Introducción

En el diseño de iluminación, garantizar que un emplazamiento cumpla consistentemente con los estándares de iluminancia durante toda su vida útil es más importante que simplemente calcular el brillo inicial de un sistema recién instalado. Sin embargo, con el tiempo, la iluminancia proporcionada por las luminarias disminuye inevitablemente debido a factores como la depreciación lumínica de las fuentes de luz, la acumulación de polvo y la suciedad ambiental. Para cuantificar este fenómeno, introducimos el factor de pérdida lumínica (LLF), un concepto derivado de las normas IESNA.

El factor de mantenimiento (MF) es, en esencia, el mismo concepto que el LLF, diferenciándose únicamente en el marco normativo específico al que pertenece: el MF corresponde a las normas CIE. La definición básica que comparten ambos es idéntica: la relación entre la iluminancia mantenida en una superficie iluminada tras un periodo de uso y la iluminancia inicial (una relación que suele ser inferior a 1). Al incorporar el LLF o el MF, los diseñadores pueden —en la etapa inicial del diseño— asignar un margen suficiente de flujo luminoso (¿Qué es el flujo luminoso de una luminaria LED?) para compensar las pérdidas futuras causadas por la degradación y la contaminación lumínica, asegurando así que el sistema de iluminación cumpla consistentemente con los requisitos mínimos de iluminancia durante todo su ciclo de mantenimiento. A continuación, profundizaremos en el texto principal para obtener más información sobre el LLF, incluidos sus métodos de cálculo y su relación con el MF.

¿Qué es el factor de pérdida lumínica?

En pocas palabras, el factor de pérdida lumínica (LLF, por sus siglas en inglés) se refiere a la reducción del flujo luminoso emitido por una luminaria tras un periodo de uso —normalmente antes de finalizar un ciclo de mantenimiento— debido a diversas causas. Específicamente, el LLF se define como la relación entre la iluminancia media en una superficie tras un periodo de uso y su iluminancia inicial. Se calcula como el producto de varios coeficientes de pérdida independientes, entre los que se incluyen la depreciación del flujo luminoso de la lámpara (LLD), la depreciación por suciedad de la luminaria (LDD) y factores relacionados con el equipo (como el factor de fallo de la lámpara). A diferencia del factor de mantenimiento, el LLF no tiene en cuenta factores como los cambios en la reflectancia de las superficies de la sala. Entre estos componentes, la LLD y la LDD se corresponden con los parámetros definidos en las normas CIE, mientras que el factor de fallo de la lámpara se corresponde con el factor de supervivencia de la lámpara que se encuentra en las normas CIE. Además, las normas IESNA para el cálculo del LLF incorporan parámetros adicionales, como el factor de temperatura ambiente de la luminaria, el factor de tensión de la luminaria y el factor del balasto. Una vez determinados los valores específicos de cada uno de estos parámetros, se puede calcular el valor final del LLF. El objetivo principal de introducir el LLF es permitir a los diseñadores de iluminación aumentar de forma proactiva el flujo luminoso inicial —compensando así la degradación lumínica futura (¿Qué es la degradación lumínica?) durante el funcionamiento— y garantizar que el sistema de iluminación mantenga los niveles de iluminancia requeridos durante todo su ciclo de vida. En el próximo capítulo, analizaremos los diversos factores que influyen en la magnitud del LLF, así como los métodos utilizados para calcularlos.

