Halltech comparte con los lectores de smartLIGHTING un análisis sobre iluminación LED Industrial en particular plantea los dos puntos siguientes:
1.- La vida de una luminaria LED industrial: Cómo se estima, cuáles son las reglas actuales y lo que debería creerse de las “vidas” anunciadas.
2.- Los costes que deben tenerse en cuenta al evaluar la iluminación LED industrial.
La vida de la iluminación tradicional
Históricamente, la vida útil de muchos tipos de iluminación ha sido fácil de entender. Una bombilla incandescente, básicamente, mantiene su nivel de iluminación (en realidad se reduce, pero no de forma apreciable) hasta el momento en que se funde el filamento y la luz se apaga.
El tiempo que transcurre hasta este punto ha sido objeto de muchos años de investigación. En la década de 1920 las bombillas incandescentes duraban 2.500 horas pero, como resultado de un acuerdo entre los miembros del cártel Phoebus, esta vida se redujo gradualmente a 1.000 horas con el fin de garantizar la continuidad de las ventas de bombillas (pero eso es otra historia…).
La vida de los LED es diferente
Los LED de alta calidad en luminarias de alta calidad normalmente no «mueren», pero el nivel de luz (lúmenes) decae gradualmente. La velocidad a la que decae está influenciada por la corriente que pasa a través de ellos y, especialmente, por la temperatura de las carcasas de los LED. Generalmente se acepta que la vida útil de una luminaria LED acaba cuando la generación de luz se ha reducido a un 70% del nivel original.
Hablaremos más sobre este tema más adelante.
Los LED de baja calidad – e incluso los de alta calidad montados en luminarias de baja calidad – se apagan. Todos hemos visto semáforos en España con hileras enteras de LED que se han fundido (normalmente porque hay bastantes conectados en serie, y uno se ha falladlo “abierto”). Esto se debe a que los semáforos fueron una de las primeras aplicaciones no residenciales para los LED y muchos han llegado al final de su vida útil mucho antes de las 50.000 o 100.000 horas anunciadas. Pronto empezaremos a ver problemas similares en el alumbrado público de las calles – que era la siguiente aplicación masiva para los LED.
Estos fallos son debidos a un mal diseño de estas luminarias en uno o varios aspectos críticos y/o a la falta de un proceso de producción robusto y bien controlado:
a.) La estabilidad del controlador electrónico que debe ser capaz de mantener constante el voltaje y la intensidad eléctrica a través del LED, sin afectarle las variaciones transitorias del suministro eléctrico, ni los cambios de temperatura ambiental.
b.) El control térmico de los LED. Esto se ve influenciado por las características del elemento LED individual, la adecuada conductividad térmica entre el LED y el disipador de calor, la efectividad del disipador en sí y el porcentaje de la corriente máxima a través del LED que éste utiliza realmente durante su funcionamiento.
c.) La calidad de diseño y fabricación de los circuitos impresos. En aplicaciones no residenciales, los LED sufren vibraciones, impactos, temperaturas extremas y están sujetos a la humedad (lluvia o procesos de lavado). Los circuitos que no están bien protegidos de todas estas agresiones (y todos los miles de pequeños puntos de soldadura que no estén bien controlados) son propensos a los fallos.
d.) El diseño de la carcasa y su sellado. Un adecuado diseño y una cuidada producción (y prueba) de ambos pueden proteger los LED y los delicados componentes electrónicos de la humedad y consecuente condensación, etc.
e.) Conexiones – Unos altos niveles de control de proceso permiten garantizar que las conexiones soldadas pueden sobrevivir a años de vibraciones, etc. sin fallo alguno. Sofisticados sistemas de control óptico automático pueden controlar más que 90.000 componentes eléctricos (y sus conexiones) por hora.
f.) La pintura u otro sistema de protección anti-corrosión: Pueden tener un alto impacto en la vida útil de la luminaria, especialmente en ambientes corrosivos internos o externos (aplicaciones marinas).
g.) Una prueba de producción.
