Instalaciones Electricas Parte 2 Iluminacion

INSTALACIONES ELCTRICAS EN BAJA TENSIN

Prof. Miguel Martnez Lozano([email protected]) 1

INSTALACIONES ELCTRICAS EN BAJA TENSINLME643

6to Semestre

Iluminacin



Parte II

El Proyecto de Iluminacin o Alumbrado

Un poco de historia:

La iluminacin artificial mueve al hombre desde que este comenz a preocuparse por su seguridad. As, el fuego sirvi para algo ms que calentarse y luego vino la

necesidad de hacer portable o porttil esta fuente de energa lumnica.

Antorchas

Lmparas de aceite

Velas

Lmparas de gas

Bombillos elctricos



Parte II


Utilitario

Esttico

Eficiente



Parte II


La iluminacin marca nuestro ritmo biolgico y hasta nuestro estado anmico,

incluso interfiere con la percepcin buena o mala de nuestro entorno.

Fuente Philliips


Prof. Miguel Martnez Lozano([email protected]) 5Parte II. El Proyecto de Iluminacin

Uso general

(receptculos) IluminacinM Motores

Bombas, etc.

Acometida

Alimentador

Centro de Carga

Circuitos

Derivados

Esquema de distribucin de cargas, dentro

de una instalacin elctrica.



CARGA DE ALUMBRADO



Algunos Conceptos:

Dado que la luz en el sentido fsico es una onda o radiacin electromagntica en

un rango o espectro de longitudes de onda.

En iluminacin, se debera centrar esta definicin en el rango de luz visible. Con ello, podramos definir a la LUZ como la energa radiante que es capaz

de excitar la retina humana y crear una sensacin visual (IESNA)IESNA: Illuminating Engineering Society of North America



Rango de percepcin visible por el ojo humano

Luz negra

Quemaduras de piel

Infrarrojos



Luz negra:

No es peligrosa.

Esta cerca del espectro visible.

Resalta materiales Fluorescentes

En general las sustancias fluorescentes absorben energa en forma de radiacin

electromagntica de onda corta (p ej radiacin gamma, rayos x, UV, luz azul, etc),

y luego la emiten nuevamente a una longitud de onda ms larga, por ejemplo

dentro del espectro visible.

Aplicaciones:

Gemologa

Identificacin de marcas

Arte, etc.



Infrarrojos:

Por su larga longitud de onda,

mayor que la visible, pero

menor que los microondas, se

relaciona a calor.

Aplicaciones: Si iluminamos algn objeto, producimos calor en su superficie.

Alimentos, etc.

Si obtenemos la radiacin proveniente de objetos, vemos el calor.



Propiedades de la luz:

Fuente:http://edison.upc.edu/curs/llum/luz/luz.html

Cuando la luz encuentra un obstculo en su camino choca contra la superficie de

este y una parte es reflejada. Si el cuerpo es opaco el resto de la luz ser

absorbida. Si es transparente una parte ser absorbida como en el caso anterior y

el resto atravesar el cuerpo transmitiendose. As pues, tenemos tres

posibilidades:

Reflexin.

Transmisin-refraccin.

Absorcin.

La luz tiene tambin otras propiedades, como la polarizacin, la interferencia, la

difraccin o el efecto fotoelctrico, pero estas tres son las ms importantes en

luminotecnia.



La reflexin es un fenmeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie

de separacin de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmsfera, lquidos

como el agua o slidos) y est regida por la ley de la reflexin. La direccin en que

sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie

brillante o pulida se produce la reflexin regular en que toda la luz sale en una nica

direccin. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se

llama reflexin difusa. Y, por ltimo, est el caso intermedio, reflexin mixta, en que

predomina una direccin sobre las dems. Esto se da en superficies metlicas sin

pulir, barnices, papel brillante, etc.

Basado, con permiso de los autores, en la obra:

Luminotecnia. Iluminacin de interiores y exteriores.

Javier Garca Fernndez. Ingeniero Industrial

Dr. Oriol Boix Aragons. Dr. Ingeniero Industrial Electricidad

ISBN: 84-600-9647-5

Disponible en http://edison.upc.edu/curs/llum



La refraccin se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al

atravesar una superficie de separacin entre medios diferentes segn la ley de la

refraccin. Esto se debe a que la velocidad de propagacin de la luz en cada uno de

ellos es diferente.





