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Aug 14, 2023

Desmontaje: teoría de las bombillas LED versus realidad

Duane Benson | 25 de agosto de 2023 La típica bombilla LED doméstica se anuncia con una vida útil de 25.000 horas, lo que sería más de 20 años con aproximadamente 3 horas de uso por día. Eso suena genial, pero

Duane Benson | 25 de agosto de 2023

La típica bombilla LED doméstica se anuncia con una vida útil de 25.000 horas, lo que sería más de 20 años con unas 3 horas de uso al día. Suena genial, pero parece que un buen número de ellos acaban parpadeando excesivamente o no encienden en absoluto tras 30 o 60 días de uso. Por supuesto, me han quemado muchas bombillas incandescentes (ILB) en el mismo período de tiempo. Pero los ILB tienen un costo mucho menor y prometen solo 2000 horas, por lo que tengo mayores expectativas para las bombillas LED, especialmente ahora que los ILB ya no están disponibles.

A partir del 1 de agosto de 2023, la fabricación o venta de la mayoría de las bombillas incandescentes ya no es legal en EE. UU. La ley se refiere específicamente a cualquier bombilla que produzca menos de 45 lúmenes por vatio. Dado que la bombilla doméstica de su jardín ofrece del orden de 10 a 12 lúmenes por W y las halógenas alcanzan un máximo de alrededor de 20 lúmenes por W, se trata efectivamente de una prohibición incandescente. Hay excepciones para electrodomésticos y algunas otras instalaciones en entornos hostiles y, no temas por tu propio stock nuevo y antiguo, su uso no ha sido prohibido. Si los tienes, puedes usar tantos como quieras.

En este artículo, compartiré un desmontaje de las bombillas LED comunes para descubrir por qué a menudo duran sólo entre 30 y 60 días, a pesar de la promesa de una vida útil de décadas.

La promesa de la iluminación LED es doble. Primero está la eficiencia energética. Tengo 26 bombillas en el piso superior de mi casa. Normalmente utilizo 60 W o equivalente en todos los accesorios para un total de 1,56 kW. Una vez que las haya reemplazado todas con bombillas LED del mismo brillo, puedo encender las 24 luces, si así lo deseo, con la misma potencia que una sola lámpara de varias bombillas en mi gran baño. Eso es menos de 3 amperios de potencia de 120 V que pasan por mis cables e iluminan todo el piso superior. Como persona con mentalidad de ingeniería, yo llamo a eso mucho margen de seguridad.

Personalmente, soy un fanático de la iluminación LED para iluminación general. Me siento más seguro con la carga que le estoy poniendo al cableado de mi casa y estoy muy contento con el uso reducido de energía. La flexibilidad de tener una amplia variedad de temperaturas de color también es agradable. Disfruto del blanco suave sobre la mesa del comedor y de la luz brillante en los lugares donde trabajo. Por supuesto, esta cantidad de opciones plantea un “problema del primer mundo” de demasiadas opciones. Además del blanco suave y la luz del día, Home Depot ofrece siete tipos de luz adicionales en la humilde base Edison, y eso sin contar las bombillas inteligentes.

La segunda supuesta ventaja es la vida útil de las bombillas LED. A $4.00 por bombilla LED, espero que el rendimiento instalado al menos se acerque al rendimiento anunciado. Entiendo bastante bien la electrónica de estado sólido, incluidos los LED, por lo que puedo ver que la vida útil teórica de 30 años parece válida. Sin embargo, también entiendo la economía del diseño a gran escala, la rentabilidad y la realidad de la fabricación. Eso me da algunas teorías sobre el elevado número de fallos prematuros que he experimentado. En mi opinión, todo se reduce a ahorrar unos pocos centavos en piezas críticas, probablemente condensadores.

Si bien los LED son increíblemente eficientes en comparación con una bombilla incandescente, aun así pierden alrededor del 60% de su potencia de entrada en calor. Eso significa que un calentador de 9 W (equivalente a IC de 60 W) es de 5,2 W. Eso no parece mucho, pero todo ese calor se genera en la base cerrada y el sustrato de montaje del LED. El ILB tiene que lidiar con una carga de calor mucho mayor, pero los materiales críticos son el filamento y la envoltura de vidrio, que la industria ha tenido unos 140 años para perfeccionar.

Para este desmontaje, desmonté tres lámparas LED E26 (base Edison), todas con menos de 60 días de instalación. Ninguno funcionó en condiciones de servicio continuo. Una es una bombilla estándar clasificada para su uso en luminarias completamente cerradas. Los otros dos son inundaciones interiores que están marcadas como no aptas para instalaciones completamente cerradas.