Determinantes del factor de pérdida lumínica

El factor de pérdida lumínica (LLF) no es un valor fijo, sino el producto de múltiples coeficientes de pérdida independientes que varían con el tiempo. Estos factores influyentes suelen consolidarse en un único multiplicador para su uso en los cálculos de diseño de iluminación (soluciones de diseño de iluminación ZGSM). Una excepción es el factor de equipo (EF), que depende principalmente de la selección inicial del equipo y no de los cambios a lo largo del tiempo. En cuanto a los mecanismos de control, los distintos componentes del LLF se pueden clasificar en tres grupos: los controlados mediante la selección del equipo, como las características de rendimiento inherentes de las luminarias y las fuentes de luz (que se incluyen en el factor de equipo); los controlados mediante programas de mantenimiento, como las operaciones de limpieza periódica y la sustitución de lámparas; y los que escapan al control del propietario, como factores externos tales como las fluctuaciones de la tensión de la red eléctrica y los cambios en las emisiones ambientales. La tarea del diseñador de iluminación consiste en determinar y aplicar un valor de LLF global realista. El factor de pérdida lumínica global se calcula multiplicando todos los coeficientes influyentes independientes. Si una pérdida específica es insignificante (es decir, su coeficiente correspondiente es cercano a 1,0), puede ignorarse; de ​​lo contrario, debe estimarse con base en datos empíricos derivados de instalaciones, equipos y procedimientos de mantenimiento similares. En todos los casos, la depreciación lumínica de la lámpara (LLD) y la depreciación por suciedad de la luminaria (LDD) son los factores mínimos que deben tenerse en cuenta. Si el LLF total calculado es excesivamente bajo (lo que indica un nivel inaceptablemente alto de pérdida de luz), es necesario volver a seleccionar las luminarias o fuentes de luz, o ajustar los protocolos de limpieza y mantenimiento. Por ejemplo: LLF = LLD × LDD × BF (donde todos los coeficientes suelen ser menores que 1,0).

¿Qué es la depreciación del flujo luminoso de las lámparas (LLD)?

La depreciación lumínica de las lámparas (DLL) se refiere al fenómeno por el cual la emisión de luz (lúmenes) de la mayoría de las luminarias disminuye gradualmente a lo largo de su vida útil a medida que se acumula el tiempo de funcionamiento. La DLL se representa típicamente mediante una curva de mantenimiento lumínico, que ilustra el porcentaje de la emisión de luz actual de la luminaria con respecto a su emisión inicial en un punto específico de su vida útil. Para las lámparas HID, las pruebas de vida útil se realizan con ciclos de funcionamiento superiores a 10 horas por encendido y bajo condiciones específicas del balasto; esto se debe a que la duración del funcionamiento es un factor clave que influye en los niveles de flujo luminoso, y las variaciones en el rendimiento del balasto también pueden provocar discrepancias significativas en el flujo luminoso de las lámparas HID. Dado que las tecnologías de iluminación tradicionales representan actualmente una cuota de mercado cada vez menor, no profundizaremos en ellas aquí.

Para las fuentes de luz LED, la tasa de mantenimiento lumínico está influenciada por multitud de factores, como la temperatura de funcionamiento, la corriente de alimentación, los procesos de fabricación y la composición del material. Si un LED se opera a temperaturas (aproximadamente la temperatura de funcionamiento de los LED y el controlador LED) o niveles de corriente que superan las recomendaciones del fabricante, acelerará significativamente la depreciación del lumen y acortará la vida útil nominal, una consecuencia que se hace claramente evidente al proyectar la LLD de una luminaria utilizando la metodología TM-21. La vida útil de mantenimiento del lumen de un LED se suele denotar con la notación Lxx; por ejemplo, L70 representa las horas de funcionamiento acumuladas en las que la salida de luz ha disminuido al 70 % (o un porcentaje especificado) de su valor inicial. Las características de LLD pueden variar significativamente entre diferentes fabricantes, e incluso entre diferentes modelos de LED producidos por el mismo fabricante. Durante la fase de diseño, es esencial seleccionar un valor de LLD apropiado consultando las tablas y curvas proporcionadas por el fabricante, teniendo en cuenta también parámetros operativos específicos, como la duración de cada ciclo de combustión, y las condiciones ambientales predominantes. La tabla siguiente presenta la curva LLD para componentes LED de Osram; Dado que la duración real de la prueba fue de 9000 horas, el valor L70 informado tiene un límite máximo de 54 000 horas (ya que el valor L70 proyectado está limitado a un máximo de seis veces la duración real de la prueba).

¿Qué es la depreciación por suciedad de las luminarias (LDD)?