ISBN: 84-600-9647-5




La absorcin es un proceso muy ligado al color. El ojo humano slo es sensible a las

radiaciones pertenecientes a un pequeo intervalo del espectro electromagntico.

Son los colores que mezclados forman la luz blanca. Su distribucin espectral

aproximada es:

Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen

son absorbidos por la superficie y el resto son reflejados. Las componentes reflejadas

son las que determinan el color que percibimos. Si las refleja todas es blanco y si las

absorbe todas es negro. Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las

dems componentes de la luz blanca. Si iluminamos el mismo objeto con luz azul lo

veremos negro porque el cuerpo absorbe esta componente y no refleja ninguna.

Queda claro, entonces, que el color con que percibimos un objeto depende del tipo de

luz que le enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar.



El color:

El color que percibimos de un objeto es el rayo de luz que rechaza (rango espectral

que refleja). Nosotros captamos esos rebotes con diferentes longitudes de onda,gracias a la estructura de los ojos. Si los rayos de luz atraviesan al objeto, ste es

invisible.

La luz blanca: Posee todo el espectro visible.



El ojo humano no es igual de sensible a todas las longitudes de onda que forman la

luz diurna. De hecho, tiene su mximo para un valor de 555 nm que corresponde a un

tono amarillo verdoso. A medida que nos alejamos del mximo hacia los extremos del

espectro (rojo y violeta) esta va disminuyendo. Es por ello que las seales de peligro y

advertencia, la iluminacin de emergencia o las luces antiniebla son de color amarillo.



El color como fenmeno sensorial:

Tradicionalmente distinguimos entre colores fros y clidos. Los primeros son los

violetas, azules y verdes oscuros. Dan la impresin de frescor, tristeza, recogimiento y

reduccin del espacio. Por contra, los segundos, amarillos, naranjas, rojos y verdes

claros, producen sensaciones de alegra, ambiente estimulante y acogedor y de

amplitud de espacio.





ISBN: 84-600-9647-5




La temperatura del color

La temperatura de color de una

fuente de luz se define comparando

su color dentro del espectro

luminoso con el de la luz que

emitira un cuerpo negro calentado a

una temperatura determinada

La temperatura de color es una

medida que se especifica en las

lmparas y se refiere a la apariencia

o tonalidad de la luz que emite la

fuente luminosa. La forma en que

vemos cierto ambiente depende de la

tonalidad de luz de la lmpara y es

crucial para establecer una atmsfera

de confort o frescura.



La temperatura del color



A menudo, se compara el funcionamiento del ojo con el de una cmara fotogrfica. La

pupila actuara de diafragma, la retina de pelcula, la crnea de lente y el cristalino

sera equivalente a acercar o alejar la cmara del objeto para conseguir un buen

enfoque. La analoga no acaba aqu, pues al igual que en la cmara de fotos la

imagen que se forma sobre la retina est invertida. Pero esto no supone ningn

problema ya que el cerebro se encarga de darle la vuelta para que la veamos

correctamente.

El ojo humano:





ISBN: 84-600-9647-5




Al igual que en la fotografa, la cantidad de luz juega un papel importante en la visin.

As, en condiciones de buena iluminacin (ms de 3 cd/m2) como ocurre de da, la

visin es ntida, detallada y se distinguen muy bien los colores; es la visin fotpica.

Para niveles inferiores a 0.25 cd/m2 desaparece la sensacin de color y la visin es

ms sensible a los tonos azules y a la intensidad de la luz. Es la llamada visin

escotpica.

Sensibilidad del ojo humano, con mucha luz o poca luzBasado, con permiso de los autores, en la obra:




ISBN: 84-600-9647-5




Factores que Influyen en la visin:

La agudeza visual es la capacidad de

distinguir entre objetos muy prximos

entre s. Es una medida del detalle ms

pequeo que podemos diferenciar y est

muy influenciada por el nivel de

iluminacin. Si este es bajo como ocurre

de noche cuesta mucho distinguir cosas al

contrario de lo que ocurre de da.

El contraste se produce por diferencias

entre colores o luminancias (porcin de luz

reflejada por un cuerpo que llega al ojo)

entre un elemento del campo visual y el

resto. Mientras mayor sea mejor lo

veremos, ms detalles distinguiremos y

menos fatigaremos la vista. Una buena

iluminacin ayudar mucho y puede llegar

a compensar bajos contrastes en colores

aumentando la luminancia. Basado, con permiso de los autores, en la obra:Luminotecnia. Iluminacin de interiores y exteriores.



