QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO ELECTRICISTA

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

“DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE

PARA UNA TIENDA COMERCIAL”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A:

JUAN LUIS ACOSTA AYALA JORGE ARNULFO MORENO ORTIZ

MÉXICO, D. F. NOVIEMBRE DE 2009

A S E S O R E S:

M.C. RUBÉN ORTIZ YÁÑEZ M. en C. JUAN DE JESÚS NERI ESCUTIA GÓMEZ

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LOPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA

POR LA OPCION DE TITULACION TESISffilECTIVA YEXAMENORALINDlVIDUAL

DEBERA(N) DESARROLLAR c- JUANLUISA(X)STAAYAIA

JORGEARNULFO MORENOORTIZ

"DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENJ:EPARA UN4 TIENDA COMERCIAL".

APLICANDODISEÑAR DE CONTROLLUMINARIAS

CALIDAD ADECUADAELECTRÓNICO, EN DONDE Y

ILUMINACIÓN

)i;- LAMPARAS )i;- DISEÑO, vru:v..v

'r CONTROL DE LA }- ESTIMACIÓN DE 1"A,('7'....

MÉXICO, D. F., A 12 DE MAYO DE 2010

ASESORES

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D JESÚS NERI ESCUTIA GÓMEZ

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ING. E~MA~TtNEZ ROLD~ !;J JEFE DEL DEPARTAl\;lENT~ I1V.r:uJ'Co'U'_

DE INGENIERIA ELECTRICA.

JEFATURA DE !NGEN!ERIA ELF-CTRIC,í

AGRADECIMIENTOS

II

Ing. Juan Luis Acosta Ayala A MI PADRE

Porque gracias a su cariño, guía y apoyo he llegado a realizar uno de mis anhelos más grandes de mi vida, fruto del inmenso apoyo, amor y confianza que en mi se depositó y con los cuales he logrado terminar mis estudios profesionales que constituyen el legado más grande que pudiera recibir y por lo cual te viviré eternamente agradecido. Quiero que sepas que gracias a tus ayudas estoy en el lugar que estoy que sin ti nunca hubiera podido realizar esto no tengo palabras para decirte los mucho que valoro tus esfuerzos por todo esto MIL GRACIAS PAPA.

A MI MADRE Que me ha conducido por la vida con amor y paciencia; hoy ve forjado un anhelo, una ilusión y un deseo. Gracias por enseñarme lo que has recogido a tu paso por la vida, y por darme la libertad de elegir mi futuro; por brindarme con las manos abiertas tu apoyo y confianza en mi preparación. Por que hoy recibo tu más valiosa herencia: mi profesión. Por ti la obtuve y a ti te la brindo. Con admiración y respeto.

A MI ESPOSA E HIJA Primero quiero darte las gracias a ti lore por la confianza y apoyo incondicional, ya que en mis momentos difíciles siempre encontré en ti una palabra de ánimo y una sonrisa alentadora. Gracias por tu inagotable paciencia en mis ratos de desesperación y enojo, por tu tiempo, por tus desvelos, pero sobre todo, por tu constancia ya que fueron factores claves en el logro de mis objetivos. Por que tú siempre has estado conmigo. De todo corazón, tú esposo. A mi hija SURI ALEJANDRA quiero agradecerle que haya sido el motor que me alentó a terminar este sueño con todo cariño te dedico esta tesis para ti hija mía TE AMO.

A MI HERMANA Como un testimonio de cariño y eterno agradecimiento por el apoyo moral y estímulos brindados con infinito amor y confianza y por infundir en mi, ese camino que inicio con toda la responsabilidad que representa el término de mi carrera profesional.

A MI SUEGRA Mi segunda madre por que siempre encontré en ti un apoyo incondicional por que nunca me negaste nada cuando te lo pedía gracias por el apoyo a ti te lo dedico con cariño y respeto.

A MI ESCUELA Al IPN, y en especial a la ESIME mi escuela, por darme las bases que me permitieron realizar esta tesis.

A DIOS Quien me puso los medios para entrar a esta institución y quien me dio la fortaleza espiritual y física.

A MIS ASESORES Para el M.C. Rubén Ortiz Yáñez que me permitió estar en este proyecto de tesis, así como todo su apoyo incondicional, por la paciencia y por la dirección de este trabajo. Para el M.C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez por los consejos, el apoyo y animo que me brindo.

A MIS JURADOS Al ING. José Antonio Martínez Hernández por sus comentarios y sugerencias a este trabajo, sus consejos que me ayudaron ser una persona mejor y llevar a cabo la finalización de esta tesis. Al ING. Sergio Rosas Cérqueda por sus comentarios y sugerencias a este trabajo.

AGRADECIMIENTOS

III

Ing. Jorge Arnulfo Moreno Ortíz

A DIOS Por la vida y la satisfacción de haberme permitido terminar mi carrera y así mismo conservar a mis seres queridos para compartir dicho logro.

A MIS PADRES Por haberme dado una carrera profesional, por su constante apoyo y su valiosa e inagotable ayuda, por los sacrificios realizados para hacerme un hombre de bien, así mismo por sus consejos y más que nada por su ejemplo de perseverancia, gracias a los 2, los quiero mucho.

A MI ESCUELA Al I.P.N. por haberme dado tantos logros, éxitos y momentos felices, tristes pero sobre todo inolvidables, por darme amigos para toda la vida y ayudado a mi formación personal y a la E.S.I.M.E por haberme formado y hacer de mí un profesional. Esperando poner en alto siempre tú nombre mil y una gracias Politécnico.

A MIS PROFESORES Por su valioso tiempo, paciencia y dedicación hacia nosotros los alumnos, por haber compartido parte de su experiencia vivida en la industria y su infaltable motivación a ser mejores y poner en alto siempre el nombre de nuestra gran casa de estudios. Así mismo agradezco en especial al profesor el M.C. Rubén Ortiz Yáñez que fue asesor de nuestra tesis ya que gracias a todo su apoyo brindado incondicionalmente así como su paciencia y más que a su experiencia en la elaboración y dirección se concluyo satisfactoriamente este trabajo. Para el M.C. Juan de Jesús Neri Escutia Gómez por su tiempo invertido como asesor en este trabajo ya que con su apoyo y ayuda se logró la culminación del mismo. Al Ing. José Antonio Martínez Hernández que fue jurado en esta tesis, ya que dedico su tiempo y aportó su experiencia, sugerencias y comentarios para darle una mayor eficiencia a este trabajo. Al Ing. Sergio Rosas Cérqueda jurado en esta tesis por sus comentarios y sugerencias a este trabajo.

A MIS FAMILIARES Y AMIGOS A mi hermana Janette Moreno Ortíz que fue un apoyo a lo largo de mi carrera, la cual me brindo su ayuda y me dio animo para concluir mis estudios. A Michel Ordorica Silva que a lo largo de mi estancia en el politécnico y en especial en la carrera me dio ánimos para esforzarme y seguir adelante, por su ejemplo de superación personal, cariño, lealtad y amor, gracias. A Karem Becerril Arenas, Luis Ángel Olvera Cortez, Areli Susana Castañon Martínez y Priscila Maqueda Hernández por su amistad, apoyo, cariño, amor y comprensión gracias.

DISEÑO DE ILUMINACIÓN PARA UNA TIENDA COMERCIAL

IV

DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE PARA UNA TIENDA COMERCIAL

CONTENIDO

§ PLANTEAMIENTO. § JUSTIFICACIÓN. § OBJETIVO GENERAL Y ESPECÍFICOS § INTRODUCCIÓN. § NOMENCLATURA.

ÍNDICE

CAPITULO I. GENERALIDADES DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y PRINCIPIOS DE LA ILUMINACIÓN ARTIFICIAL.

1.1 Concepto de edificio inteligente 1

1.2 Inteligencia artificial 2

1.2.1 Grados de inteligencia 3

1.3 Impacto de ahorro de energía en la iluminación 3

1.4 Impacto ambiental 5

1.5 Principios de la iluminación artificial 5

1.5.1 Órgano visual 5

1.5.2 Alumbrado 7

1.5.3 Fotometría 8

1.5.3.1 Flujo luminoso 9

1.5.3.2 Intensidad luminosa 10

1.5.3.3 Iluminancia 10

1.5.3.4 Ley inversa de los cuadrados 11

1.5.3.5 Luminancia 12

1.5.3.6 Rendimiento luminoso 12

1.5.3.7 Gráficos y diagramas 13


V

CAPITULO II. LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA.

