas a la «vida esperada» del producto, momento a partir del cual las sustituciones puntuales comenzarán a ser inmanejables.
El coste total del ciclo de vida de un producto o instalación comprende habitualmente los siguientes elementos:
- Coste unitario inicial
- Coste de instalación inicial
- Costes energéticos anuales × vida útil
- Costes CRC anuales × vida útil
- Elemento de mantenimiento reactivo
- Costes de limpieza
- Costes de inspección
- Costes de eliminación
Este coste total debe dividirse por la vida útil de la unidad para obtener un coste anual, que puede compararse como métrica equivalente entre distintas soluciones de iluminación.
Implicaciones en iluminación
De lo anterior se deduce que una forma eficaz de minimizar los costes anuales de una instalación es aumentar la vida útil del producto. Al hacerlo, los costes fijos se distribuyen a lo largo de un mayor número de años de funcionamiento. Como se ha señalado anteriormente, la vida útil de la unidad viene definida por los componentes sujetos a desgaste que, en el caso de los drivers LED tradicionales, suele ser el condensador electrolítico. La vida útil del sistema puede mejorar considerablemente mediante diseños que eviten estos componentes por completo; varios fabricantes de iluminación están avanzando en esta área, como la tecnología Direct Drive® de INDO Lighting.
Los productos con una alta fiabilidad presentarán un elemento de mantenimiento reactivo menor que los productos con baja fiabilidad. La fiabilidad viene definida por la tasa de fallos, y es importante comprender que esto no está relacionado con la vida útil.
Conclusiones
Resulta esencial considerar tanto la vida útil como la fiabilidad para comprender los costes reales del ciclo de vida de una instalación de iluminación. Solo con esta información se puede comparar verdaderamente dos soluciones en igualdad de condiciones, determinando así hasta qué punto el principio de «instalar y olvidar» es realmente válido.
[1] «The one factor driving the adoption of LED lighting on the Tube», http://luxreview.com/article/2015/06/the-one-factor-driving-the-adoption-of-led-lighting-on-the-tube, 26 de junio de 2015
