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Verdades y mentiras sobre la vida útil de los LED

Cuando se realiza un cálculo de amortización de lámparas LED frente a otras alternativas (típicamente incandescencia o fluorescencia), uno de los parámetros más importantes es la vida útil de las lámparas. Las lámparas LED son, por lo general, más caras que las restantes alternativas, de forma que una parte importante de la justificación de su rentabilidad recae en su mayor vida útil, que se traduce en un gasto inferior por reposiciones y menores gastos de mantenimiento.

La diferencia con el resto de parámetros implicados en la amortización (precio, consumo eléctrico y cantidad de luz proporcionada) es que la vida útil no es directamente medible recién adquirida la lámpara. No tenemos forma de verificar que los datos proporcionados se ajustan a la realidad, por lo cual estamos obligados a confiar en la “buena fe” del fabricante.

Esta entrada, igual que el resto del blog, está escrita de la forma más objetiva posible, de cara a nuestros clientes frente a la compra de lámparas Led o de fluorescencia compacta. Reconociendo las virtudes y defectos de los productos LED, buscamos en el mercado los productos que más se adapten a sus necesidades, tanto en calidad, como durabilidad y como en precios.

También hay que decir que no todos los fabricantes son iguales. Por lo general, los propios comerciales de la marcas de prestigio suelen tener un grado elevado de sinceridad a la hora de expresarte las características de sus productos, aun cuando perjudican a su producto. Sin embargo, otras marcas no tienen el mismo interés en proteger su marca.

¿No se os hace raro, que fabricantes de calidad (Philips, Osram, etc) indiquen en sus lámparas una vida útil inferior a alternativas que cuestan 2 a 3 veces menos, o compradas en el chino? Desconfiamos siempre de las gangas.

Verdades

Los LED forman un encapsulado de plástico que resulta excepcionalmente duradero. Además son altamente resistentes a agentes externos. Un LED correctamente fabricado y en condiciones óptimas de funcionamiento puede alcanzar una vida útil de hasta 100 mil horas.

Además, a diferencia de las lámparas convencionales que tienen unan vida útil tras la cual deja de funcionar (se funden), los LED no presentan, a priori teóricamente, motivos para que se genere un fallo que suponga su apagado total.

Por el contrario, los LED sufren un proceso de degradación progresivo. Es decir, a medida que trascurre el tiempo proporcionan progresivamente una cantidad de luz menor. La vida útil que se suele proporcionar para un LED es el tiempo para el cual la cantidad de luz proporcionada por la lámpara disminuye hasta el 70% de su valor nominal. La relación entre tiempo y degradación no es lineal, siendo la velocidad de degradación mayor a medida que pasa el tiempo.

Así que, de momento por este apartado, punto positivo para el LED.

Lo que no te cuentan

Influencia de la temperaturaVida_util_LEd-barcelona

La temperatura de funcionamiento es uno de los factores más importantes en su vida útil. Tanto la temperatura del ambiente, como la temperatura de la unión (interna del LED) reducen la vida del LED, siendo esta última especialmente crítica. Un incremento de temperatura de la unión de 25ºC provoca que la vida útil de un LED se reduzca de 50.000 a 16.000 horas.

Del 70 al 80% de la energía generada por un LED se convierte en calor, que tiene que ser evacuado por la luminaria. Este es el motivo por el que las luminarias LED disponen de grandes disipadores de calor en la parte trasera. Un correcto diseño del sistema de disipación de calor es fundamental para una buena vida útil de la lámpara.

Influencia de la intensidad

Aumentar la intensidad eléctrica atraviesa el LED también supone una reducción de la vida útil del mismo. Además, aunque aumenta la cantidad de luz emitida, se reduce su eficiencia luminosa, es decir, la cantidad de luz que emite en relación a su consumo eléctrico. Es necesario un correcto diseño de la electrónica de la lámpara, que mantenga la intensidad eléctrica constante y en el valor óptimo requerido por el LED.

