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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE ILUMINACION

La iluminación es el componente agregado a las plantas comerciales que mayor impacto visual puede crear. Un diseño adecuado de la iluminación incrementa la productividad de los empleados y operarios en las instalaciones comerciales de servicio al público y estimula la actividad comercial, las ventas, y la afluencia de visitantes, en locales comerciales de mercaderías y alimentos.

El diseño de la iluminación de las plantas comerciales requiere una labor coordinada entre el ingeniero de diseño y el arquitecto; de común acuerdo deben especificar los terminados de las superficies circundantes y de los planos de trabajo y observación, deben asegurar el control de brillo de las fuentes luminosas (luminancia directa) y de las superficies iluminadas (luminancia indirecta).

Las técnicas actuales de iluminación toman en consideración el aporte de la iluminación natural o diurna. Para la correcta aplicación de estos criterios se debe considerar, evaluar y controlar el riesgo de deslumbramiento desde las fuentes de iluminación natural y su espacio circundante tales como el sol, las nubes, el cielo despejado o cubierto, los edificios con ventanales altamente reflectivos y otras superficies deslumbrantes.

METODOLOGIA

La metodología de diseño consiste en desarrollar paso a paso una serie de instrucciones y consideraciones encaminadas a un adecuado diseño de la iluminación, a saber:

DESCRIPCION DEL AREA A ILUMINAR

1. Geometría del área.2. Dimensiones de las diversas plantas.3. Alturas y subniveles de cada planta.4. Descripción de cielos, techos, paredes, ventanales y pisos5. Terminados de cielos, techos, paredes y pisos.6. Particularidades del espacio a iluminar que puedan incidir en los criterios de

diseño.7. Actividad o actividades especificas a desarrollar en cada una de las áreas a

iluminar.8. Requerimientos especiales del propietario u ocupante de los espacios a iluminar.

El análisis cuidadoso de los aspectos enunciados y la experiencia de los diseñadores y constructores permiten seleccionar los valores de iluminancia adecuados. Especial atención merece la consideración de la edad de los observadores dada la relación conocida entre la agudeza visual y la edad.

INSTALACIONES.E. ING. NAVARRETE RUIZ ABEL


SELECCIÓN DE LA FUENTE DE LUZ

La gama de fuentes de luz y sus diversos modelos disponibles en el mercado nacional e internacional es bastante amplia, pudiéndose agrupar en los siguientes tipos:

1. Bombillas incandescentes.2. Bombillas incandescentes halógeno.3. Bombillas fluorescentes.4. Bombillas de vapor de mercurio a alta presión.5. Bombillas de halogenuros metálicos - "Metal halide".6. Bombillas de vapor de sodio a alta presión.7. Bombillas de vapor de sodio a baja presión.8. Bombillas fluorescentes compactas.9. Bombillas de inducción.

METODO DE FLUJO LUMINOSO POR CAVIDAD DE ZONAS

Este es un método que permite calcular el valor del coeficiente de utilización por medio de tablas que consideran lo siguiente:

Longitud ilimitada de los planos de trabajo Alturas diferentes a los planos de trabajo Reflejos diferentes por encima y por debajo de los luminarios Obstrucciones en la cavidad del techo y en el espacio por debajo de los luminarios

Se consideran las tres cavidades el local siguientes: Cavidad del techo. Area medida desde el plano del luminario al techo. Cavidad del cuarto. Espacio entre el plano de trabajo donde se desarrolla el

trabajo y la parte inferior del luminario. Cavidad del piso. Se toma desde el piso hasta la parte superior del plano de

trabajo.



La figura siguiente muestra la posición de las diferentes cavidades.

Relaciones de cavidad

5 hct (L + A ) Del techo (RCT) = ----------------------- L x A

5hcc (L + A ) Del cuarto (RCC) = ------------------- L x A

5 hcp (L + A ) Del piso (RCP) = --------------------- L x A

Donde:

h es la cavidad del techo, cuarto o piso L es el largo del local A es el ancho del local



SISTEMA GENERAL DE CÁLCULO DE LA ILUMINACIÓN MEDIA HORIZONTAL. MÉTODO DEL FACTOR DE UTILIZACIÓN.

La sistemática seguida es muy sencilla, siendo las etapas a seguir las siguientes:

Determinación del nivel de iluminación requerido.

Elección del sistema de alumbrado y de las luminarias.

Determinación del Coeficiente de Utilización.

Determinación del Coeficiente de Conservación.