Si una luminaria está bien diseñada y fabricada y con los mencionados aspectos críticos resueltos, se puede empezar a estimar la vida útil efectiva del LED en la luminaria mediante los informes LM79, LM80 y TM21:
LM79 – Datos sobre una determinada luminaria
Un informe LM79 de una luminaria incluye detalles de la intensidad lumínica, patrón de luz, temperatura de color (CCT), índice de reproducción cromática (CRI), detalles de la corriente máxima de los LED y, muy importante, la temperatura máxima de la carcasa de los LED en la luminaria bajo condiciones controladas.
Imagen 4 – Ejemplo de parte de un informe LM79
LM80 – Datos del propio fabricante de las unidades LED productoras de luz (CREE, Lumileds/Philips, Nichia, etc.)
Los fabricantes de los LED ponen a prueba una serie de unidades LED (normalmente >20) a temperaturas de la carcasa del LED de 55ºC, 85ºC y una tercera temperatura a discreción del fabricante. Esto se repite a diferentes niveles de corriente y a la tensión de funcionamiento especificada para el LED. Las temperaturas en la carcasa se obtienen mediante una combinación de la corriente real aplicada y el control de la temperatura ambiente.
La prueba se realiza durante un mínimo de 6.000 horas, aunque actualmente la mayoría de los principales proveedores pueden hacerlo de 10.000 horas.
La emisión de luz de los LED y, opcionalmente, de otros criterios como la temperatura de color, se ponen a prueba cada 1.000 horas y a continuación se normalizan los resultados: Cada una de las unidades LED se toman como 100% en el instante inicial. Entonces, se promedian los distintos resultados obteniendo tres gráficos que muestran la pérdida de emisión de luz a las tres distintas temperaturas de la carcasa durante el período de prueba (con otros series de gráficos para otros niveles de corriente).
TM21 – Extrapolación de la vida del LED según LM80 en las condiciones en la luminaria medidos en el informe LM79
El informe TM21 es básicamente un archivo de Excel en el que se introduce datos y detalles de los informes anteriores LM79 y LM80. El TM21 toma los datos de corriente y temperatura del LM79 (prueba del LED en su luminaria) y extrapola los resultados de la prueba LM80 (ajustado a la temperatura real indicada en el LM79) para un período de tiempo mucho más largo.
En el ejemplo mostrado en la figura el test LM80 de un LED Nichia se realizó a 700 mA y temperaturas de 55ºC, 85ºC y 105ºC y el mismo LED en una aplicación de luminaria Dialight se midió a 530mA y 54,8ºC en el test LM79 correspondiente.
El TM21 ajusta la degradación en la luz del LED asociada a la temperatura usando la fórmula de Arrhenius y extrapolando a continuación los resultados a un período más prolongado.
Según las normas actuales, sólo es aceptable extrapolar hasta 6 veces las horas de ensayo LM80 así, en el caso que se muestra en la figura que era de 10.000 horas, las calculadas para L70 son 289.000 horas, pero las L70 reportadas son solamente >60.000 horas.
Hay que ser cauteloso y valorar que las horas L70 indicadas en las publicaciones sobre iluminación son sólo una indicación de la vida útil L70 prevista de la unidad LED emisora de luz a los valores medidos en el test LM79.
Estas horas no son necesariamente una indicación de la vida real de la luminaria que puede ser afectada por muchas otras variables en su uso en la vida real: Al margen de los diversos tipos de fallos y de los otros parámetros ya mencionados que influyen en la vida del LED, factores como el oscurecimiento gradual de las pantallas reflectoras dentro de la carcasa, la opacidad de las lentes Fresnel, de policarbonato o paneles de vidrio templado, pueden reducir el flujo luminoso.
Para poder evaluar y comparar la calidad y la vida potencial de las luminarias de diferentes fabricantes es útil solicitar los informes LM79, LM80 y TM21 específicos y es absolutamente crítico exigir periodos de garantía extendida, mirando con lupa la letra pequeña de estas garantías.