2.1 Antecedentes Historicos 16

2.2 Lámparas ahorradoras de energía 17

2.3 Tipos de lámparas ahorradoras de energía. 17

2.3.1 Lámparas de bajo voltaje. 17

2.3.2 Lámparas fluorescentes compactas. 19

2.3.3 Partes de una CFL. 21

2.3.4 Funcionamiento de una lámpara CFL. 23

2.3.5 Ventajas de las lámparas CFL. 25

2.3.6 Características de las lámparas CFL. 25 2.4 Campo de aplicación de las lámparas ahorradoras compactas. 27

2.5 Lámparas fluorescentes con balastro electrónico. 27

2.5.1 Tubo de descarga. 28

2.5.2 Balastro electromagnético. 29

2.5.3 Funcionamiento de las lámparas fluorescentes. 29

2.5.4 Ventajas de las lámparas fluorescentes. 31

2.5.5 Código de identificación de los tubos fluorescentes de acuerdo

con su diámetro. 31

2.6 Lámparas de alta intensidad (HID). 32

2.6.1 Lámparas de luz mixta. 33

2.6.2 Lámparas de vapor de mercurio. 33

2.6.3 Lámparas de vapor de sodio de alta presión (HPS). 33

2.6.4 Lámparas de vapor de sodio de baja presión (LPS). 34


VI

2.6.5 Lámparas de aditivos metálicos (MH). 34

2.6.6 Lámparas multi-vapor de MH. 35

2.6.7 Lámparas multi-vapor “XL” de vapor de mercurio. 35

2.6.8 Lámparas multi-vapor “Watt-Miser” de vapor de mercurio. 35

2.7 Instrucciones de instalación y remplazo de la lámpara. 35

2.8 Instrucciones de operación. 36

2.9 Lámpara de LED 36

2.9.1 Historia de la lámpara de LED. 36

2.9.2 Comparación Tecnológica de Lámparas de Bajo Consumo y Ahorradores. 37

2.9.3 El SSL (LED de luz blanca) 37

2.9.4 Características Especiales de Iluminación Interior con Lámparas de LED 38

CAPITULO III. DISEÑO, CARACTERÍSTICAS Y MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA ILUMINACIÓN.

3.1 Definición de iluminación 39

3.2 Métodos de calculo 40

3.2.1 Método de lumen 41

3.2.1.1 Nivel de iluminacion requerido. 41

3.2.1.2 Elección de la fuente luminosa. 42

3.2.1.3 Selección del sistema de alumbrado. 42

3.2.1.3.1 Iluminación directa. 42

3.2.1.3.2 Iluminación semi-directa. 43

3.2.1.3.3 Iluminación difusa. 43

3.2.1.3.4 Iluminación semi-indirecta. 43

3.2.1.3.5 Iluminación indirecta. 43

3.2.1.4 Elección de luminarios. 44


VII

3.2.1.5 Propiedades esteticas. 44

3.2.1.5.1 Altura de montaje. 44

3.2.1.5.2 Índice del local. 45

3.2.1.5.3 Coeficiente de utilización. 46

3.2.1.5.4 Factor de mantenimiento. 47

3.2.1.5.5 Número de luminarios. 48

3.2.1.5.6 Distribución adecuada de luminarios. 48

3.2.2 Método punto por punto. 49

3.2.2.1 Componentes directas de un punto. 50

3.2.3 Tipos de alumbrado. 51

3.2.3.1 Alumbrado general. 51

3.2.3.2 Alumbrado suplementario. 52

3.2.4 Niveles de iluminación según la SMII. 57

CAPITULO IV. CÁLCULO Y CONTROL DE LA ILUMINACIÓN.

4.1 Dimensiones del local. 59

4.2 Niveles de iluminación. 60

4.3 Elección de la fuente luminosa. 61

4.4 Selección del sistema de iluminación. 61

4.5 Elección del luminario. 61

4.6 Altura de montaje. 63

4.7 Índice del local. 63

4.8 Coeficiente de utilización. 64

4.9 Factor de mantenimiento. 64

4.10 Luminarios requeridos. 64


VIII

4.11 Distribución de luminarias. 64

4.12 Calculo de iluminación para áreas relocalizadas. 65

4.12 Alumbrado de emergencia. 69

CAPITULO V Control de la iluminación

5.1 Dispositivos y equipo para el control de la iluminación. 71

5.2 Sensores de presencia. 71 5.2.1 Sensores de luz. 73

5.2.1 Atenuadores (dimmers). 73

5.2.3 Temporizadores (timmers). 73 5.3 Microcontroladores. 73 5.3.1 Control conmutado y temporizado para sistemas globales de control de iluminación de LEVITON. 74 5.4 Monitoreo del control de la iluminación 77 5.5 Beneficios del control de la iluminación. 77 5.6 Diseño del control para la iluminación. 78 5.7 Programación de los paneles Z-MAX. 78 CAPITULO VI Evaluación de costos. 6.1 Aplicaciones del cálculo de costos. 84 6.2 Concepto de costo. 84 6.3 Clasificación según su grado de variabilidad. 85 6.4 Clasificación según su asignación. 86 6.5 Parámetros para fijar los costos directos e indirectos en el diseño de la iluminación. 86


IX

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 87 BIBLIOGRAFÍA. 89 ANEXOS. 90

Plano del centro comercial Plano de iluminación general Plano de iluminación relocalizadas.


X

PLANTEAMIENTO

A favor del ahorro de energía y el buen aprovechamiento de la misma se plantea

diseñar una iluminación en función de las necesidades requeridas por los dueños de

una tienda comercial ya que en la actualidad es demandado un confort por el usuario,

durante su actividad de adquisición de bienes, perecederos y comestibles; esto conlleva

a buscar una solución para que la estancia en el establecimiento sea más placentera y

cómoda; así mismo para que el edificio comercial tenga un alto número de usuarios

quienes son potenciales clientes del negocio y se esta manera producirán ganancias.

Por ello se pretende efectuar el diseño de la iluminación con el concepto de iluminación

inteligente, lo cual implica proyectar luminarios eficaces con lámparas ahorradoras de

energía propia para este inmueble y la automatización del sistema de iluminación

aplicando microcontroladores lógicos y sensores de presencia, foto celdas, etc.; de tal

forma que se logre la administración de la energía eléctrica demandada por la

iluminación y con esto obtener un ahorro de energía sustancial, lo cual repercutirá en un

costo menor y se verá reflejado en la facturación o recibo de la energía consumida.

Este diseño de iluminación inteligente se pretende aplicar a una tienda comercial

denominado “Comercial Center” en el cual su diseño es de alta vanguardia a nivel de

tecnología así como su diseño de construcción, este es un proyecto nuevo que toma

como referencia a centros comerciales europeos el cual se localizara en Av. Vasco de

Quiroga Nº 3800 antigua mina de Totoloapan delegación Cuajimalpa, Distrito Federal.


XI

JUSTIFICACIÓN

En la actualidad se producen desperdicios sustanciales de energía eléctrica en los

diferentes sectores industriales y comerciales lo cual se ve ampliamente reflejado en la

factura total pagada por dicho servicio; por lo cual se propone el diseño de la

iluminación inteligente aplicando el concepto de edificio inteligente para pretender un

sustancial ahorro de energía eléctrica y al mismo tiempo un ahorro de recursos

económicos, todo esto por medio de la utilización y aplicación de tecnología de

vanguardia en lo que se refiere a lámparas ahorradoras de energía, luminarias eficaces

y dispositivos de control eléctrico así como la correcta utilización de la luz natural para

obtener la administración de energía en el sistema de iluminación y crear en el inmueble

un ambiente agradable para los clientes de un centro comercial.

Con el ahorro de energía eléctrica logrado en un sistema de iluminación de esta

envergadura, esto implica menos demanda de energía eléctrica y en consecuencia se

abate la necesidad de la generación de ella y si consideramos que un alto porcentaje

se genera a través de plantas termoeléctricas, las cuales consumen energético fósil

para su producción, y este proceso produce una emisión importante de dióxido de

carbono (CO2) a la atmosfera lo cual contribuye a la contaminación.

Este ángulo ecológico que aparentemente no se nota pero se manifiesta en el medio

ambiente (calentamiento global), nos permite desde este enfoque también justificar el

presente proyecto, además del económico, manifestado en la facturación por el ahorro

de energía en un sistema de iluminación inteligente.

Se selecciono esta tienda comercial, ya que representa una vanguardia a la tecnología

actual para los clientes que buscan un confort y una satisfacción dentro del centro; este

es el máximo diseño en iluminación inteligente en toda la república mexicana a nivel

centro comercial puesto que en la zona que se ubica construido así lo requiere.


XII

OBJETIVO GENERAL

Diseñar la iluminación inteligente de una tienda comercial aplicando luminarias

eficaces, lámparas ahorradoras de energía y dispositivos de control electrónico, para

proporcionar luz artificial en la cantidad y calidad adecuada en donde y cuando se

necesite.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Crear condiciones de confortabilidad para clientes y trabajadores en una tienda

comercial en lo que se refiere al sistema de iluminación con criterio de ahorro de

energía.

