Introducción

El programa Energy Star de EE. UU. ha desarrollado las calculadoras TM-21 y TM-28 —basadas en las normas TM-21-2011 y TM-28-2014 publicadas por la IES— para ayudar a la industria LED a predecir la vida útil de módulos y luminarias LED utilizando datos de pruebas LM-80 y LM-84. Dado que ambas normas fueron desarrolladas por la IES, a los fabricantes de productos LED les basta con utilizar las herramientas de cálculo proporcionadas por dicho organismo normativo para evitar malentendidos sobre los métodos de cálculo en el sector, garantizando al mismo tiempo que las predicciones de vida útil de los LED sean más precisas y comparables entre sí. TM-21 y LM-80 son métodos bien establecidos en la industria para evaluar la depreciación del flujo luminoso de los LED; este método de cálculo se basa principalmente en los informes de pruebas LM-80 emitidos por los fabricantes de LED o de módulos LED. Al introducir los datos pertinentes de los informes LM-80 e ISTMT en la hoja de cálculo TM-21, es posible determinar el parámetro L70 u otros parámetros de vida útil de los LED Lxx. Por otro lado, el TM-28 utiliza el informe de prueba de degradación lumínica (¿Qué es la degradación lumínica?) para la luminaria completa (el informe LM-84) como base para el cálculo; este es el tema central del presente artículo, cuya explicación detallada desarrollaremos a continuación.

Fundamento teórico de dos métodos para calcular la vida útil de los LED

La norma TM-21 se basa en el modelo de envejecimiento térmico acelerado de Arrhenius, cuya premisa fundamental es que la tasa de depreciación del flujo luminoso de un chip LED está determinada por su temperatura de unión y es relativamente independiente de los demás componentes de la luminaria. El procedimiento implica medir el mantenimiento del flujo luminoso del chip LED durante un mínimo de 6.000 horas a temperaturas específicas (típicamente 55 °C, 85 °C, 105 °C, etc.) de conformidad con la norma LM-80. A partir de estos datos, y combinándolos con las temperaturas de funcionamiento del LED (Ts y Tj) y la corriente de operación obtenidas de los informes de ensayo ISTMT o LM-98-24, se calcula la vida útil de los LED L70 utilizando la fórmula de extrapolación de decaimiento exponencial de la norma TM-21.

Por otro lado, el TM-28 adopta un enfoque de prueba a nivel de sistema, reconociendo que la disminución de la salida de luz de una luminaria completa no se atribuye únicamente a los chips LED, sino que también está influenciada por varios factores, como el controlador LED (Más información sobre el controlador LED), las lentes ópticas y la estructura de gestión térmica. La norma fundamental es la LM-84, que mide directamente la curva de depreciación del flujo luminoso de la luminaria completa en condiciones reales de funcionamiento y, posteriormente, calcula la vida útil de los LED mediante la calculadora TM-28. Además, la TM-28 permite un enfoque de «extrapolación híbrida»: si la duración real de la prueba de la luminaria completa es inferior a 6.000 horas, se pueden utilizar los datos LM-80 y TM-21 de los LED para facilitar la extrapolación. Este método refleja con mayor fidelidad los escenarios de uso reales, aunque el ciclo de pruebas y los costes asociados son considerablemente más elevados.

Sujeto de prueba y fuente de datos de dos métodos

La prueba TM21 se aplica a chips LED, módulos encapsulados o matrices (a nivel de componente). Las fuentes de datos constan de tres partes: en primer lugar, los informes de prueba LM-80 suministrados por los fabricantes de chips LED, que suelen incluir curvas de degradación que abarcan miles de horas a al menos un punto de temperatura (idealmente tres); en segundo lugar, los informes ISTMT (medición de temperatura in situ) elaborados por el solicitante, que documentan la temperatura de funcionamiento real de los chips LED (temperatura de trabajo de los LED y del controlador LED) dentro del producto; y, en tercer lugar, el informe ISTMT debe incluir un diagrama esquemático o una fotografía que muestre la ubicación del punto de medición de temperatura (TMP).

La prueba TM-28 se aplica a luminarias completas (productos terminados). Sus datos fundamentales provienen del informe de la prueba LM-84, el cual debe documentar las variaciones en el flujo luminoso de la luminaria completa tras un mínimo de 6.000 horas de funcionamiento continuo en un entorno de laboratorio. Si se opta por el método de extrapolación híbrida, también es necesario presentar el informe LM-80 de los chips LED y la hoja de cálculo TM-21 de ENERGY STAR. A diferencia del método TM-21, la norma TM-28 no exige la presentación por separado de fotografías de ISTMT o TMP, ya que las mediciones reales de la luminaria completa ya tienen en cuenta todos los efectos térmicos.