Si va a hacerse una inversión importante, pruebas de las luminarias por un período prolongado en el entorno más riguroso (vibraciones, lavado regular, períodos extendidos de uso, de conmutación o de regulación frecuentes, etc.) o conversaciones con otros usuarios existentes en su sector pueden hacer mucho más fácil una decisión de compra de por sí complicada.
En el siguiente apartado se describen los diferentes aspectos que deben ser considerados en la estimación del ROI ordinaria y a largo plazo.
El ahorro real de costes posible con la iluminación LED en aplicaciones industriales
El coste anual de la iluminación en aplicaciones industriales puede ser definido como la suma de los siguientes apartados:
1.- El coste de la electricidad para alimentar la luminaria
2.- El coste de mantenimiento:
- Las piezas de repuesto (bombillas, etc.)
- Personal de mantenimiento
- Compra o alquiler de plataformas elevadoras (en el caso de luminarias en naves altas)
- Posible tiempo de inactividad (y perdida de producción) – si no se planifica el mantenimiento adecuadamente.
- En climas cálidos, el coste adicional de aire acondicionado para eliminar el calor creado por la luminaria.
- Depreciación: El coste de cada luminaria individual completa dividido por sus años reales de vida (no sólo la vida útil declarada por muchos fabricantes)
Para cada sector y empresa en particular, los costes reales de cada uno de los apartados anteriores variarán al igual que su prioridad. Por ejemplo, una empresa que pretenda una reducción inmediata de los costes a corto plazo puede invertir en iluminación LED de bajo consumo y bajo precio que podría ofrecer, en teoría, un impresionante ROI a corto (La reducción del consumo de energía por sí sola cubre la inversión en uno o dos años). En el otro extremo estaría una empresa dispuesta a hacer una inversión inicial más elevada, para un ahorro anual garantizado durante muchos años. En este segundo ejemplo, el retorno de la inversión (ROI) puede ser tan corto como en el primer caso aunque, probablemente, sólo si se consideran todos los costos citados al principio …
Si ahora analizamos brevemente cada uno de los costos anteriores, encontramos que, incluso los que parecen simples, tienen algunas complicaciones ocultas:
El coste de la electricidad para alimentar la luminaria
En España, como en la mayoría de otros países, el coste de la electricidad para la industria es un tema complicado y, por desgracia, las reglas pueden cambiar sin aviso previo dependiendo de los caprichos de nuestros políticos.
Actualmente en España la parte variable del coste de la electricidad (el precio por kW-hora) varía dependiendo de la hora del día, el día de la semana y la semana del año. Además, una parte significativa del coste global de la electricidad es fijo, dependiendo del pico total de kW contratado.
El cambio a LED de iluminación de menor consumo tiene, obviamente, un efecto directo sobre la parte variable de los costes de la electricidad pero, además, para industrias en las que la iluminación representa un alto porcentaje de los costos de electricidad de la empresa, a menudo puede haber un ahorro muy sustancial en la parte fija de los costes por la posibilidad de reducir el nivel contratado de demanda pi
stosignifica que en las industrias donde un alto porcentaje de los costos totales de electricidad son para la iluminación será posible reducir sustancialmente el coste eléctrico fijo por el uso de una iluminación con menos consumo.
El costo de mantenimiento
A menos que la empresa subcontrate el mantenimiento, con frecuencia es más bien difícil analizar los costes de mantenimiento atribuibles a cada categoría específica, como la iluminación.
Algunas empresas cuentan con sistemas sofisticados que pueden identificar cada pieza de recambio (bombillas, etc.), registros de dedicación de horas de personal de mantenimiento, utilización de elementos adicionales tales como el alquiler de plataformas de acceso, etc. y, tal vez, también elaborar un plan de mantenimiento concentrado en los periodos de parada para no interferir con la producción. Esto puede implicar que las luminarias que han fallado no son realmente reparadas hasta que llega el período de mantenimiento planificado con la consiguiente pérdida de calidad de la iluminación en la zona afectada durante un periodo más o menos largo.
En aplicaciones de iluminación con lámparas de vapor de sodio a alta presión (HPS) instaladas a gran altura, no es raro que el jefe de mantenimiento espere a que un cierto número de unidades hayan fallado antes de decidir (o verse obligado a decidir…) el contratar la necesario plataforma de acceso para llevar a cabo estas tareas de mantenimiento.