Mostrar a plenitud productos y servicios que ofrece la tienda comercial realizando

una correcta administración.

Automatizar el sistema eléctrico para optimizar el uso de energía eléctrica sin

demeritar confortabilidad y exposición de productos.


XIII

INTRODUCCIÓN

AHORRO DE ENERGÍA El ahorro de energía y el aprovechamiento de las energías renovables son acciones que permiten cuidar bienes públicos como los energéticos no renovables y el medio ambiente. Igualmente, permiten fortalecer la competitividad de la economía, cuidar la economía familiar y hacer un uso más eficiente de la infraestructura energética del país. En México, la facturación energética anual supera los 400 mil millones de pesos anuales de acuerdo a la CONAE. Según la experiencia nacional e internacional, se pueden lograr ahorros de más del 20% de la energía que actualmente se consume con acciones cuyo costo es casi nulo o con inversiones con altas tasas de retorno. Esto significa que, en México, se pueden ahorrar, sin modificar los servicios que se tienen gracias a la energía, más de 80 mil millones de pesos anuales en la facturación energética. 1 En los comercios y empresas, el uso eficiente de la energía permite reducir costos de operación y producción, para así elevar significativamente los márgenes de utilidad y afrontar los retos de competitividad ante la globalización de las economías. La reducción del consumo de energía en las grandes superficies comerciales implica mejorar la eficacia en energética de los procesos existentes en el sector, tanto por lo que se refiere a las instalaciones como por lo que respecta a las condiciones de uso y funcionamiento. En el presente proyecto, se lleva a cabo un repaso de las tecnologías disponibles en el mercado para aumentar la eficiencia energética de las instalaciones y mejorar el impacto sobre el medio ambiente a la ve que se incrementa el confort de los usuarios. En los grandes almacenes, los departamentos (confección, deportes, hogar, complementos, etc.) se distribuyen por plantas en un edificio de diseño vertical. Prácticamente no existen acristalamientos en el cierre del edificio, lo cual conlleva tener que utilizar alumbrado artificial. Asimismo, la disposición en altura obliga a utilizar energía para desplazar personas y mercancías de forma vertical. Las políticas del gobierno en este campo a través de los programas de ahorro y uso eficiente de energía, propician la sensibilización empresarial para buscar afanosamente la excelencia de sistemas de calidad con prácticas integrales y complementarias inherentes al uso de la electricidad. En este sentido, la optimización en el uso de la energía conlleva la modernización tecnológica, así como el control de factores contaminantes.

1 catalogo FIDE 2003 2ª edición.


XIV

NOMENCLATURA

Nombre Símbolo Descripción

Tensión V Es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un circuito.

Corriente A Es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material.

Dióxido De Carbono

CO2

Es un gas incoloro, denso y poco reactivo; cuyas moléculas están compuestas por dos átomos de oxígeno y uno de carbono.

Bióxido De Azufre

SO2

Es un gas incoloro con un característico olor asfixiante y es el principal causante de la lluvia ácida ya que en la atmósfera es transformado en ácido sulfúrico.

Joule J Unidad del Sistema Internacional designado para esfuerzo y trabajo.

Intensidad Luminosa

I Es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta.

Candela Cd Es la intensidad luminosa emitida por una fuente.

Iluminancia E Es el flujo luminoso que incide sobre una superficie por unidad de área.

Lux Lx Es el nivel de iluminación en un determinado lugar u objeto.

Luminancia

L

Es la densidad angular y superficial de flujo luminoso que incide, atraviesa o emerge de una superficie siguiendo una dirección determinada.

Reflectancia Ρ Cantidad de energía que es reflejada por un objeto luego de que este incide sobre él.

Transmitancia τ ó λ Capacidad de dejar pasar la luz sobre un cuerpo. Watts

W

Es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio.

Lumen Lm Es la unidad del flujo Luminoso. Flujo Luminoso F ó ø

Es la cantidad de luz que emite una fuente de luz.

Flujo Radiante FR ó øR

Es la medida de la potencia luminosa total emitida.

Rendimiento Luminoso

lm/W el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida.

CAPITULO 1 GENERALIDADES DE ILUMINACION INTELIGENTE Y PRINCIPIOS DE LA ILUMINACIÓN ARTIFICIAL

1

CAPITULO 1 GENERALIDADES DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y PRINCIPIOS DE

LA ILUMINACIÓN ARTIFICIAL. 1.1 Concepto De Edificio Inteligente Es muy difícil dar con exactitud una definición sobre un edificio inteligente, por lo que se citarán diferentes conceptos, de acuerdo a la compañía, institución o profesional de que se trate. Intelligent Building Institute (IBI), Washington, D.C., E.U. Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente de trabajo productivo y eficiente a través de la optimización de sus cuatro elementos básicos: estructura, sistemas, servicios y administración, con las interrelaciones entre ellos. Los edificios inteligentes ayudan a los propietarios, operadores y ocupantes, a realizar sus propósitos en términos de costo, confort, comodidad, seguridad, flexibilidad y comercialización. Compañía HoneywelI, S.A. de C. V., México, D.F. Se considera como edificio inteligente aquél que posee un diseño adecuado que maximiza la funcionalidad y eficiencia en favor de los ocupantes, permitiendo la incorporación y/o modificación de los elementos necesarios para el desarrollo de la actividad cotidiana, con la finalidad de lograr un costo mínimo de ocupación, extender su ciclo de vida y garantizar una mayor productividad estimulada por un ambiente de máximo confort. Compañía AT&T, S.A. de C.V., México, D.F. Un edificio es inteligente cuando las capacidades necesarias para lograr que el costo de un ciclo de vida sea el óptimo en ocupación e incremento de la productividad, sean inherentes en el diseño y administración del edificio. Como un concepto personal, considero un edificio inteligente aquél cuya regularización, supervisión y control del conjunto de las instalaciones eléctrica, de seguridad, informática y transporte, entre otras, se realizan en forma integrada y automatizada, con la finalidad de lograr una mayor eficacia operativa y, al mismo tiempo, un mayor confort y seguridad para el usuario, al satisfacer sus requerimientos presentes y futuros. Esto sería posible mediante un diseño arquitectónico totalmente funcional, modular y flexible, que garantice una mayor estimulación en el trabajo y, por consiguiente, una mayor producción laboral. Objetivos Los objetivos o finalidad de un edificio inteligente, son los siguientes:

a) Satisfacer las necesidades presentes y futuras de los ocupantes, propietarios y operadores del edificio. b) La flexibilidad, tanto en la estructura como en los sistemas y servicios. c) El diseño arquitectónico adecuado y correcto. d) La funcionalidad del edificio.


2

e) La modularidad de la estructura e instalaciones del edificio. f) Mayor confort para el usuario. g) La no interrupción del trabajo de terceros en los cambios o modificaciones. h) El incremento de la seguridad. i) El incremento de la estimulación en el trabajo. j) La humanización de la oficina.

Tecnológicos

a) La disponibilidad de medios técnicos avanzados de telecomunicaciones. b) La automatización de las instalaciones. c) La integración de servicios

Ambientales

a) La creación de un edificio saludable. b) El ahorro energético. c) El cuidado del medio ambiente.

Económicos

a) La reducción de los altos costos de operación y mantenimiento. b) Beneficios económicos para la cartera del cliente. c) Incremento de la vida útil del edificio. d) La posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios. e) La relación costo-beneficio. f) El incremento del prestigio de la compañía.

1.2 Inteligencia Artificial La Inteligencia Artificial es una de las ramas de la informática que ha sido capaz de cumplir con muchas de las esperanzas y las predicciones iníciales. La posibilidad de construir una maquina que pueda rivalizar o superar la capacidad de razonamiento del cerebro humano ha atraído durante muchos años la imaginación del hombre. No existe una definición para la IA que tenga aun aceptación general lo cual no es de extrañar ya que tampoco ha existido nunca una definición universalmente aceptada de la inteligencia humana. La mayor parte de la controversia actual acerca de lo que constituye y de lo que no constituye una evidencia de (inteligencia artificial) en una maquina podría compararse con la preocupación de los filósofos medievales acerca del numero exacto de ángeles que ocuparían la cabeza de un alfiler. Lo que si podemos afirmar es que ciertas técnicas y sistemas en el campo de la informática son reconocidos como facetas de la IA. En términos muy generales, dichas técnicas consisten en lograr que un computadora haga algo que si lo realizase un ser humano se considerara como inteligente. Debemos destacar los puros calculo numéricos y la ejecución de las tareas rutinarias y considerar solo las acciones que parezcan conllevar algún aspecto del poder del razonamiento humano tales como la


3

capacidad de abstracción, generalización, inventiva y por supuesto la capacidad de recordar. Una definición que se le puede dar ya que el tema es muy extenso es que es la disciplina que se encarga de construir procesos que al ser ejecutados sobre una arquitectura física producen acciones o resultados que maximizan una medida de rendimiento determinada, basándose en la secuencia de entradas percibidas y en el conocimiento almacenado en tal arquitectura. 2 ¿Puede ser un edificio inteligente? Claro que se puede desarrollando un software "inteligente" para la operación del edificio. Diseñado para generar rutas de salida en caso de incendio, tomando en consideración las características estructurales del edificio y las necesidades de los usuarios de un edificio que requiera una mayor satisfacción. 1.2.1 Grados de inteligencia. A continuación analizaremos los grados de inteligencia de un edificio y del punto de vista tecnológico.