La depreciación por suciedad de la luminaria (LDD, por sus siglas en inglés) se refiere al fenómeno por el cual el polvo se acumula gradualmente en diversos componentes de una luminaria, incluyendo las superficies internas y externas de la óptica (cubierta de la lente), la superficie interna del reflector y la propia lámpara (fuente de luz), lo que resulta en una reducción adicional de la salida de luz total de la luminaria. Esta reducción se produce independientemente de la depreciación natural del flujo luminoso de la lámpara con el tiempo; en conjunto, estos dos factores determinan el rendimiento a largo plazo de un sistema de iluminación. La magnitud de la LDD depende principalmente de la limpieza del entorno de instalación de la luminaria (clasificada en cinco niveles, desde muy limpio hasta muy sucio) y del programa de limpieza y mantenimiento establecido. Para fuentes de luz tradicionales, no LED, el factor LDD correspondiente se puede determinar consultando curvas de referencia estándar; sin embargo, la norma RP-8-21 (Más información sobre la norma RP-8-21) ofrece una guía limitada para luminarias LED.

Aquí, profundizamos en este tema haciendo referencia a las normas CIE pertinentes. Estas normas reconocen que el diseño estructural de las luminarias LED difiere del de las fuentes de luz tradicionales; por ejemplo, los LED suelen carecer de superficies orientadas hacia arriba y a menudo presentan diseños cerrados, lo que resulta en una menor superficie disponible para la acumulación de suciedad. En consecuencia, el impacto de la DDR es menos significativo para los LED en comparación con las fuentes de luz tradicionales. Según la norma CIE 154:2003 (Exterior), el factor de mantenimiento de la luminaria (LMF) para las luminarias LED debe determinarse considerando exhaustivamente tres factores principales: el grado de protección IP, las condiciones ambientales (categoría de contaminación) y el intervalo de limpieza. Por ejemplo, para una farola LED (farolas LED ZGSM) con un grado de protección IP66, ubicada en un entorno altamente contaminado y sujeta a un ciclo de limpieza de tres años, la consulta de las tablas pertinentes arroja un factor de mantenimiento de la luminaria de 0,83. En cambio, si se consultaran las tablas correspondientes proporcionadas por la IESNA, el coeficiente para este escenario estaría entre 0,55 y 0,75, una discrepancia significativa. Si necesita más ayuda para determinar los valores LDD, póngase en contacto con ZGSM para obtener información adicional.

¿Qué es el factor de quemado de luminarias (LBF)?

La norma IESNA incluye un “Factor de Fallo de Lámpara” (FFL); sin embargo, las descripciones detalladas de este parámetro son escasas. Según nuestra experiencia, reconocemos que este factor es fundamental para calcular el Factor de Mantenimiento (FM). Observamos con frecuencia alumbrado público donde ciertas luminarias han dejado de funcionar o donde fallan chips LED individuales (bombillas), lo que inevitablemente afecta los niveles de brillo e iluminación en la calzada. En estos casos, es necesario reemplazar estas fuentes de luz defectuosas. La norma IESNA simplemente estipula que se deben consultar los datos estadísticos del fabricante sobre las tasas de fallo de lámparas específicas para determinar el FFL adecuado. Además, recomienda que, para aplicaciones críticas y continuas de alumbrado público, el rendimiento de las lámparas se supervise periódicamente —por ejemplo, mediante inspecciones nocturnas o sistemas automatizados de monitorización de luminarias (p. ej., controles inteligentes – Sistema de alumbrado público inteligente)— para facilitar el desarrollo de un programa de reemplazo que mitigue los efectos adversos del FFL lo antes posible.

Por el contrario, la CIE ofrece un tratamiento más detallado de este tema, aunque utilizando una terminología diferente: el “Factor de Supervivencia de la Lámpara” (FSL). El FSL representa la probabilidad de que una fuente de luz o luminaria continúe funcionando durante un período determinado; este factor se puede determinar mediante un análisis de la vida útil de los diversos componentes de la luminaria. Por ejemplo, en una luminaria LED, la probabilidad de que falle un chip LED individual suele ser relativamente baja, mientras que la probabilidad de que falle el controlador LED es comparativamente mayor; por consiguiente, el FSL se suele extrapolar en función de la vida útil prevista del controlador LED. Tomando como ejemplo la fuente de alimentación de la serie EUM DG de Inventronics: cuenta con un tiempo medio entre fallos (MTBF) de 473 000 horas. Mediante los cálculos pertinentes, podemos determinar que las luminarias equipadas con esta fuente de alimentación presentan una tasa de fallos de aproximadamente el 4,6 % después de cinco años de funcionamiento (suponiendo 12 horas de uso diario); basándonos en esta cifra, establecemos un FSL del 95,4 %. Para obtener más información sobre el MTBF y su importancia, consulte nuestra publicación de blog: “Tiempo medio entre fallos de los controladores LED y la importancia del MTBF“.