ISBN: 84-600-9647-5




Fotometra:

Terminologa y Unidades

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de

energa. Si la energa se mide en joules (J) en el Sistema Internacional, para qu

necesitamos nuevas unidades. La razn es ms simple de lo que parece. No toda la

luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensacin luminosa, ni toda la

energa que consume una bombilla se convierte en luz



Por ello, para el tema de iluminacin se plantean nuevas magnitudes:

El flujo luminoso,

La intensidad luminosa,

La iluminancia,

La luminancia,

El rendimiento o eficiencia luminosa y

La cantidad de luz





ISBN: 84-600-9647-5




Flujo Luminoso:

25W 60W

Cul ilumina ms?De la potencia elctrica del

bombillo, solo una parte se

hace visible y es lo que

denominaremos

FLUJO LUMINOSO

Su unidad no es el [W], para no confundir trminos. Se crea una nueva unidad:

LUMENES [lm]Empricamente se demuestra que a una

radiacin de 555 nm de 1 W de potencia

emitida por un cuerpo negro le

corresponden 683 lm

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm

Se define como eficiencia luminosa a la relacin entre el Flujo Luminoso y la

potencia elctrica de entrada al bombillo [lm/W].

Luz blanca ideal Eficiencia Luminosa = 220 lm/W



Intensidad Luminosa:

El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz,

por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por contra, si

pensamos en un proyector es fcil ver que slo ilumina en una direccin. Parece

claro que necesitamos conocer cmo se distribuye el flujo en cada direccin del

espacio y para eso definimos la intensidad luminosa.

Se conoce como intensidad luminosa al

flujo luminoso emitido por unidad de

ngulo slido en una direccin concreta.

Su smbolo es I y su unidad la candela

(cd).Basado, con permiso de los autores, en la obra:




ISBN: 84-600-9647-5




La candela [cd] se define como la intensidad luminosa en una determinada

direccin, de una fuente emisora de radiacin monocromtica de 555 nm y que

posee una intensidad de radiacin en esa direccin de 1/683 W/sr

El estereorradin [sr] es el cono de luz difundido desde la fuente que ilumina 1m

de la superficie oscura de una esfera de un metro de radio alrededor de la fuente.





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Iluminancia:

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido

por una superficie. Su smbolo es (E) y su unidad el lux [lx]

1 [lx] = 1 [lm/m2]

Existe tambin otra unidad, el foot-candle [fc], utilizada en

pases de habla inglesa cuya relacin con el lux es:

1 fc 10 lx1lx 0.1 fc





ISBN: 84-600-9647-5




Lo que ocurre con la iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que

relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley solo es vlida si

la direccin del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie.

Si la fuente no es nica y adems no es

perpendicular a la superficie que se desea

estudiar, hay que descomponer por

trigonometra, y obtener las porciones vertical

y horizontal.Basado, con permiso de los autores, en la obra:




ISBN: 84-600-9647-5








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Luminancia:

Se llama Luminancia a la relacin entre la intensidad luminosa y la superficie

aparente vista por el ojo en una direccin determinada.

Su smbolo es (L) y su unidad es [cd/m2]

Conceptualmente es una cantidad importante, ya que realmente mide lo que el

ojo ve y por tanto es la clave para la evaluacin de un sistema de iluminacin.

Superficie Aparente





ISBN: 84-600-9647-5




Se puede considerar que el equivalente psicolgico de la luminancia es el brillo o la

brillantez.

Por ejemplo, considerando el caso de la emisin o reflexin de luz por parte de

superficies planas y difusas, la luminancia indicara la cantidad de flujo luminoso que

el ojo percibira para un punto de vista particular. En este caso, el ngulo slido que

interesa es el subtendido por la pupila del ojo.





ISBN: 84-600-9647-5




Resumen





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Luz Natural y Artificial:

Luz Natural:

El sol: La temperatura del color es 6500K (a las afueras de la tierra) a un

promedio de 1350 W/m2.

El 75% de esta energa alcanza a la tierra en el ecuador un da claro.

Luminancia: 1600 Mcd/m2 a nivel del mar.