La bombilla de tamaño estándar coloca sus componentes electrónicos y LED en una placa de PC con sustrato de aluminio. La parte de la base de la lámpara está revestida de aluminio para actuar como un área adicional de disipador de calor. Por seguridad, esa parte de la base está ubicada dentro de una carcasa de plástico. El condensador electrolítico principal está suspendido debajo de la placa de PC en la cavidad de la base de la lámpara, que de otro modo estaría vacía. En este arreglo es donde descubrí mi primer problema, con el control de calidad del ensamblaje de fabricación.

Electrónica y LED sobre sustrato de PCB revestido de metal con carcasa interna de aluminio para área adicional de disipador de calor.

En esta bombilla, la placa de circuito está ligeramente inclinada. La inclinación no fue un artefacto de mi desmontaje, sino la forma en que la bombilla vino de fábrica. Esto sólo permite la transferencia de calor fuera de la PCB en dos pequeñas áreas de contacto. Compare esto con la imagen a continuación, que muestra una PCB correctamente colocada de una bombilla diferente.

PCB revestida de metal correctamente asentada.

El circuito de las dos bombillas anteriores es bastante similar. La resistencia (R3) es una resistencia de 10 ohmios y 5 % para limitar la corriente de entrada. Todas las bombillas que abrí tenían esta resistencia. En algunos casos, estaba ubicado en línea con el cable que conecta la corriente de la base de la bombilla a la PCB. BR es un puente rectificador y el IC y D1 son parte del circuito regulador de voltaje y limitación de corriente.

La bombilla número dos es un reflector interior que se utiliza en un accesorio elevado. La bombilla no está clasificada para su uso en accesorios completamente cerrados, pero debería estar bien para una lata destapada, tal como se usó. La envolvente de la lámpara de mayor tamaño permite una disposición mecánica diferente. En el reflector, la placa de LED está separada del circuito de suministro de energía y está montada en un disco de aluminio en el punto más ancho de la estructura de la lámpara. La placa de circuito está separada y ubicada cerca de la base dentro de la envoltura plástica de la lámpara.

PCB LED revestida de metal sobre disipador de calor de 3 ¼” (82 mm) con grasa para disipador de calor. Observe el LED D6 con artefactos quemados.

Con uno de los LED, D6 en la imagen de arriba, mostrando signos de falla catastrófica, pensé que tenía mi causa. Sin embargo, D6 fue sólo una parte de la historia. Pude ver signos de decoloración térmica en la PCB incluso a primera vista.

La parte superior de la placa PC de la fuente de alimentación muestra signos de sobrecalentamiento.

La parte inferior de la placa de PC se veía bien, aparte de revelar un trabajo de ensamblaje que clasificaría como un poco deficiente. El circuito es muy similar a la lámpara de tamaño estándar anterior. La resistencia de la derecha (en tubo termorretráctil) es el límite de corriente de entrada. Luego quité el termorretráctil y lo encontré marcado como 10 ohmios, pero probó en 26. BD1 es un puente rectificador y el resto sería regulación.

Lado inferior del tablero de fuente de alimentación del reflector.

La parte superior, además de la decoloración, dejaba al descubierto el condensador principal con una parte superior abultada y reveladora. Compare el condensador insertado de 130 grados C (izquierda), de otra lámpara, con una carcasa intacta, con el condensador abultado de 105 grados C (derecha) de esta lámpara que no funciona.

PCB de fuente de alimentación de lámpara de inundación que muestra decoloración térmica y comparación del condensador electrolítico bueno versus malo.

Abrí otro reflector de la misma marca para ver su placa de alimentación y su capacitor. Esta bombilla todavía funcionaba correctamente. Sin embargo, la placa también mostró cierta decoloración y el condensador parecía estar empezando a abultarse.

Me encantaría ver una mejora en la calidad del trabajo de montaje en todos los aparatos electrónicos del hogar. Las piezas torcidas, demasiada o muy poca soldadura, restos de fundente y juntas frías son demasiado comunes en los dispositivos electrónicos que he abierto. Desafortunadamente, eso parece ser lo que tenemos estos días. Aparte de eso, las piezas de mayor temperatura o las piezas que cumplan con las tolerancias especificadas contribuirían en gran medida a minimizar las fallas prematuras. Simplemente no hay mucho espacio para la gestión térmica en una base Edison E26, y muchos de los accesorios sólo hacen que el calor sea un problema mayor.

La mayoría de las nuevas luminarias LED para el hogar vienen con los LED distribuidos sobre una gran placa de metal y los componentes electrónicos en ubicaciones que permiten una convección mucho mejor. Todavía tengo que ver fallar un dispositivo LED incorporado de este tipo. Si ese tipo de instalación realmente tiene una vida útil de 20 años, resulta práctico instalarla y olvidarse de ella, lo que eliminaría por completo la necesidad de bombillas reemplazables. La solución a largo plazo puede ser prescindir de la base Edison excepto en instalaciones especializadas o soporte heredado.

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