Cálculo del flujo luminoso necesario.

Elección del tipo de fuentes del luz y potencia necesaria.

Cálculo del número de lámparas y luminarias necesarias en la instalación.

Selección del emplazamiento de las luminarias.

Comprobación del factor de uniformidad.

Exigencia de ausencia de deslumbramiento.

PARÁMETROS LUMÍNICOS Para llegar a obtener una solución satisfactoria, deben tenerse en cuenta un conjunto de parámetros y variables que definan de una forma conjunta las necesidades visuales. Nivel de iluminación: La iluminancia en servicio dependerá de factores tales como la tarea visual, la seguridad y aspectos de confort visual del usuario. La iluminancia se aumentará cuando: haya reflectancias bajas, trabajo visual crítico, elevado coste de los errores, gran importancia de la productividad, capacidad visual del trabajador inferior a la normal. La iluminancia se disminuirá cuando: altas reflectancias, velocidad/exactitud no son críticas y tareas ocasionales. UNIFORMIDAD Otro de los parámetros que debe tenerse en cuenta es la uniformidad, que da una idea de cómo se distribuye la luz en el plano de trabajo, y viene expresada por la relación entre los valores mínimo y medio (uniformidad media) y por la relación entre los valores mínimo y máximo (uniformidad extrema)Umed = Emin/Emed; Uext = Emin/Emax.Uniformidad en el tiempo. Debe garantizarse que la instalación proporcione las prestaciones lumínicas a lo largo de toda la vida de la instalación. Así, debe definirse los siguientes conceptos: iluminancia inicial (es el nivel obtenido el día de la inauguración), iluminancia en servicio (es el nivel para el que se ha diseñado la instalación) e iluminancia mantenida (es aquel nivel por debajo del cual nunca debería bajarse, pues representaría un riesgo para las necesidades visuales de los usuarios).



FORMULAS Y TABLAS UTILIZADAS.-

DENSIDAD LUMINICA (E).- La iluminación se define como el flujo luminoso por unidad de superficie que llega a un plano de trabajo. Su unidad es el lux

E = dq / ds

SUPERCIE (s).- La superficie a iluminar se determinar con las dimensiones del local de trabajo y se mide en m2

Donde:

a: ancho del localL: largo del local

TIPO DE ILUMINACIÓN.- Los tipos de iluminación se clasifican según la distribución del flujo luminoso por encima o por debajo de la horizontal.

ILUMINACIÓN DIRECTA.- El flujo lumínico es distribuido de la siguiente manera :

90% a 100% flujo hacia abajo

10% a 0% flujo hacia arriba

ILUMINACIÓN SEMIDIRECTA.-

60% a 90% flujo hacia abajo40% a 10% flujo hacia arriba

ILUMINACIÓN DIFUSA.-



S = a * L


ILUMINACIÓN SEMI-INDIRECTA.-


ILUMINACIÓN INDIRECTA.-


ALTURA DEL ARTERFACTO SROBRE EL SUELO (h).- El área de administración, comedor y fabrica, tiene su altura recomendada.

INDICE DEL LOCAL.- El índice de local se encuentra tabulado el la westinghouse y se determina de la siguiente manera:

ALTURA DE MONTAJE.-La localización de la luminaria con respecto al cielo del local comercial y por consiguiente con respecto al plano de trabajo o superficie principal a iluminar, establece las siguientes alternativas de montaje para luminarias utilizadas en iluminación horizontal:

Luminarias empotradasLuminarias empotradasLuminarias empotradas

COEFICIENTE DE REFLEXION:

Estos coeficientes están tabulados en el manual de luminotecnia de westinghouseSe determinan de la siguiente manera dependiendo de los colores.


SuperficieÍndice del local = Alto* (ancho + largo)

Techo Color Blanco Color Claro Color Oscuro R1 70% 50% 30%

Paredes Color Blanco Color Claro Color Oscuro R2 50% 30% 10%


FACTOR DE UTILIZACIÓN. (Kn).- El calculo del factor se lo obtiene de la lesctur de las tablas de la correspondientes lámparas.

FACTRO DE DEPRECIACIÓN. (Kd).- De acuerdo al artefacto elegido, debe determinarse el factor de depreciación, que esta tabulado en relación a la limpieza: bueno , medio y malo.