El coste extra de aire acondicionado
Al llevar a cabo un análisis de retorno de la inversión (ROI) para justificar el cambio a la iluminación LED en un país mayormente cálido como es España, no debe ser obviada la menor generación de calor de la iluminación LED en comparación con otros sistemas de iluminación.
La reducción en el calentamiento por la luminaria tiene un efecto directo en los requerimientos energéticos del aire acondicionado en una instalación de producción.
El coste de la luminaria, dividido por sus años de vida
Como se comentó anteriormente, la vida de las luminarias LED depende en gran medida del diseño adecuado del conjunto de la luminaria completa, no sólo en el LED generador de luz, y en la fiabilidad de los procesos de producción utilizados en su fabricación.
Ante la actual falta de legislación europea para controlar las afirmaciones hechas por algunos fabricantes (y muchos proveedores), se recomienda encarecidamente que los responsables de los potenciales proyectos de iluminación industrial tengan en cuenta los siguiente pasos:
- Solicitar a los proveedores el informe LM79 (test de la corriente y temperatura actual del LED cuando está instalado en la luminaria en condiciones estándar) y el informe LM80 (test del emisor de luz LED a diferentes temperaturas) y el TM21 (dentro de ciertos límites, el período extrapolado antes de que la emisión de luz del LED a la temperatura establecida en el LM79 caiga hasta un cierto nivel).
- Pedir a los proveedores detalles sobre sus períodos y condiciones de garantía. Obviamente, un periodo de garantía largo no implica necesariamente que el producto vaya a durar tanto tiempo, pero al menos el cliente puede reclamar el reemplazo del producto por parte del proveedor dentro de este plazo – y indica cierta confianza por parte del fabricante..
- Instalar la iluminación en zonas particularmente exigentes (alta temperatura lavado regular, niveles altos de vibración, etc.) para comprobar las afirmaciones del proveedor antes de hacer inversiones más sustanciales.
- Pedir contactos en clientes farmacéuticos actuales para comprobar sus experiencias.
Por Richard Hall
HallTech (Representante de Dialight en España y Portugal)
Más información: www.dialight-iberica.com
http://www.dialight.com/
Agradecimientos:
- Eric Richman, Pacific Northwest National Laboratory, Departamento de Energía de EE.UU.: Understanding LM79, LM80 and TM21 data
- Stuart Head, Gerente de Soporte Técnico, Dialight Reino Unido: Training notes for LED industrial and ATEX lighting
- ETAP Iluminación: Dossier LED
- Dietmar Zembrot, President LightingEurope: The European Lighting Industry at a Crossroad
- McKinsey & Company, Inc.:Lighting the way: Perspectives on global lighting market
- Departamento de Energía de EE.UU.: lightingfacts.com
Acerca de Halltech
HallTech es una organización de ventas que representa a empresas internacionales líderes globales cuidadosamente seleccionados con las que actua en modo partnership para ofrecer a sus clientes las mejores soluciones. Ubicada en España con presencia en todo el país, su oferta se dirige a los mercados farmacéuticos, biotecnología, salud, industrias de alimentos, lácteos y bebidas. También en escala laboratorio y piloto de desarrollo, el apoyo a universidades y centros de I + D.
La compañia estáa actualmente lanzando una gama de luminarias industriales y, especialmente, ATEX en España y Portugal. Se trata de la marca Dialight – ya líder en algunas aplicaciones como farmacéutica, tratamiento de aguas, química, etc. en EE.UU y Reino Unido. Se trata de luminarias LED de alto rendimiento (hasta 140 lm/W) para naves altas y bajas. Versiones hasta 60.000 lumenes. Ofrecen las garantias más extendidas del nercado: 5, 7 y 10 años según modelo. Temperatura ambiente desde -40 deg.C hasta +65 deg.C. Versiones ATEX.
Halltech estará presente en la feria Farma Forum demostrando sus soluciones en Madrid los días 2 y 3 de marzo.