Grado 1. Inteligencia mínima Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no esta integrado. Existe una automatización de la actividad y servicios de comunicaciones aun que no están integrados. Grado 2. Inteligencia media. Tiene un sistema de automatización totalmente integrado, sistemas de automatización de la actividad; sin una completa integración de las comunicaciones. Grado 3. Inteligencia máxima. Sus sistemas de automatización del edificio y de la actividad y comunicaciones se encuentran totalmente integrados. Para el desarrollo de este proyecto se deben involucrar como mínimos los siguientes sistemas.

Sistema de automatización del edificio. Sistema de automatización de la actividad. Sistema de comunicaciones.

Con lo cual se integrara el edificio con un nivel de inteligencia aceptable. 1.3 Impacto De Ahorro De Energía en la iluminación. Normalmente la iluminación representa solo una parte del total de la electricidad utilizada en una instalación típica; pero siempre es el primer objetivo que se busca cuando se requieren tomar medidas para ahorrar energía eléctrica., es entonces cuando surgen criterios equivocados como: 2 http://portal.ingenet.com.mx


4

Reducir los niveles de iluminación de los mínimos requeridos a efecto de tener menos luminarias en operación.

Otro es optar por luminarios convencionales considerando únicamente la

inversión inicial., en lugar de invertir en equipos de iluminación ahorradores de energía eléctrica.

Lo anterior resulta totalmente contraproducente, pues estos supuestos beneficios se contrarrestan por una baja productividad de los empleados y por un incremento en los costos de operación y mantenimiento. Al diseñar un sistema de iluminación para un edificio bajo el concepto de ahorro de energía se debe de considerar: Teniendo en cuenta que el costo inicial, incluye el costo del equipo, colocación e instalación contra el costo de operación producido por el consumo de energía eléctrica y el costo de mantenimiento donde incide principalmente la vida de la fuente luminosa. Actualmente es posible ahorrar hasta un 70% en el consumo de energía con la aplicación de lámparas ahorradoras de energía eléctrica y la automatización de la iluminación; en comparación con equipos tradicionales, sin que ello signifique sacrificar los niveles de iluminación establecidos para desarrollar cada tarea deseada o especificada. A continuación este concepto se ilustra con la grafica productividad y niveles de iluminación.3 3 http://www.fide.org.mx/consejos_aee/PDF/EnergiaenEspera.pdf

La anterior consideración (costo inicial vs costo de operación + mantenimiento); y el conocimiento de fuentes luminosas ahorradoras de energía con la aplicación adecuada de la automatización en la iluminación, siempre impactaran positivamente en la decisión del diseño de la iluminación en un edificio inteligente o bien en cualquier otro inmueble; sin menoscabo del nivel de iluminación.

COSTO INICIAL VS COSTO DE OPERACIÓN + COSTO DE MANTENIMIENTO.


5

1.4 Impacto Ambiental Además, con sistemas de iluminación eficientes se obtiene un beneficio en el medio ambiente; que se manifiesta al disminuir el consumo de energía; pues consecuentemente se disminuye la generación de energía eléctrica del país; de tal forma, si todas las empresas y negocios aplicaran productos más eficientes; se lograría ahorrar energía aproximadamente hasta un 50%, esto significa retardar la instalación de nuevas plantas generadoras del tipo: Carbo Eléctricas, Termoeléctricas Y Turbo Jet. 4 Las cuales para su operación utilizan combustibles pesados y contaminantes por el tipo de emisión que producen. Por lo anterior se podría obtener una reducción estimada en los niveles de "Bióxido de azufre (SO2) de 7 a 5 % y en el bióxido de carbono (CO2), que son la principal causa de la lluvia ácida; todo esto según "La Agencia De Protección Ambiental (EPA)", por lo cual gradualmente se esta cambiando el clima global; esto es conocido como: “Efecto Invernadero”. 1.5 Principios De Iluminación Artificial Características de la luz artificial. La luz artificial es indispensable cuando la natural desaparece. Si en una habitación bien decorada no se han tomado en cuenta los cambios de luz, todo su encanto desaparece cuando la iluminación se torna deficiente. Si se conocen y manejan óptimamente los efectos que produce cada tipo de luz artificial, ésta no representará ningún problema. Luz combustible. Se obtiene del fuego, como las velas, lámparas de petróleo o kerosene, una chimenea, etc. Esta luz es irregular y parpadea mucho, por esto sólo debe utilizarse decorativamente. Iluminación incandescente. Despide luz cálida: foco, vela, halógeno. Iluminación de descarga. Emite luz blanca: fluorescentes.

1.5.1 Órgano Visual Agudeza Visual o poder separador del ojo Es la facultad de éste para apreciar dos objetos más o menos separados. Se define como el "mínimo ángulo bajo el cual se pueden distinguir dos puntos distintos al quedar separadas sus imágenes en la retina"; para el ojo normal se sitúa en un minuto la abertura de este ángulo. Depende asimismo de la iluminación y es mayor cuando más intensa es ésta.

4 Ibídem

Sin tratar de profundizar más con la explicación del párrafo anterior, inmediatamente se acota que el ahorro de energía eléctrica también genera un impacto positivo en el medio ambiente y en consecuencia no se puede soslayar.


6

Campo visual Es la parte del entorno que se percibe con los ojos, cuando éstos y la cabeza permanecen fijos. A efectos de mejor percepción de los objetos, el campo visual lo podemos dividir en tres partes:

Campo de visión neta: visión precisa. Campo medio: se aprecian fuertes contrastes y movimientos. Campo periférico: se distinguen los objetos si se mueven.

Análisis ergonómico y características de una iluminación funcional Una iluminación correcta es aquella que permite distinguir las formas, los colores, los objetos en movimiento y apreciar los relieves, y que todo ello, además, se haga fácilmente y sin fatiga, es decir, que asegure el confort visual permanentemente. El análisis ergonómico de la iluminación de un puesto o zona de trabajo, pasa por tener en cuenta los siguientes condicionantes:

Condicionantes del observador. Condicionantes del entorno. Condicionantes de la tarea. Condicionantes de la estructura.

Condicionantes del observador Dentro de este factor analizaremos:

Capacidad visual. Edad.

La capacidad visual de una persona viene determinada por las facultades más importantes del ojo, que son las siguientes:

La agudeza visual. La sensibilidad al contraste. La rapidez de percepción.

Condicionantes del entorno Dentro de los condicionantes del entorno se analizará:

Dimensiones. Colores. Forma. Función. Textura


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Condicionantes de la tarea Los condicionantes de la tarea que deben tenerse en cuenta para una correcta iluminación son:

Dimensiones de los objetos a observar o manipular. Contraste. Dificultad de la tarea (duración, velocidad de respuesta, etc.).

Condicionantes de la estructura Se analizará en este apartado los condicionantes inherentes a la estructura en función de:

Posición de los puntos de luz. Distribución lumínica (dispersa, concentrada). Tipología y diseño de los puntos de luz. Significado cultural del tipo de luz. Relación luz natural - luz artificial.

Condiciones para el confort visual Para asegurar el confort visual hay que tener en cuenta básicamente tres puntos, que situados por orden de importancia son los siguientes:

Nivel de iluminación. Deslumbramientos. Equilibrio de las luminancias.