FLUJO LUMINOSO TOTAL ( ).- Es la potencia lumínica requerida para iluminar el ocal de trabajo (lúmenes)

FLUJO LUMINOSO POR LAMPARA.- El flujo lumínico de las lámparas florecientes esta tabulado en el código de Siemens, el de lámpara de Hg. En el código Osram y el de las lámparas incandescentes dependen del rendimiento de estas

Los datos de lámparas que se utilizaran estarán basadas en las tablas PHILIPS (Brasil) .

NÚMERO DE LAMPARAS.- Para la obtención del número de lámparas se realiza el siguiente calculo:

NIVEL DE ILUMINACIÓN REAL (ER).- El cálculo es el siguiente

Donde Nt: Número de lámparas.


Flujo Luminoso Total = (E * S ) / (Ku * Kd )

N = Flujo Total Flujo Lumínico

E = Flujo Lumínico* Nt * Ku * Kd / S


CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE UN CONDUCTOR ELECTRICO:

Para un correcto dimensionamiento del conductor eléctrico,Se deben cumplirlos siguientes principios:

CRITERIO TERMICO:

Todo conductor eléctrico que es recorrido por la corriente eléctrica a causa de su propia resistencia , Esta sometida a un calentamiento por efecto joule este calentamiento es el que limita la capacidad , de conducción en los conductores eléctricos .

Sobrepasar la capacidad eléctrica de un conductor ocasiona grandes problemas como ser: Deformaciones en el conductor, generalmente dilataciones lineales, o también pueden haber rotura del conductor por la fusión del mismo.

En los conductores aislados, existen los mismos problemas, pero además hay un envejecimiento de acuerdo al tipo de aislante. Cada tipo de aislamiento soporta una corriente máxima , si un circuito no cumple con esa condición para un número de cable , se elimina el cable y se prueba el siguiente, es decir con el más grueso.

CRITERIO DE CAIDA DE TENSION

Al circular la corriente eléctrica por un conductor, debido a su resistencia interna, provoca una caída de tensión, la cual debe ser delimitada para los equipos y artefactos eléctricos aislados puedan trabajar correctamente. Este criterio consiste en datos estandarizados en porcentajes desde la lámpara de tablero seccional, de esta forma al tablero general y luego al tablero o transformador. La caída de tensión no debe pasar los siguientes porcentajes:

- para el sistema de iluminación se toma un 4%- para el sistema de fuerza se toma un 8%

FORMULAS:Para corriente monofásica

Para corriente trifásica



DIMENSIONAMIENTO DEL CONDUCTOR PARA ILUMINACION

Para el criterio de iluminación y de caída de tensión, se establecen nomás del 4% desde las lámparas hasta el transformador:Sobre la base del número de circuitos de determina la cantidad de tableros que se instalarán, en nuestro caso se recomienda usar tableros seccionales, para cada sector de fábrica.Lo que significa que se emplearán 3 tableros seccionales para cada sección de luz, cada uno de los cuales se distribuirán de la siguiente forma:

- sección comedor- sección administración- sección fábrica

La ubicación de tableros se hará en los lugares más adecuados, tomando en cuenta la menor distancia al tablero general y la menor utilización de materiales. Para el cálculo del dimensionamiento del conductor eléctrico para la iluminación, se emplea el método pesimista el cual consiste en ubicar la carga total en el extremo del circuito y considerando la longitud desde el tablero seccional hasta la lámpara más alejada.La potencia se calcula para cada circuito. Para el caso de los circuitos ramificados se calcula de la siguiente manera:

- la potencia de la línea de iluminación se calcula o se determina multiplicando el número de lámparas existentes en dicho circuito, por la cantidad de Watts. de cada lámpara.

P = Número de lámparas * Watts/lámparas

- La tensión utilizada es de 220 V.- El factor de potencia (cos α), según la norma se considera 0.9.- La corriente que circula por el circuito se determina de la siguiente manera:

P = I * V * cos α I = P / V * cos α

Por lo tanto la corriente es la relación entre la potencia y el voltaje.- El factor de carga para la iluminación se considera igual a la unidad ya que se

considera que las lámparas trabajan al 100%.- El número del conductor eléctrico está tabulado en el catálogo adjunto.- Según la norma se establece que la sección mínima a utilizar en el sistema de

iluminación es de 14 A.V.G.El tipo de aislamiento elegido es el R * V * W a 60% y la resistencia específica del conductor se encuentra en las tablas de NEC o cualquier otra tabla.La caída de tensión se obtiene de la siguiente ecuación:

Donde I : Intensidad de la corriente (A/F)Re : Resistencia específicaL : Longitud (Km.)El porcentaje de caída de tensión se determina de la siguiente relación:



DIMENSIONAMIENTO DEL CONDUCTOR PARA EL SISTEMA DE FUERZA

Para el criterio de cada caída de tensión del sistema de fuerza, se establece según la norma no más del 8% hasta el transformador.Para el dimensionamiento del conductor se siguen los siguientes pasos:

- La longitud del cableado se mide a partir de cada máquina hasta el tablero seccional de fuerza.