¿Qué son los factores de equipamiento (EF)?

Los factor de pérdida lumínica no variables en el tiempo están determinados principalmente por las características inherentes del equipo de la propia luminaria. Si bien algunas de estas pérdidas no se pueden corregir, pueden afectar significativamente el flujo luminoso de la luminaria y, en consecuencia, reducir los niveles de iluminancia reales. La norma RP-8-21 clasifica los factor de pérdida lumínica no variables en el tiempo en tres tipos: el factor de temperatura ambiente de la luminaria (LATF), el factor de tensión de la luminaria y el factor de balasto. ZGSM considera que el factor de temperatura ambiente de la luminaria es el más crítico de los tres, ya que la temperatura ambiente ejerce una profunda influencia en la salida de la fuente de luz (farola LED con termistor NTC y protección contra sobretemperatura). El factor de tensión de la luminaria ocupa el segundo lugar en importancia; sin embargo, dado que la gran mayoría de las luminarias convencionales actuales se basan en LED, el factor de balasto generalmente no requiere una consideración adicional.

En cuanto al factor de temperatura ambiente de la luminaria, los profesionales de la industria LED están familiarizados con el informe LM-82, un estándar utilizado para evaluar el rendimiento del flujo luminoso de una luminaria en diversas temperaturas ambiente (Ta). Citando informes de pruebas relevantes de ZGSM como ejemplo, se observó que el flujo luminoso de una luminaria disminuía en un 3 % y un 5 % en condiciones de funcionamiento de Ta +25 °C y Ta +40 °C, respectivamente. Por lo tanto, durante la fase de diseño de iluminación, es esencial definir claramente el rango de temperatura de funcionamiento de la luminaria y seleccionar el parámetro LATF apropiado consultando el informe LM-82 correspondiente. En cuanto al factor de voltaje de la luminaria, las pequeñas fluctuaciones de voltaje dentro de un rango de ±5 % del voltaje nominal de la red eléctrica tienen un impacto insignificante en el flujo luminoso de las luminarias LED; sin embargo, pueden afectar significativamente a las luminarias tradicionales, como las lámparas de sodio de alta presión, que utilizan balastos. Por lo general, si un controlador LED (Más información sobre controladores LED) está diseñado para admitir un amplio rango de voltaje de entrada, la fluctuación resultante en el flujo luminoso será mínima. Sin embargo, existe una excepción: algunas luminarias están diseñadas para un rango de voltaje nominal de 100–277 VCA, pero reducen automáticamente su potencia de salida cuando operan dentro del rango real de 100–180 VCA. Este diseño no carece de ventajas; cuando el voltaje de la red cae significativamente por debajo del voltaje nominal, el circuito del controlador reduce activamente la potencia, una medida que funciona como un mecanismo de protección eléctrica, aunque las opiniones sobre las ventajas de este diseño específico varían en la industria.

¿Cómo se calcula el LSF?

Las normas IESNA establecen que si el impacto de los coeficientes individuales es insignificante, pueden omitirse de los cálculos. Generalmente, para calcular el factor de pérdida lumínica (LLF), se deben multiplicar tres componentes clave: la depreciación lumínica de la lámpara (LLD), la depreciación por suciedad de la luminaria (LDD) y el factor de desgaste de la luminaria (BF). Por ejemplo, si un proyecto emplea una estrategia de reemplazo puntual (más información sobre el mantenimiento del alumbrado público y sus beneficios) mediante la cual se reemplazan las lámparas defectuosas individualmente a medida que se producen, el BF puede ignorarse. En muchas aplicaciones, los clientes desconocen el parámetro LDD —y a veces lo pasan por alto por completo— lo que lleva a muchos a considerar solo el LLD. Sin embargo, en la práctica, implementar el reemplazo puntual puede ser bastante costoso; además, las frecuencias de mantenimiento de las luminarias suelen seguir patrones predecibles. Por lo tanto, ZGSM recomienda que se tengan en cuenta estos tres factores clave.