Ventajas, desventajas y aplicaciones de dos métodos

Las principales ventajas de la norma TM-21 radican en su bajo coste y en la rapidez del proceso. Las pruebas ISTMT suelen durar apenas unos días y los fabricantes de chips LED suministran gratuitamente los datos LM-80, por lo que la estimación de la vida útil de los LED requiere aproximadamente una semana. El inconveniente de este método es su dependencia de datos externos, además de la existencia de errores teóricos en la extrapolación de la temperatura. Dado que este método mide la temperatura en el punto Ts, las variaciones en la ubicación de dicho punto pueden dar lugar a errores en los resultados de la medición térmica. Además, debido a que los diferentes chips LED (Más información sobre los chips LED) están colocados de forma diferente dentro de la estructura de la luminaria, la disipación de calor puede variar ligeramente. Todos estos factores provocan que los resultados extrapolados mediante TM-21 difieran de la vida útil real de la luminaria en su conjunto. La norma TM-21 resulta especialmente adecuada para chips LED de fabricantes líderes como Lumileds, Cree, Nichia y Osram, ya que ofrecen productos con diseños térmicos consolidados y pueden facilitar informes de pruebas LM-80 certificados.

La mayor ventaja del TM-28 es su autenticidad e independencia. Las pruebas reales de toda la luminaria no están limitadas por los datos del fabricante de LED y pueden reflejar el comportamiento integral de envejecimiento de todos los componentes, incluido el controlador, la óptica y la disipación de calor (comprensión de los factores que se refieren a la eficacia luminosa). Es particularmente adecuado para diseños de disipación de calor no estándar o soluciones LED de marca blanca. Las desventajas son igualmente evidentes: una prueba LM-84 durante 6.000 horas lleva aproximadamente 250 días, y los costos de alquiler de laboratorio y pruebas son mucho más altos que los de las pruebas ISTMT. Aunque un enfoque de extrapolación híbrida puede acortar parte del tiempo real de prueba, la validación cruzada de los datos es compleja. TM-28 es más adecuado para productos de alta gama, luminarias personalizadas o escenarios donde los chips LED carecen de datos confiables del LM-80. Por supuesto, para algunos proyectos municipales estrictos, este método produce resultados de vida útil de los LED relativamente más confiables porque tiene en cuenta una gama más amplia de factores.

¿Cómo utilizar la calculadora TM-21 o TM-28 para predecir la vida útil de los LED?

En la industria de la iluminación, las calculadoras TM-21 y TM-28 son herramientas profesionales utilizadas para estimar la vida útil de las luminarias LED. En términos sencillos, su función principal es estimar la depreciación del flujo luminoso (lúmenes) de los componentes LED o de las luminarias (como las luces LED de ZGSM) a largo plazo, basándose en datos de pruebas LM-80 o informes de pruebas LM-84. Tomando como ejemplo la norma TM-21, el proceso de estimación de la vida útil de los LED se divide principalmente en tres pasos: primero, obtener los datos de la prueba LM-80; segundo, determinar la temperatura de funcionamiento de la luminaria (Ts o TMPLED) y la corriente de alimentación; tercero, introducir los datos de la prueba LM-80, junto con la temperatura de funcionamiento y la corriente de la luminaria, en la hoja de cálculo TM-21. Finalmente, es posible obtener la curva de depreciación del flujo luminoso de la luminaria y, con ello, determinar su vida útil proyectada o declarada (es decir, el porcentaje de emisión de luz en un momento específico). En el caso de la TM-28, el método de estimación es similar al de la TM-21, pero utiliza directamente el informe completo de la prueba LM-84 de la luminaria. Dicho informe ya incluye la curva de degradación lumínica (medida a lo largo de 6.000 horas) para la luminaria a temperaturas y corrientes específicas; así, la TM-28 puede extrapolar directamente los datos del LM-84 para determinar la vida útil de la luminaria LED. A continuación, se presenta una lista de los documentos requeridos para ambos métodos.

Vida útil	Método TM-21	Método TM-28
	LM-80	LM-84
	ISTMT TMPLED (Vista del punto de medición in situ – Ts)	Calculadora TM-28
	Calculadora TM-21	Métodos TM-21 (ISTMT y LM-80)

Como se muestra en la siguiente figura, la imagen de la izquierda presenta la calculadora TM-21 y la de la derecha, la calculadora TM-28. En el caso de la TM-21, es posible introducir en la calculadora el porcentaje de mantenimiento del flujo luminoso de los chips LED bajo diferentes condiciones de Ts (típicamente tres temperaturas) y las temperaturas Ts indicadas en el informe ISTMT; para la TM-28, se deben introducir los resultados de las pruebas de la luminaria a distintas temperaturas ambiente —incluyendo la temperatura Ts (denominada aquí temperatura ambiente de prueba) y el porcentaje de mantenimiento del flujo luminoso—. Al introducir en la calculadora la temperatura de funcionamiento real de la luminaria (según el informe ISTMT), esta puede utilizar la curva de depreciación del flujo luminoso ajustada mediante el método TM-21 o TM-28 para estimar la vida útil de los LED.

¿Cuál se utiliza principalmente para calcular la vida útil de los LED: TM-21 o TM-28?