Condiciones de funcionamiento

Los valores que se proporcionan para la vida útil y eficiencia de los LED se determinan en las denominadas condiciones de laboratorio, es decir, temperatura constante de 25ºC, en un ambiente limpio, en ausencia completa de vibraciones, factores ambientales, radiación solar. Unas condiciones muy distintas a las que después se verá sometida la lámpara en su régimen de funcionamiento real.

Defectos de fabricación

Elaborar LED requiere materiales semiconductores de alta pureza, similares a los empleados en la industria electrónica. Sin embargo, es imposible disponer de materiales perfectamente puros, siempre existe un pequeño porcentaje de impurezas, que afectan a la vida útil del LED.

A partir de cierto grado de pureza disminuir el porcentaje de inclusiones requiere de instalaciones y procesos de fabricación complejos y caros. Por tanto, es de lógico esperar que un LED barato presente un grado de pureza en sus componentes muy inferior a los de fabricantes de reconocidas y mayor calidad.

Defectos de otros componentes

Un factor muy importante y que suele pasar desapercibido, es la necesidad de que todos componentes de la lámpara, en especial la electrónica que acompaña al LED, sean también de calidad.

La mayoría de los LED que vemos “fundidos” no se deben en realidad a un fallo del propio LED, sino a una avería de la electrónica. En muchos casos es un simple fallo en una de las soldaduras, que debido a las vibraciones o dilataciones terminan rompiéndose. Estas averías no pueden ser reparadas in situ, y obligan a enviar la lámpara a fábrica donde probablemente podrán realizar su reparación.

 

Lámparas con múltiples emisoresGrafica_supervivencia_LED-barcelona

Las lámparas de LED están en realidad formadas por varios LED individuales. Vamos a ver el efecto que esta agrupación tiene en la vida de una lámpara. Voy a mantener el nivel de matemática lo más bajo posible, y evitar usar términos como desviación típica o distribución de Weibull. Así que si a alguno (como a mí) os gusta la estadística, no me mandéis cabezas de caballo lo tengáis en cuenta.

Vamos a coger todos los factores anteriores y sintetizarlos en una simulación de la probabilidad de fallo de un LED respecto del tiempo. Vamos a simular dos experimentos, cada uno formado por 100 LED individuales. Cada LED tendrá una vida promedio 35.000 horas, lo que resulta un valor adecuado, si bien los resultados son extrapolables a cualquier otra vida promedio.

Llevamos los resultados a lo que llamaremos gráfica de supervivencia. Lógicamente, los LED no fallan simultáneamente una vez transcurrida la vida promedio. En realidad fallan aleatoriamente, en valores temporales más o menos concentrados en torno a la vida promedio. La gráfica muestra en el eje Y el porcentaje de LED que han fallado trascurridas la cantidad de horas mostradas en el eje X.

 

Grafica_supervivencia_LED-barcelona-2Lo primero que observamos es que la gráfica roja es más “dura” que la negra. Los LED del experimento rojo aguantan en su mayoría hasta la 35.000 horas, y el fallo de produce en su cercanía. Sin embargo los LED del experimento negro tienen una distribución menos concentrada, apareciendo los primeros fallos antes. A cambio, hay un número que sobrepasan con la vida promedio, de forma que la vida promedio de ambos experimentos es la misma.

Ahora vamos a realizar la simulación de 5 series de experimentos, para lámparas formadas por 1, 3, 5, 10 y 20 LEDS. Hemos adoptado la curva del experimento rojo, porque al ser más “dura” resulta más beneficiosa para LED. En cada serie se simularan 100 lámparas. En la siguiente gráfica se muestra el tiempo hasta la ocurrencia del primer fallo.

Se observa que la vida útil de la lámpara se reduce a medida que aumenta el número de LED que la integran. Esto es debido a que, como se ha comentado, no todos los emisores fallan simultáneamente, si no que presentan una probabilidad de fallo en torno a la vida promedio.