No debemos, no obstante, olvidarnos de otro factor fundamental para conseguir un adecuado confort visual en los puestos de trabajo, que es el tipo de iluminación: natural o artificial. La iluminación de los locales de trabajo debe realizarse, siempre que no existan problemas de tipo técnico, con un aporte suficiente de luz natural, aunque ésta, por sí sola, no garantiza una iluminación correcta, ya que varía en función del tiempo. Es preciso pues compensar su insuficiencia o ausencia con la luz artificial. 1.5.2. Alumbrado A fin de prefijar la iluminación apropiada para una zona industrial, es necesario en primer lugar analizar la tarea visual a desarrollar y determinar la cantidad y tipo de iluminación que proporcione el máximo rendimiento visual y cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad. El segundo paso consiste en seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luz requerida de la manera más satisfactoria. Análisis de la Tarea Visual. El tamaño, el brillo, el contraste y el tiempo se han definido como las características principales que determinan la visibilidad relativa de un objeto. Además de estas características fundamentales, en la tarea visual influyen por otra serie de factores, de los que los más importantes son probablemente el acabado del objeto( que va del mate


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al brillante y del suave al áspero), la naturaleza del material con respecto a la transmisión de luz ( desde lo opaco al traslúcido y hasta el transparente) el grado del efecto tridimensional (desde una superficie lisa hasta una de relieve complicado) y las características de reflexión de los alrededores más inmediatos. Distintas combinaciones de estos factores pueden dar lugar a una infinita variedad de problemas de alumbrado industrial. La selección del mejor tipo de alumbrado para una situación determina lleva consigo la consideración de la cantidad de luz, el grado de difusión, la dirección y la calidad espectral. La cantidad adecuada de luz para realizar cómodamente una tarea visual concreta es siempre un requisito fundamental. Algunas tipos de trabajos se llevan a cabo mejor con luz muy difusa, al objeto de eliminar las sombras. Otras admiten una fuerte componente direccional, lo que incluso es preferible en algunos casos en los que deben apreciarse irregularidades de contorno y superficie. En algunas aplicaciones, las imágenes reflejadas de una fuente de bajo brillo en una zona extensa pueden mejorar la visibilidad, en cambio en otras reflexiones especialmente si la fuente es de alto brillo pueden ser en extremo molestas. Algunos procesos de inspección se llevan mejor acabo con luz transmitida que con luz reflejada. El color de la luz puede servir a veces para aumentar el contraste y la visibilidad. Son los casos en que el trabajo se encuentre en un sitio distinto del banco de trabajo normal. El alumbrado deben proyectarse teniendo presente este punto. Selección del Equipo En la práctica, la selección de la fuente y del equipo depende tanto de razones económicas como de la naturaleza de la tarea visual y del contorno. La extensión y forma de la zona a iluminar, la reflectancia de las paredes techos y suelos, las horas de funcionamientos anuales, la potencia nominal y otros factores menos importantes deben tenerse en cuenta al seleccionar el equipo Idóneo que habrá de ser económico tanto por su funcionamiento como por su instalación. El grado requerido de fidelidad de color es también importante en la elección de la fuente de la luz. Calidad del alumbrado. La iluminación de interiores puede involucrar las consideraciones referentes a calidad tales como las relaciones de brillo, deslumbramiento directo, reflectancias y acabos apropiados de paredes, suelos, elementos estructurales y máquinas. La importancia de estos factores de calidad varía de acuerdo con la severidad y duración de la tarea visual, pero nunca deben olvidarse. Ambiente agradable. La gente realiza sus trabajos mejor en un ambiente en el que están a gusto. Por ello, el proyecto de un buen alumbrado influye consideraciones que conciernen a todo el contorno. A menudo se puede hacer mucho en este sentido coordinando las combinaciones de colores modelos de luz y el entramado de los interiores con la selección de la fuente de luz y las luminarias. 1.5.3 Fotometría Como ya sabemos, la luz es una forma de radiación electromagnética comprendida entre los 380 nm y los 770 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano.


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Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su máximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo). Con la fotometría pretendemos definir unas herramientas de trabajo, magnitudes y gráficos, para la luz con las que poder realizar los cálculos de iluminación. Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenómenos luminosos La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de energía. Si la energía se mide en joule (J) en el Sistema Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es más simple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, una bombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminancia, la luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz. 1.5.3.1 Flujo luminoso Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60 W. Está claro que la de 60 W dará una luz más intensa. Pues bien, esta es la idea: ¿cuál luce más? o dicho de otra forma ¿cuánto luce cada bombilla?

Figura 1.1 Lámparas incandescentes de distintas potencias eléctricas.

Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos sólo a la potencia consumida por la bombilla de la cual solo una parte se convierte en luz visible, es el llamado flujo luminoso. Podríamos medirlo en watts (W), pero parece más sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que tome como referencia la radiación visible. Empíricamente se demuestra que a una radiación de 555 nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen.5

Se define el flujo luminoso como la potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. Su símbolo es y su unidad es el lumen (lm). A la relación entre watts y lúmenes se le llama equivalente luminoso de la energía y equivale a:

5 http://edison.upc.edu/curs/llum/fotometria/magnitud.html


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NOMBRE SÍMBOLO UNIDAD

Flujo luminoso Lumen(lm)

1.5.3.2 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 fácil ver que sólo ilumina en una dirección. Parece claro que necesitamos conocer cómo se distribuye el flujo en cada dirección del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa.

Flujo Luminoso

Intensidad Luminosa

Figura 1.2 Diferencia entre flujo e intensidad luminosa.

Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad la candela (cd).

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD IMAGEN

Intensidad luminosa

I

Candela (cd)

1.5.3.3 Iluminancia Quizás haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes distancias. Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente iluminada por un círculo pequeño y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y la luz débil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia.


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Figura 1.3 Iluminación a distintas distancias.

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad el lux (lx) que es un lm/m2.

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD

Iluminancia

E Lux (lx)

En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que ocurre cuando oímos alejarse a un coche; al principio se oye alto y claro, pero después va disminuyendo hasta perderse. 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 válida si la dirección del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie. 1.5.3.4 Ley inversa de los cuadrados:

Figura 1.4 Ley de los cuadrados inversos.

A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del coseno. Es fácil ver que si = 0 nos queda la ley inversa de los cuadrados. Si expresamos EH y EV en función de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda:


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En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

1.5.3.4 Luminancia Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia). Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos luz reflejada procedente de un cuerpo la definición es la misma. Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su símbolo es L y su unidad es la cd/m2. También es posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/cm2) o el nit (1 nt = 1 cd/m2).

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD IMAGEN

luminancia

L

Candela/metro cuadrado (cd/m2)

1.5.3.5 Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa. Ya mencionamos al hablar del flujo luminoso que no toda la energía eléctrica consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, etc.) se transformaba en luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo o ultravioleta), etc.


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Figura 1.5 Rendimiento luminoso. Para hacernos una idea de la porción de energía útil definimos el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida, que viene con las características de las lámparas (25 W, 60 W...). Mientras mayor sea mejor será la lámpara y menos gastará. La unidad es el lumen por watt (lm/W).

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD

Rendimiento luminoso

Ƞ

1.5.3.6 Gráficos y diagramas. Cuando se habla en fotometría de magnitudes y unidades de media se definen una serie de términos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de cálculo. Pero no hemos de olvidar que las hipótesis utilizadas para definirlos son muy restrictivas (fuente puntual, distribución del flujo esférica y homogénea, etc.). Aunque esto no invalida los resultados y conclusiones obtenidas, nos obliga a buscar nuevas herramientas de trabajo, que describan mejor la realidad, como son las tablas, gráficos o programas informáticos. De todos los inconvenientes planteados, el más grave se encuentra en la forma de la distribución del flujo luminoso que depende de las características de las lámparas y luminarias empleadas.


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Figura 1.6 Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz. A menudo no le daremos mucha importancia a este tema, como pasa en la iluminación de interiores, pero será fundamental si queremos optimizar la instalación o en temas como la iluminación de calles, decorativa, de industrias o de instalaciones deportivas.

A continuación veremos los gráficos más habituales en luminotecnia: Diagrama polar o curva de distribución luminosa. En estos gráficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas (I,C, ). La primera de ellas I representa el valor numérico de la intensidad luminosa en candelas e indica la longitud del vector mientras las otras señalan la dirección. Diagramas isocandela. A pesar de que las curvas de distribución luminosa son herramientas muy útiles y prácticas, presentan el gran inconveniente de que sólo nos dan información de lo que ocurre en unos pocos planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta qué pasa en el resto. Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representación plana con información sobre la intensidad en cualquier dirección se definen las curvas isocandela. En los diagramas isocandelas se representan en un plano, mediante curvas de nivel, los puntos de igual valor de la intensidad luminosa. Cada punto indica una dirección del espacio definida por dos coordenadas angulares.

Curvas isolux. Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se obtienen a partir de características de la fuente luminosa, flujo o intensidad luminosa, y dan información sobre la forma y magnitud de la emisión luminosa de esta. Por contra, las curvas isolux hacen referencia a las iluminancias, flujo luminoso recibido por una superficie, datos que se obtienen experimentalmente o por cálculo a partir de la matriz de intensidades usando la fórmula:

Estos gráficos son muy útiles porque dan información sobre la cantidad de luz recibida en cada punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado público donde de un vistazo nos podemos hacer una idea de como iluminan las farolas la calle.