Iluminancia: > 100 klx

La luz de la luna: Este efecto es por reflectancia de la luz del sol.

La Iluminancia es de 0.1 lx

Otras fuentes de luz natural:

Rayos, Aurora Boreal, Bioluminiscencia



Luz Artificial:

Incandescentes

Luminiscentes

Sustancias slidas

producen espectro

continuo

Medio gaseoso,

producen lneas

discretas del espectro.

Todos los cuerpos calientes emiten energa en

forma de radiacin electromagntica. Mientras

ms alta sea su temperatura mayor ser la

energa emitida y la porcin del espectro

electromagntico ocupado por las radiaciones

emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura de

incandescencia una buena parte de estas

radiaciones caern en la zona visible del espectro

y obtendremos luz.

En el interior de un tubo, se producen descargas

elctricas como consecuencia de la diferencia de

potencial entre los electrodos. Estas descargas

provocan un flujo de electrones que atraviesa el

gas. Cuando uno de ellos choca con los

electrones de las capas externas de los tomos

les transmite energa.



Luz Artificial: Incandescentes

La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por combustin

de alguna sustancia, ya sea slida como una antorcha de madera, lquida como en una

lmpara de aceite o gaseosa como en las lmparas de gas. La segunda es pasando

una corriente elctrica a travs de un hilo conductor muy delgado como ocurre en las

bombillas corrientes.

La luz emitida contiene todas las

longitudes de onda que forman la luz

visible o dicho de otra manera, su espectro

de emisiones es continuo. De esta manera

se garantiza una buena reproduccin de

los colores de los objetos iluminados.



Luz Artificial: Luminiscentes

Al circula corriente, se producen choques

entre los electrones libres y los de los

tomos y el diseo se basa en que el

electrn no reciba suficiente energa para

ser arrancado. En este caso, el electrn

pasa a ocupar otro orbital de mayor

energa. Este nuevo estado acostumbra a

ser inestable y rpidamente se vuelve a la

situacin inicial. Al hacerlo, el electrn

libera la energa extra en forma de

radiacin electromagntica, principalmente

ultravioleta (UV) o visible



Luz Artificial: Luminiscentes

Un electrn no puede tener un estado

energtico cualquiera, sino que slo puede

ocupar unos pocos estados que vienen

determinados por la estructura atmica del

tomo. Como la longitud de onda de la

radiacin emitida es proporcional a

la diferencia de energa entre los estados

inicial y final del electrn y los estados

posibles no son infinitos, es fcil

comprender que el espectro de estas

lmparas sea discontinuo.



Luz Artificial: Electro - Luminiscentes

Hay ciertos fsforos y cristales que convierten directamente la energa elctrica

que reciben, en luz.



Lmparas y Luminarias:

Lmpara

Luminaria

Fuente de Luz Artificial

Soporte mecnico y manejo de la

distribucin de la luz



Lmparas Incandescentes:

Entre los parmetros que sirven para definir una

lmpara tenemos las caractersticas

fotomtricas: la intensidad luminosa, el flujo

luminoso y el rendimiento o eficiencia. Adems

de estas, existen otros que nos informan sobre

la calidad de la reproduccin de los colores y los

parmetros de duracin de las lmparas.

No halgenas

Halgenas

vaco

gas





ISBN: 84-600-9647-5




Lmparas Incandescentes No Halgenas: Potencias de 20 2000 W



ANSI

IEC



Ejemplo Catalogo

http://www.ecat.lighting.philips.com.mx/l/professional-lamps/39744/cat/



Lmparas Incandescentes Halgenas:

En las lmparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, se produce una

disminucin significativa del flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al

ennegrecimiento de la ampolla por culpa de la evaporacin de partculas de

wolframio del filamento y su posterior condensacin sobre la ampolla.

Agregando una pequea cantidad de un compuesto gaseoso con halgenos (cloro,

bromo o yodo), normalmente se usa el CH2Br2, al gas de relleno se consigue

establecer un ciclo de regeneracin del halgeno que evita el ennegrecimiento.



Ejemplo Catalogo



Lmparas de descarga:

Este tipo de lmparas necesitan generalmente dos elementos adicionales:

-Starter (cebador o encendedor): Facilita la ionizacin inicial del gas fro.

- Balasto: Limita la corriente y mantiene el arco.