- La longitud del conductor se determina sobre la base del plano de la fábrica.- La potencia de cada máquina se obtiene de la planilla de cada uno.- Los sistemas trifásicos utilizan un voltaje de 380 V.- La corriente para cada sistema se calcula mediante la relación:

El factor de carga (Fc.) se determina de la siguiente manera:

Fc. = Potencia demandadaPotencia instalada

El factor de potencia cos ρ se lo obtiene de las planillas correspondientes de cada máquina.El número del conductor eléctrico se encuentra tabulado en el catálogo de la NATIONAL ELECTRICE CODE.Según la noema se establece en la sección mínima utilizada en el sistema de fuerza de 10 AWG. al igual que la resistencia específica.El tipo de aislante elegido es de RVW a 60 C.

La caída de tensión se determina de la sgte. manera:

V=1.73*I*Re*L

El porcentaje de la caída de tensión se determina de la sgte. manera:

AV=(V/380)*100

La sección del ducto se establece de la sgte. manera:

(Ducto)=3*0.5 conductor



SELECCIÓN DE CONDUCTORES Y CRITERIOS EMPLEADOS.

Los conductores eléctricos, mas utilizados son el cobre y el aluminio debido a las cualidades conductoras y los bajos precios.

De acuerdo a su empleo los conductores pueden ser aislados o desnudos y se emplean en instalaciones secundarias de baja tensión, como se trata de una instalación eléctrica se utiliza conductores aislados de cobre con su respectiva aislamiento de PVC, elemento de aislamiento de gran duración y que soporta de 80 a 130°C de temperatura, además es un elemento de bajo costo y de gran oferta en el mercado. El tipo de aislamiento según la norma NEC.

El cobre tiene una resistencia interna menor que la del aluminio por esta razón es el elegido y además es un material natural.

Los conductores eléctricos empotrados en la pared. Los conductores eléctricos ya sean aislados o desnudos, pueden ser de tipo cableado o de un solo hilo.En nuestro caso se emplearan los cables de tipo unifilar, basándose en normas y códigos en las instalaciones eléctricas monofásicas.

Los conductores de tipo trifilarse utilizan en instalaciones eléctricas trifásicas, las cuales se encuentran en la sección fabrica.

SELECCIÓN DE DUCTOS Y CRITERIOS EMPLEADOS.-

Se define como ducto al soporte que va al conductor eléctrico aislado.

Generalmente el ducto puede ser de plástico o de acero, según el requerimiento.

Para el sistema de iluminación de la fabrica se usan los ductos de plástico de forma circular, estos están empotrados en la pared.

Generalmente se emplea el ducto de ½ pulgada de diámetro, para cable numero 14 AWG, según establece la norma NEC.

Los ductos para los circuitos de fuerza pueden se de aceros de forma circular, los cuales están colocados en pared o cielo raso, también pueden ser por bandejas y finalmente canalizados subterráneamente.

Para las selecciones del ducto se emplea el sgte. criterio:

La sección del ducto debe ser por lo menos tres veces mayor que la sección de los cables, incluyendo la aislamiento, es decir, que el ducto debe tener la sección tres veces



mayor que la del cable, con el fin de que el ducto tenga la ventilación adecuada y para que el cable sea introducido fácilmente al mismo.

EQUIPOS DE PROTECCIÓN DE UNA INSTALACIÓN ELECTRICA YCRITERIOS EMPLEADOS

Como en una instalación eléctrica se debe proteger el cable ya que tiene capacidad de conducción.

PROTECCIONES:

FUSIBLES.- Es un aparato que sirve para abrir un circuito cuando la capacidad de diseño esta sobrepasada. La abertura es en forma permanente.

LLAVE SECCIONADORA.- El equipo para cerrar o abrir un circuito se llama llave seccionadora, pero la abertura o cierre debe hacerse en vacío ya que este equipo no esta preparado para hacerlo baja carga.