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Figura 1.7 tabla de definiciones básicas de iluminación.

CAPITULO 2 LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

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CAPITULO 2 LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

2.1 Antecedentes Históricos Desde que Thomas Alva Edison patentó la bombilla incandescente, en 1879, se han venido desarrollando hasta la fecha otros tipos de lámparas menos consumidoras de energía eléctrica y de características mucho más eficientes. Desde los albores de la humanidad el método más común de obtener luz ha sido generando previamente calor, como ocurre cuando hacemos una antorcha con la rama de un árbol o encendemos una vela, o una lámpara de queroseno. Por otra parte, si calentamos un trozo de metal con una llama intensa, veremos como a medida que se calienta pasa del color naranja al amarillo intenso. Pero si además logramos impartirle una temperatura tan alta como para que alcance el estado de incandescencia, obtendremos entonces luz blanca. Esa es la manera de lograr que una lámpara incandescente emita luz. En el caso específico de una lámpara o bombilla incandescente, la corriente eléctrica que fluye por el delgado filamento metálico de tungsteno provoca que se caliente a una temperatura tan alta, que al llegar al blanco incandescente emite luz visible. Debido a ese fenómeno físico, el 90% del total de la energía eléctrica que consume una lámpara incandescente para emitir luz se pierde por disipación de calor al medio ambiente, sin que esa pérdida reporte ningún beneficio útil. En la práctica, durante todo el tiempo que permanece encendida una lámpara incandescente disipa más radiaciones infrarrojas (no visibles, pero que se perciben en forma de calor), que ondas electromagnéticas de luz visible para el ojo humano. No obstante, millones de hogares en todo el mundo se alumbran todavía con lámparas incandescentes, a pesar de que desde finales de los años 30 del siglo pasado existen otros tipos de lámparas con similares o mejores prestaciones y menor consumo energético. Entre esas lámparas se encuentran, por ejemplo, los tubos rectos y circulares de lámparas fluorescentes y, de aparición más reciente, las lámparas fluorescentes compactas ahorradoras de energía CFL.

CAPITULO 2 LAMPARAS AHORRADORAS DE ENERGIA

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2.2 Lámparas Ahorradoras De Energía Las constantes investigaciones sobre nuevas fuentes de luz artificial persiguen dos objetivos fundamentales incrementar el rendimiento luminoso e igualar el color de la luz artificial a la luz natural. Las lámparas ahorradoras son producto de este desarrollo tecnológico en el renglón de la iluminación. 1 2.3 Tipos de lámparas ahorradoras de energía

Lámpara de bajo voltaje. Lámparas fluorescentes compactas. Lámparas fluorescentes con balastro electrónico. Lámparas de energía de alta intensidad con halógenos metálicos.

2.3.1 Lámparas Halógenas De Bajo Voltaje. Es una lámpara reflectora de vidrio prensado y bulbo con halógeno encapsulado de alta eficiencia y gran flujo luminoso que ahorra energía y a la vez suministra un haz de luz de alta calidad y de gran precisión. Existen 3 tipos de lámparas

par – 38 par 16 par – 20/30

Figura 2.1 Lámparas de halógeno de bajo voltaje.

v Características de la par-38

Las lámparas halógenas aventajan a las incandescentes convencionales, debido a las siguientes características.

Las lámparas par 38 de 45w, 60w, y 90w, tienen un bulbo halógeno encapsulado con un filamento doble espiral izado y base roscada con faldón.

1 http://www.asifunciona.com/electronica/af_cfl/af_cfl_1.html


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Son de alta eficiencia gracias a su exclusivo sistema óptico y a la alta tecnología desarrollada en el diseño de reflector; por lo que al sustituir a lámparas reflectoras convencionales de mayores consumos (60w vs 75w; 60w y 90w vs 150w) se logra un importante ahorro de energía manteniendo el nivel de iluminación y la alta calidad de luz.2

Luz más blanca y brillante que realza los objetos iluminados.

Mayor eficiencia.

El flujo luminoso y la temperatura de color se mantienen constantes durante toda

su vida, ya que no se ennegrece el bulbo.

Son de construcción robusta, resistente a la intemperie.

v Características generales de la par 16. La lámpara par 16 es un reflector halógeno de 51mm de diámetro, con casquillo

rosca y opera a 120v. de esta manera se elimina la dificultad de tener que usar soquets especiales y transformadores, como los que requieren otras lámparas halógenas compactas, tal como la dicronica simplificando notablemente su instalación.

El cuerpo de cerámica fija el bulbo halógeno garantizando que el filamento

permanezca en el punto focal del reflector con lo que se logra tener un preciso control del haz luminoso, siendo este intenso, brillante, homogéneo y constante durante toda la vida útil de la lámpara.

Las lámpara par 16 de 40w y 60w, son mas eficientes en comparación con otras

de su tipo en el mercado, incluyendo el tipo JDR. El ahorro de energía que se obtiene con las Masterline al sustituir a las par 16 convencionales de 55w y 75w es de 27% a 20% suministrado a la misma cantidad de luz.3

2 Control eléctrico en los sistemas de edificios inteligentes; Ing. Rubén Ortíz Yáñez; Instituto Politécnico Nacional.

3 Ibídem.


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v Características generales de la par 20/30 Diseñadas con un reflector especial, que junto con el lente, forma un sistema de

de reflexión que controla y define con precisión el has de luz el bulbo halógeno esta encapsulado y posesionado óptimamente en el punto focal del reflector.

Opera a 130v y tiene un base roscada, por lo que es un remplazo directo e

lámparas reflectoras R20 Y R30 convencionales.

La lámpara par 30 es la única de su tipo en el mercado fabricadas con un cuello largo con lo que se puede aplicar sin necesidad de usar algún adaptador ajustándose a las dimensiones de las luminarias para lámpara R30 y optimizando la salida de luz.

La lámparas por par 20/30 son de alta eficiencia y proporcionan con el mismo o

menor consumo de energía una mayor cantidad que las reflectoras convencionales.

2.3.2 Lámparas Fluorescentes Compactas CFL Las lámparas ahorradoras de energía denominadas CFL (Compact Fluorescent Lamp – Lámpara Fluorescente Compacta) son una variante mejorada de las lámparas de tubos rectos fluorescentes, que fueron presentadas por primera vez al público en la Feria Mundial de New York efectuada en el año 1939. Desde su presentación al público en esa fecha, las lámparas de tubos fluorescentes se utilizan para iluminar variados tipos de espacios, incluyendo nuestras casas. En la práctica el rendimiento de esas lámparas es mucho mayor, consumen menos energía eléctrica y el calor que disipan al medio ambiente es prácticamente despreciable en comparación con el que disipan las lámparas incandescentes.

Figura 2.2 Lámparas Fluorescentes Compactas CFL.


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Generalmente las lámparas o tubos rectos fluorescentes son voluminosos y pesados, por lo que en 1976 el ingeniero Edward Hammer, de la empresa norteamericana GE, creó una lámpara fluorescente compuesta por un tubo de vidrio alargado y de reducido diámetro, que dobló en forma de espiral para reducir sus dimensiones. Así construyó una lámpara fluorescente del tamaño aproximado de una bombilla común, cuyas propiedades de iluminación eran muy similares a la de una lámpara incandescente, pero con un consumo mucho menor y prácticamente sin disipación de calor al medio ambiente. Aunque esta lámpara fluorescente de bajo consumo prometía buenas perspectivas de explotación, el proyecto de producirla masivamente quedó engavetado, pues la tecnología existente en aquel momento no permitía la producción en serie de una espiral de vidrio tan frágil como la que requería en aquel momento ese tipo de lámpara. Sin embargo, con el avance de las tecnologías de producción, hoy en día, además de las lámparas CFL con tubos rectos, las podemos encontrar también con el tubo en forma de espiral, tal como fueron concebidas en sus orígenes y que podemos ver en la foto de la derecha. No obstante, en la década de los años 80 del siglo pasado otros fabricantes apostaron por la nueva lámpara y se arriesgaron a lanzarla al mercado, pero a un precio de venta elevado, equivalente a lo que hoy serían 30 dólares (unos 27 euros aproximadamente) por unidad. Sin embargo, los grandes pedidos que hizo en aquellos momentos el gobierno norteamericano a los fabricantes y su posterior subvención por el ahorro que representaban estas lámparas para el consumo de energía eléctrica, permitieron ir disminuyendo poco a poco su precio, hasta acercarlo al costo de producción.4 Hoy en día una lámpara CFL estándar, entre 9 y 14 watt, se puede adquirir normalmente en diferentes establecimientos comerciales, a un precio que oscila alrededor de los 2 euros o menos (equivalente a algo más de 2 dólares), aunque se fabrican también con diferentes estructuras y potencias, que se comercializan a un precio más alto.