El efecto de esta reducción es mucho mayor cuanto mayor es la dispersión de los fallos del LED, es decir, cuanto más “blanda” sea la gráfica de supervivencia de los LED individuales. Esto es debido a que, como hemos visto, en una gráfica menos concentrada es más probable que se produzcan fallos a tiempos muy inferiores a la vida promedio.

Bien, tanta grafiquita y tantas matemáticas para justificar una realidad sencilla y evidente. En una agrupación de varios emisores de luz el tiempo hasta el fallo del primero de ellos es sustancialmente inferior a la vida promedio.

Ahora la pregunta es ¿Cuántos LED tienen que fundirse en una lámpara antes de considerar que es necesario su sustitución? ¿Uno, dos…? ¿Un 10% de los que forman la lámpara? La respuesta depende de cada usuario pero, personalmente, para mí no es aceptable ningún LED fundido.

 

Conclusión

Que un fabricante diga que su LED dura una vida útil de 30.000 horas, sólo proporciona una parte de la información. No está dando información sobre la dispersión de la distribución, ni sobre la influencia del resto de componentes y factores. Además es un valor obtenido en condiciones de laboratorio, con temperatura controlada, en ausencia de vibraciones, etc.

Ahora coge este LED, ponlo en una lámpara en la calle, con vehículos pasando, lluvia, radiación solar, dilataciones y contracciones causados por los cambios de temperatura (por ejemplo entre día y noche), junto a la probabilidad de fallo de otros componentes (electrónica y soldaduras) y al hecho de que las lámparas están formadas por varios emisores, y a ver a lo que queda reducida esa vida promedio.

Algo sencillo de entender, que por lo visto no debían saber los que se han sustituido todas las lámparas del alumbrado semafórico, argumentando mejoras en la eficiencia energética y ahorros en los costes de mantenimiento, y menos de dos años después la mitad de los semáforos tienen uno o varios LED apagados.

 

semaforo_led-barcelona

Otro ejemplo que os puedo contar de primera mano ocurrió en cierto municipio en que se sustituyeron varias luminarias de vapor de sodio (altísima eficiencia) por luminarias LED de muy bajo precio, entre 2 y 3 veces inferior a la competencia. El fabricante aseguraba que montaba un LED de alta calidad fabricado en EEUU, pero una simple búsqueda en Internet mostraba indicios de que ese fabricante estaba comercializando un producto chino al que rascaban el nombre y ponían encima un etiqueta con su logotipo. Pese a haber aconsejado al cliente en contra, el comercial de la marca debía ser excelente en su labor, porque convenció al municipio para montar sus luminarias. Al cabo de menos de un año las luminarias estaban fundidas y el ayuntamiento tenía quejas de que los niveles de iluminación eran muy inferiores a los que se disponía con anterioridad, lo que suponía ausencia de confort visual. Huelga decir que no cumplían con la normativa ni de remotamente. Esto es lo que pasa cuando se hacen las cosas mal y te saltas la prescripción de quien te aconseja correctamente.

 

La solución a estos casos es, en realidad, bien sencilla. Exigir garantía al fabricante. Si está tan seguro de su producto como para emplear esos valores en un estudio de amortización, que te ofrezca una garantía que cubra al menos el 80% de la vida útil. Después de todo, él mejor que nadie sabe la calidad de su producto y proceso de fabricación. ¿Por qué tienes que jugarte tu el dinero en una incertidumbre que es en realidad responsabilidad del fabricante, y que él conoce mucho mejor que tú?

Mi consejo es que al hacer un estudio de amortización de LED, computéis su vida útil como la garantía ofrecida por el fabricante, y de esta forma evitaréis sorpresas desagradables. Y, como siempre, desconfiar de las gangas.

 

 http://www.luisllamas.es/

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