La norma TM-21 es la más utilizada en la industria para estimar la vida útil de los LED; la TM-28 se selecciona únicamente para aplicaciones con requisitos estrictos de rendimiento del producto. Aunque la TM-28 ofrece un reflejo más preciso de la degradación general de toda la luminaria, también presenta limitaciones significativas. La TM-21 se basa en informes estándar de depreciación del flujo luminoso de los módulos (según LM-80), combinados con datos de medición de temperatura ISTMT, para realizar proyecciones de vida útil. No requiere pruebas de envejecimiento prolongadas en luminarias terminadas, lo que resulta en costes de ensayo bajos y ciclos breves. La gran mayoría de los nuevos proyectos de desarrollo de productos de iluminación general y las certificaciones estándar de eficiencia energética en Norteamérica adoptan este enfoque. Por el contrario, la TM-28 —introducida en 2016— exige pruebas de envejecimiento a largo plazo según la norma LM-84 en la luminaria completa. Debido a los elevados costes y a la larga duración de estas pruebas, su uso solo es obligatorio en escenarios específicos, como los proyectos de iluminación comercial de alta gama de la DLC, los proyectos de alumbrado público (soluciones de alumbrado público de ZGSM) y las revisiones de luminarias de Amazon en EE. UU.; en la última década, su tasa de adopción general ha sido muy inferior a la de la TM-21. Incluso si las normas LM-84 y TM-28 llegaran a sustituir por completo a las LM-80 y TM-21, no se podrían evitar sus defectos inherentes; concretamente, la discrepancia entre las condiciones de prueba y los entornos operativos reales es un problema común a ambos conjuntos de métodos de cálculo. En las pruebas estándar, los LED funcionan de forma continua durante 24 horas bajo condiciones constantes de temperatura, humedad y corriente de alimentación en un entorno controlado; sin embargo, en condiciones reales de uso, las luminarias no funcionan de manera continua durante 24 horas, y la temperatura, la humedad y la corriente no permanecen estáticas. La cuestión clave radica en determinar en qué medida estas diferencias operativas afectan a las estimaciones de vida útil de los LED, si bien la investigación pertinente sobre este tema sigue siendo limitada.

Soluciones de iluminación LED de ZGSM

Resumen

Este artículo compara sistemáticamente las dos normas principales en el ámbito de la evaluación de la vida útil de la iluminación LED —TM-21 y TM-28— analizándolas desde cinco dimensiones: fundamentos teóricos, objetos de prueba y fuentes de datos, ventajas, desventajas y escenarios de aplicación, métodos de uso de herramientas de cálculo y el estado actual de las aplicaciones en la industria. La norma TM-21 se basa en el modelo de aceleración térmica de Arrhenius. Utiliza chips o módulos LED como objetos de prueba y se fundamenta en informes LM-80 y datos de medición de temperatura in situ (ISTMT) para estimar la vida útil mediante extrapolación exponencial. Ofrece ventajas significativas, como un bajo coste y un ciclo de pruebas breve (aproximadamente una semana), lo que la convierte en la solución preferida para la investigación y desarrollo (I+D) de la mayoría de los nuevos productos de iluminación general y para la certificación de eficiencia energética en Norteamérica. Sin embargo, sus inconvenientes son igualmente evidentes: depende de datos de fabricantes externos de chips LED, y las variaciones en la ubicación de los puntos de medición de temperatura (puntos Ts), así como las diferencias en la disipación de calor según la posición del chip dentro de la luminaria, pueden provocar que los resultados estimados difieran de la vida útil real de la luminaria completa.

Por otro lado, la norma TM-28 evalúa la luminaria completa y estima la vida útil de los LED basándose en el informe de envejecimiento a largo plazo LM-84 de toda la luminaria. Refleja de manera integral el comportamiento de degradación de todos los componentes —incluidos el controlador (driver), la lente óptica (lente y distribución de la luz) y la estructura de disipación de calor— y arroja resultados que se asemejan más a los escenarios de uso reales. Resulta especialmente adecuada para diseños de disipación de calor no estándar o soluciones con chips LED de marca blanca. No obstante, las pruebas LM-84 requieren aproximadamente 250 días y son considerablemente más costosas que las pruebas TM-21; por ello, solo se exigen en escenarios como la I+D de productos de alto rendimiento, la iluminación comercial de gama alta bajo el programa DLC y las revisiones de luminarias de Amazon en EE. UU. En la práctica, la norma TM-21 ocupa una posición de dominio absoluto, mientras que la TM-28 se utiliza con mucha menos frecuencia. Cabe destacar que ambas normas comparten una limitación común: sus condiciones de prueba (funcionamiento continuo de 24 horas con temperatura, humedad y corriente constantes) no se corresponden con los entornos de uso reales. Además, actualmente existe una falta de investigación suficiente sobre el impacto específico de estas diferencias en las condiciones de ensayo en los resultados de la estimación de la vida útil de los LED.

Preguntas Frecuentes

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