Funciones del arrancador y del balasto:



Vapor de Mercurio

Vapor de Sodio

Alta Presin

Baja Presin

Alta Presin

Baja Presin

Vapor de Hg AP

Luz Mezcla

Halogenuros Metlicos

Mejoran prestaciones y

espectro

Casi monocromticas a 560

nm Altas eficiencias, hasta

180lm/W (otras 60 lm/W)Luz amarilla



HID





ISBN: 84-600-9647-5




Lmparas compactas de Hg



Espectros tpicos



Bases normalizadas para

Lmparas fluorescentes



Catlogo comercial



Resumen de algunas caractersticas



TAREA:

Obtener y Revisar catlogos tcnicos de lmparas de alta presin vapor de

sodio.

Realizar una comparacin en vida til con incandescentes.

Verificar los costos comparativos para una misma potencia elctrica entre

ambas tecnologas.



Luminarias:

Aparato de alumbrado que reparte, filtra o transforma, la luz emitida por una o

varias lmparas y que comprende todos los dispositivos necesarios para el soporte,

la fijacin, la proteccin de las fuentes de luz y, en caso necesario, los circuitos

auxiliares en combinacin con los medios de conexin con la red de alimentacin,

as como los elementos que permitan su fijacin a soportes, de forma que todo el

conjunto cumpla con las especificaciones marcadas en la normativa vigente



Clasificacin por direccin del flujo:





ISBN: 84-600-9647-5








ISBN: 84-600-9647-5




Seguridad elctrica:



1er Dgito:



2do Dgito:



Reflectores: Redireccionan la luz por reflexin (altas reflectancias)

Refractores: Redireccionan la luz por refractancias (tapas de vidrio o plstico con o

sin prismas)



Difusores: No permiten ver la lmpara y esparcen la iluminacin. Bajan la intensidad.

Pantallas y hojillas. Para evitar ver la lmpara en ciertas direcciones y direccionar

hacia sitios especficos



Por montaje:

Porttiles

Techo falso



Superficiales

De techo o pared (apliques direccionables)



Industriales superficiales

De emergencia



Alumbrado pblico areo

Pasos peatonales



Detalles:

Como las luminarias afectan el flujo luminoso y este deja de ser uniforme o el que

corresponde al propio de diseo de la lmpara. Para cualquier diseo, hay que

basarse en la distribucin espacial que haga la luminaria sobre el flujo luminoso.



Para ello, se trabaja y plantean curvas fotomtricas para cada luminaria

El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones

constituye lo que se conoce como distribucin luminosa. Las fuentes de luz utilizadas en

la prctica tienen una superficie luminosa ms o menos grande, cuya intensidad de

radiacin se ve afectada por la propia construccin de la fuente, presentando valores

diversos en las distintas direcciones.



Si hacemos pasar un plano por el eje de simetra de la fuente luminosa, por ejemplo,

un plano meridional, obtenemos una seccin limitada por una curva que se denomina

curva fotomtrica o curva de distribucin luminosa

Mediante la curva fotomtrica de una

fuente de luz se puede determinar

con exactitud la intensidad

luminosa en cualquier direccin,

dato necesario para algunos clculos

de iluminacin



Las direcciones del espacio por las cuales se radia una intensidad luminosa las

podemos determinar por dos coordenadas. Uno de los sistemas de coordenadas ms

usado para la obtencin de curvas fotomtricas es el C - g



Las curvas fotomtricas se dan referidas a un flujo luminoso emitido de 1.000 lm. y,

como el caso ms general es que la fuente de luz emita un flujo superior, los valores

de la intensidad luminosa correspondientes se hallan mediante una regla de tres

simple.

Cuando alojamos una lmpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando

un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las caractersticas propias del

reflector. Por consiguiente, las curvas de distribucin segn los distintos planos son

diferentes

Simtrica Asimtrica



Otro mtodo de representar la distribucin del flujo luminoso es el diagrama de curvas

isocandelas el cual consiste en imaginar la luminaria en el centro de una esfera en

cuya superficie exterior se unen por una lnea los puntos de igual intensidad



Algunas relaciones de inters para entender catlogos de fabricantes:



Revisin de un catlogo de Luminaria para identificar parmetros:



Lmparas T5HO de 54W para esa luminaria

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Instalaciones Electricas Parte 2 Iluminacion