Primero, el LLD se determina en función de la clasificación L70 de la luminaria LED y su vida útil prevista (¿Cuál es la vida útil de las luces LED?). Por ejemplo, si una luminaria tiene una clasificación L70 de 100 000 horas y, asumiendo un modelo de depreciación lineal, conservaría el 85 % de su flujo luminoso inicial después de 50 000 horas; en este caso, el LLD sería de 0,85. Si la vida útil prevista es de 5 años (funcionando 12 horas al día), el tiempo total de funcionamiento asciende a 21 900 horas, lo que da como resultado un LLD calculado de 0,93. Naturalmente, también se puede obtener el LLD directamente mediante la comparación de las tablas de datos LM-80 y TM-21 —un método recomendado por IESNA— que tiene en cuenta principalmente la temperatura de funcionamiento y la corriente de accionamiento de los LED. A continuación, debemos estimar el LDD en función de las condiciones ambientales, tomando como referencia curvas como “Tasa promedio de depreciación por suciedad vs. Óptica LED”. Sin embargo, estas directrices no ofrecen detalles exhaustivos sobre la metodología específica para determinar el LDD. ZGSM sugiere que, para luminarias que utilizan lentes de PMMA y superficies de vidrio, el LDD después de 5 años de funcionamiento se puede estimar en aproximadamente 0,96 × 0,885 = 0,85. En cuanto al BF, ya hemos calculado el factor de quemado para nuestras fuentes de alimentación convencionales actuales después de 5 años de funcionamiento en una sección anterior; por lo tanto, le asignamos un valor de 0,95. Finalmente, al multiplicar estos valores (es decir, LLF = 0,93 × 0,85 × 0,95), obtenemos un resultado de 0,75. Esto significa que, en el momento objetivo designado, el sistema de iluminación conservará el 75 % de su flujo luminoso inicial.

Soluciones de diseño de iluminación ZGSM

Resumen

El Factor de pérdida lumínica (LLF) y el factor de mantenimiento (MF) son conceptos fundamentalmente idénticos, derivados respectivamente de las normas IESNA y CIE; se definen como la relación entre la iluminancia mantenida y la iluminancia inicial después de un período de uso específico. El LLF se obtiene multiplicando varios coeficientes de pérdida independientes, que se dividen principalmente en tres categorías: depreciación del flujo luminoso de la lámpara (LLD), que es la disminución natural del flujo luminoso de la fuente de luz con el tiempo, y que corresponde al factor de mantenimiento del flujo luminoso de la lámpara (LLMF) en las normas CIE; depreciación por suciedad de la luminaria (LDD), que es la pérdida de salida de luz causada por la acumulación de polvo en las superficies ópticas, cuya magnitud está directamente influenciada por la limpieza del entorno y el programa de limpieza de la luminaria, y que corresponde al factor de mantenimiento de la luminaria (LMF) en las normas CIE; y factor de fallo de la lámpara (BF), que representa la probabilidad de que la fuente de luz o el controlador continúen funcionando normalmente durante un período específico, y que corresponde al factor de supervivencia de la lámpara (LSF) en las normas CIE. Además, IESNA introduce factores de equipo (EF) que no varían con el tiempo, como los factores de temperatura ambiente, los factores de voltaje y los factores de balasto. Para las luminarias LED, se debe prestar especial atención al impacto de la temperatura ambiente en el flujo luminoso (de acuerdo con los informes LM-82). Al calcular el LLF, los valores LLD, LDD y BF se multiplican normalmente. Por ejemplo, si una luminaria LED ha estado en funcionamiento durante cinco años y el LLD es 0,93, el LDD es 0,85 y el LBF es 0,95, entonces el LLF = 0,93 × 0,85 × 0,95 ≈ 0,75; esto significa que el sistema aún es capaz de mantener el 75 % de su flujo luminoso inicial. Si necesita más información sobre LLF y MF, póngase en contacto con nosotros para obtener más detalles. Si su proyecto hace referencia a las normas CIE, consulte el blog – Factor de mantenimiento.

Preguntas Frecuentes

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