INTERUCTOR.- Es un aparato destinado al cierre o apertura de circuito bajo carga la conexión o desconexión puede ser manual y/o automática, el interruptores un aparato de potencia siendo ilimitado en numero de maniobrar que se puede hacer.

DISYUNTOR.- Es un interruptor automático de acción térmica y/o magnética, actúa si la corriente toma un valor inadecuado y actúa por un cierto tiempo, protegiendo en caso de sobrecarga que pueden producir daños.

El tablero seccional se encuentra muy cerca del tablero general, no se calculara la caída de tensión.La caída de tensión se obtiene de la sgte relación:AV= 3 ½ *I* Re *L

El porcentaje de la caída de tensión se obtiene de la sgte relación:

(%)V = (AV /380)* 100

DIMENSIONAMIENTO DEL CONDUCTOR DEL TABLERO GENERAL AL TRANSFORMADOR

Para calcular el conductor eléctrico subterráneo del tablero general se siguen los siguientes pasos:

La longitud del cable se obtiene del plano de la fabrica, medido desde el tablero general al transformador.

La corriente total es una suma de las corrientes simultaneas de las maquinas de las fabricas y de la corriente total de todos los tableros seccionados de luz.

Con esta corriente total, se obtiene de la tabla del catalogo de la NEC. El numero del conductor eléctrico. La resistencia especifica del conductor se

obtiene de la tabla de conductores.



El factor de potencia se toma igual 0.9. Como la línea es trifásica, el voltaje e de la siguiente manera:

V = 1.73 * It * Re *L

Cada circuito, ya sea la luz o de fuerza, tendrán su disyuntor, como protección, con sus capacidades máximas de amperaje.

La puesta a tierra se lleva a cabo por medio de una malla de puesta a tierra, compuesta por cuerdas de cobre, empalmadas y soldadas todas ellas entre si y que tienen un determinado número de jabalinas puesta a tierra.

Para la protección de motores de corrientes alternas monofásicas y de corrientes continuas, se debe utilizar dispositivos de interrupción (interruptor automático) que corte el circuito cuando la intensidad adquiera un valor peligroso.

El caso de motores trifásicos además de la protección indicada anteriormente, debe utilizarse un dispositivo de interrupción automática que corte el circuito cuando la tensión baje de un valor determinado o falte en uno de los conductores.

Los tableros seccionales llevarán también un interruptor automático (disyuntor) como medida de protección, el tablero general tendrá un disyuntor de potencia para todo el sistema.

DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTOR ELÉCTRICO DEL TABLERO

SECCIONAL AL TABLERO GENERAL DE FUERZA Y LUZ.

Los pasos son los siguientes: La potencia que se toma es la potencia simultánea de cada tablero seccional, la

cual se obtiene de los tableros de simultaneidad. La corriente que se toma es la corriente máxima de simultaneidad, la cual se

obtiene de simultaneidad de cada tablero seccional. El factor de potencia es igual a 0.9 (Se suma pues se supone que el sistema tiene

convección de cos ρ). Como la línea es trifásica, el voltaje es de 3 * 380 V. El número del conductor se obtiene del catálogo NEC u otro catálogo. La resistencia específica y la sección del conductor se obtiene del catálogo NEC u

otro catálogo. La longitud del cable se obtiene del plano de la fábrica:

(%) ΔV = (ΔV / 380) * 100



La anterior fórmula es utilizada para sistemas trifásicos.

PROCEDIMIENTO PARA EL CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LOS AIRES ACONDICIONADOS

Este cálculo se hará solo para los comedores y para toda la sección de administración, y se siguen los siguientes pasos:

Haciendo las relaciones correspondientes se obtiene las siguientes equivalencias:

1m3…………… 150 Btu1Btu ……………. 0.10 W

Transformar los Btu a Watts.

SÍBOLOS GRAFICOS ELÉCTRICOS PARA INSTALACIONES DE ALUMBRADO Y FUERZA MOTRIZ




Conductor eléctrico

Fase

Neutro

RetornoToma corriente mo nofásicoToma corriente trifásico

Toma corriente de fuerza monofásico

Toma corriente de fuerza trifásica

Interruptor unipolar de luzInterruptor bipolar de luzInterruptor tripolar de luzLamparas fluorescentes

Lampara incandescentes

Lámpara de descarga de mercurio o Sodio

Fasímetro

Volt. Amp reactancia horaInterruptor de sistema

Motor eléctrico

Generador eléctrico

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