4 Ibídem


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Figura 2.3 Partes de una lámpara cfl (Cortesía Philips).

2.3.3 Partes De Una Lámpara CFL Las lámparas fluorescentes CFL constan de las siguientes partes: Tubo Fluorescente: Se componen de un tubo de unos 6 mm de diámetro aproximadamente, doblados en forma de “U” invertida, cuya longitud depende de la potencia en watt que tenga la lámpara. En todas las lámparas CFL existen siempre dos filamentos de tungsteno o wolframio (W) alojados en los extremos libres del tubo con el propósito de calentar los gases inertes, como el neón (Ne), el kriptón (Kr) o el argón (Ar), que se encuentran alojados en su interior. Junto con los gases inertes, el tubo también contiene vapor de mercurio (Hg). Las paredes del tubo se encuentran recubiertas por dentro con una fina capa de fósforo.

Tubo fluorescente compacto

Plato montaje

Balastro electrónico.

Polvo fluorescente tricromatico.

Clips de fijación

Cuerpo de policarbonato.

Casquillo roscado E-26


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Figura 2.4 Filamentos colocados dentro de los tubos de una lámpara CFL. Base: La base de la lámpara ahorradora CFL se compone de un receptáculo de material plástico, en cuyo interior hueco se aloja el balasto electrónico. Unido a la base se encuentra un casquillo con rosca normal E-27 (conocida también como rosca Edison), la misma que utilizan la mayoría de las bombillas o lámparas incandescentes. Se pueden encontrar también lámparas CFL con rosca E-14 de menor diámetro (conocida como rosca candelabro). No obstante, existen variantes con otros tipos de conectores, de presión o bayoneta, en lugar de casquillos con rosca, que funcionan con un balasto electrónico externo, que no forma parte del cuerpo la lámpara. Balasto Electrónico: Las lámparas CFL son de encendido rápido, por tanto no requieren cebador (encendedor, starter) para encender el filamento, sino que emplean un balasto electrónico en miniatura, encerrado en la base que separa la rosca del tubo de la lámpara. Ese balasto suministra la tensión o voltaje necesario para encender el tubo de la lámpara y regular, posteriormente, la intensidad de corriente que circula por dentro del propio tubo después de encendido. El balasto electrónico se compone, fundamentalmente, de un circuito rectificador diodo de onda completa y un oscilador, encargado de elevar la frecuencia de la corriente de trabajo de la lámpara entre 20 000 y 60 000 hertz aproximadamente, en lugar de los 50 ó 60 hertz con los que operan los balastos electromagnéticos e híbridos que emplean los tubos rectos y circulares de las lámparas fluorescentes comunes antiguas.5

5 Tesis Diseño de iluminación inteligente para un inmueble de oficinas. Oyamel Magdiel Castro Silva IPN.


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Figura 2.5 Elementos que componen el balasto electrónico. 2.3.4 Funcionamiento de una lámpara CFL El funcionamiento de una lámpara fluorescente ahorradora de energía CFL es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y manuable. Cuando enroscamos la lámpara CFL en un portalámpara (igual al que utilizan la mayoría de las lámparas incandescentes) y accionamos el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador de diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara. A continuación un circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado en función de amplificador de corriente, un enrollado o transformador (reactancia inductiva) y un capacitor o condensador (reactancia capacitiva), se encarga de originar una corriente alterna con una frecuencia, que llega a alcanzar entre 20 mil y 60 mil ciclos o hertz por segundo. La función de esa frecuencia tan elevada es disminuir el parpadeo que provoca el arco eléctrico que se crea dentro de las lámparas fluorescentes cuando se encuentran encendidas. De esa forma se anula el efecto estroboscópico que normalmente se crea en las antiguas lámparas fluorescentes de tubo recto que funcionan con balastos electromagnéticos (no electrónicos).


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Figura 2.6 Partes de una CFL. Desde el mismo momento en que los filamentos de una lámpara CFL se encienden, el calor que producen ioniza el gas inerte que contiene el tubo en su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos. A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos. En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, cuya misión será la de mantener el arco eléctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno. A partir de que los filamentos de la lámpara se apagan, la única misión del arco eléctrico será continuar y mantener el proceso de ionización del gas inerte. De esa forma los iones desprendidos del gas inerte al chocar contra los átomos del vapor de mercurio contenido también dentro de tubo, provocan que los electrones del mercurio se exciten y comiencen a emitir fotones de luz ultravioleta. Dichos fotones, cuya luz no es visible para el ojo humano, al salir despedidos chocan contra las paredes de cristal del tubo recubierto con la capa fluorescente. Este choque de fotones ultravioletas contra la capa fluorescente provoca que los átomos de fluor se exciten también y emitan fotones de luz blanca, que sí son visibles para el ojo humano, haciendo que la lámpara se encienda.


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2.3.5 Ventajas de las lámparas ahorradoras CFL comparadas con las incandescentes.

Ahorro en el consumo eléctrico. Consumen sólo la 1/5 parte de la energía eléctrica que requiere una lámpara incandescente para alcanzar el mismo nivel de iluminación, es decir, consumen un 80% menos para igual eficacia en lúmenes por watt de consumo (lm-W). 6

Recuperación de la inversión en 6 meses (manteniendo las lámparas encendidas

un promedio de 6 horas diarias) por concepto de ahorro en el consumo de energía eléctrica y por incremento de horas de uso sin que sea necesario reemplazarlas. 7

Tiempo de vida útil aproximado entre 8000 y 10000 horas, en comparación con

las 1000 horas que ofrecen las lámparas incandescentes.

No requieren inversión en mantenimiento.

Generan 80% menos calor que las incandescentes, siendo prácticamente nulo el riesgo de provocar incendios por calentamiento si por cualquier motivo llegaran a encontrarse muy cerca de materiales combustibles.8

Ocupan prácticamente el mismo espacio que una lámpara incandescente.

Tienen un flujo luminoso mucho mayor en lúmenes por watt (lm-W) comparadas

con una lámpara incandescente de igual potencia.

Se pueden adquirir con diferentes formas, bases, tamaños, potencias y tonalidades de blanco.

2.3.6 Características de las lámparas ahorradoras CFL

Son compatibles con los portalámparas, zócalos o “sockets” de las lámparas incandescentes de uso común.

Al igual que las lámparas incandescentes, sólo hay que enroscarlas en el

portalámparas, pues no requieren de ningún otro dispositivo adicional para funcionar.

6 Ibídem

7 Revista sobre el ahorro de energía eléctrica; FIDE Año 12 Num 47.

8 http://www.iluminet.com.mx/sustentabilidad/estudio-de-calidad-de-lamparas-ahorradoras-de-energia/


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Disponibles en tonalidades “luz de día” (daylight) y “luz fría” (cool light), sin que introduzcan distorsión en la percepción de los colores.

Encendido inmediato tan pronto se acciona el interruptor, pero con una luz débil

por breves instantes antes que alcancen su máxima intensidad de iluminación.

Precio de venta al público un poco mayor que el de una lámpara incandescente de igual potencia, pero que se compensa después con el ahorro que se obtiene por menor consumo eléctrico y por un tiempo de vida útil más prolongado.

Tonalidades de blanco

Tonalidades Temperatura del color en grados Kelvin (ºK) Blanco extra cálido 2 700 (Igual que una incandescente) Blanco cálido 3 500 Blanco 3 500

Tabla 2.1.Tonalidades de blanco. 9

Comparación entre una lámpara CFL de 11W y otra incandescente equivalente de 60W

Parámetro Fluorescente CFL Incandescente común

Potencia 11 W (watt) 60 W Entrega de luz 600 lm (lúmenes) 720 lm

Eficiencia 600 lm - 11W = 54,35 lm – W 720 lm-60W = 12 lm-W

Vida útil 8 000 a 10 000 horas 1 000 horas Lámparas necesarias

para cubrir 8 000 horas de trabajo.

1 8

Consumo de energía para 8 000 horas de

trabajo.

11 x 8 000 / 1 000 = 88 kW-h

60 x 8 000 / 1 000 = 480 kW-h

Relación del consumo eléctrico en %.

18,3 % 100 %

Tabla 2.2 Comparación de Lámparas ahorradoras vs. Convencionales.10

9 Tesis Diseño de iluminación inteligente para un inmueble de oficinas. Oyamel Magdiel Castro Silva IPN.

10 http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_00/lamparas.pdf


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2.4 Campo de aplicación Lámparas Fluorescentes Compactas

Baños. Pasillos. Privados. Oficinas.

Lámparas Fluorescentes Ahorradoras De Energía Eléctrica.

Escuelas. Edificios de oficinas. Industrias. Hospitales. Centros comerciales. Laboratorios. Pasillos de circulación.

Nota: En general donde se requiera alumbrados generales y se busque el ahorro de energía durante su operación. Lámparas De Halogenuros Metálicos. Son ideales para la iluminación interna y externa. En el edificio inteligente se aplica para la iluminación de: Internas

Auditorios. Salas. Estacionamientos bajo techo. Vestíbulos.

Exterior

Monumentos. Jardines. Fachadas a gran altura.

2.5 Lámparas fluorescentes con balastro electrónico. Las lámparas fluorescentes producen el 70% de la luz artificial en todo el mundo. Su economía excelente y características eco-amigable hacen la primera elección para muchas aplicaciones. Las lámparas fluorescentes se combinan la eficacia luminosa con bajo consumo de energía. En la actualidad las lámparas fluorescentes se han convertido en el medio de iluminación de uso más generalizado en comercios, oficinas, sitios públicos, viviendas, etc. Sin embargo, no todas las personas conocen cómo funcionan, cómo emiten luz sin generar apenas calor, ni cómo pueden desarrollar más lúmenes por watt (lm/W) con


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menor consumo de energía eléctrica, comparadas con las lámparas incandescentes en igualdad de condiciones de iluminación. La tecnología más antigua conocida en las lámparas fluorescentes es la del encendido por precalentamiento. De ese tipo de lámpara aún quedan millones funcionando en todo el mundo a pesar del avance tecnológico que han experimentado en estos últimos años y las nuevas variantes que se han desarrollado. Sin embargo, su principio de funcionamiento no ha variado mucho desde 1938 cuando se introdujeron las primeras en el mercado. A continuación se mencionan cuales son las partes principales que componen las lámparas fluorescentes más elementales:

Tubo de descarga Casquillos con los filamentos Cebador, encendedor o arrancador (starter) Balastro (ballast)

2.5.1 Tubo de descarga. El cuerpo o tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrica de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende, fundamentalmente, de la potencia en watt (W) que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a 25,4 mm (equivalente a una pulgada) en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar con forma circular. La pared interior del tubo se encuentra recubierta con una capa de sustancia fosforescente o fluorescente, cuya misión es convertir los rayos de luz ultravioleta (que se generan dentro y que no son visibles para el ojo humano), en radiaciones de luz visible. Para que eso ocurra, su interior se encuentra relleno con un gas inerte, generalmente argón (Ar) y una pequeña cantidad de mercurio (Hg) líquido. El gas argón se encarga de facilitar el surgimiento del arco eléctrico que posibilita el encendido de la lámpara, así como de controlar también la intensidad del flujo de electrones que atraviesa el tubo.

Figura 2.7 partes de una lampara flourecente

A. Patillas o pines de contacto. B. Electrodos.


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C. Filamento de tungsteno. D. Mercurio (Hg) líquido. E. Átomos de gas argón (Ar). F. Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (P). G. Tubo de descarga de cristal. 2.5.2 Balastro electromagnético El balasto electromagnético fue el primer tipo de inductancia que se utilizó en las lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes:

Núcleo. Parte fundamental del balasto. Lo compone un conjunto de chapas metálicas que forman el cuerpo o parte principal del transformador, donde va colocado el enrollado de alambre de cobre.

Carcasa. Envoltura metálica protectora del balasto. Del enrollado de los balastos magnéticos comunes salen dos o tres cables (en dependencia de la potencia de la lámpara), que se conectan al circuito externo, mientras que de los balastos electrónicos salen cuatro.

Sellador. Es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el núcleo del balasto. Su función es actuar como aislante entre el enrollado, las chapas metálicas del núcleo y la carcasa.

Capacitor o filtro. Se utiliza para mejorar el factor de potencia de la lámpara, facilitando que pueda funcionar más eficientemente.

2.5.3 Funcionamiento de las lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes funcionan de la siguiente forma:

Figura 2.8 Componentes de una lámpara fluorescente.


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1. Cuando se activa el interruptor de una lámpara de luz fluorescente conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico.

2. El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda.

3. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrico necesario para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón.

4. Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón (Ar) contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro.

5. La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo de corriente a través del circuito en derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas:

a. Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación.

b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contra electromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara.

6. Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza hacerlo ahora atravesando interiormente el tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos.

7. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo.

8. Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los electrones libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta.


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9. Los fotones de luz ultravioleta, invisible para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo (P) que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos fósforo (P), los que emiten, a su vez, fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca.

10. El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que estos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta tanto activemos de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito.

2.5.4 Ventajas de las lámparas fluorescentes

Entre las ventajas de las lámparas fluorescentes se encuentran las siguientes:

Aportan más luminosidad con menos watt de consumo.

Tienen bajo consumo de corriente eléctrica.

Poseen una vida útil prolongada (entre 5 mil y 7 mil horas).

Tienen poca pérdida de energía en forma de calor.

2.5.5 Código de identificación de los tubos fluorescentes de acuerdo con su diámetro.

T-12 1,5 pulgadas 38,1 mm

T-8 1 pulgada 25,4 mm T-5 5/8 pulgada 15,87 mm T-2 2/8 pulgada 6,3 mm

(La cifra a continuación de la letra “T” representa el diámetro del tubo expresado en octavos de pulgada).

En la actualidad la mayoría de los tubos de lámparas fluorescentes que se fabrican corresponden al tipo T-8, de 1 pulgada de diámetro (25,4 mm).

A continuación se muestra una tabla donde aparecen reflejados los diferentes tipos de lámparas fluorescentes, de acuerdo con las tonalidades de luz blanca que emiten y su correspondiente temperatura de color en grados Kelvin (ºK).


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2.6 Lámparas de Alta Intensidad de Descarga (HID) Las fuentes de alta intensidad de descarga incluyen lámparas de mercurio, aditivos metálicos, sodio de alta presión (HPS) y sodio de baja presión. La luz se produce en las fuentes HID a través de la descarga de un arco gaseoso, usando una variedad de elementos. Cada lámpara HID consiste en un tubo de arco que contiene ciertos elementos o mezcla de elementos, que se gasifican y generan una radiación visible cuando se genera un arco entre los electrodos en cada polo. Las principales ventajas de las fuentes HID, son su alta eficacia en lúmenes por watt, larga vida de la lámpara y para un buen control de luz. Entre las desventajas se incluyen la necesidad de un balastro para regular la corriente de la lámpara y el voltaje así como ayuda para el arranque de HPS y el retraso en reiniciar instantáneamente después de de una interrupción de energía momentánea.

Figura 2.7 Especificaciones técnicas de las lámparas HID.


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Figura 2.8 Tipos de bases de las lámparas.

2.6.1 Lámparas de luz mixta Las lámparas de Luz Mixta combinan la emisión de luz de una lámpara de Vapor de Mercurio con una lámpara Incandescente. Este tipo de lámparas no requiere de un equipo auxiliar (balastro) para limitar la corriente ya que en su interior cuentan con un filamento de tungsteno que realiza la función del balastro y a la vez emite luz. Las lámparas de Luz Mixta están construidas de un bulbo exterior con un tubo de arco interior hecho de cuarzo y un filamento hecho de tungsteno, el tubo de arco opera a alta presión a muy altas temperaturas (aprox. 1,100°C). 2.6.2 Lámparas de vapor de mercurio Las lámparas de Vapor de Mercurio están construidas de un bulbo exterior con un tubo de arco interior hecho de cuarzo, el tubo de arco opera a alta presión a muy altas temperaturas (aprox. 1100°C). El tubo de arco y el bulbo exterior podrían romperse debido a diversas causas internas o factores externos tales como una falla en la alimentación o en la aplicación. La vida de las lámparas de mercurio es buena, en promedio 24,000 horas para la mayoría de las lámparas de mayor potencia. Sin embargo, la salida de luz disminuye en mayor medida con el paso del tiempo, por lo que la vida operacional económica es muy corta. La eficacia oscila entre los 30 y 60 lúmenes por watt, siendo las potencias más altas, más eficientes que las más bajas. Advertencia: Las lámparas de Vapor de Mercurio, están fabricadas con un tubo de arco dentro de un bulbo exterior al vacío, por lo cual si el bulbo llegara a quebrarse ocasionaría una implosión. Como medidas preventivas, se recomienda el uso de lentes y guantes de seguridad, cuando se instalen y desmonten las lámparas. 2.6.3 Lámparas de vapor de sodio alta presión (HPS) Las lámparas de Vapor de Sodio Alta Presión, son lámparas de descarga y requieren de tiempo para un reencendido y alcanzar su máxima luminosidad después de una falla en el suministro. Para obtener el consumo eléctrico total (Watts) agregue el consumo de los equipos auxiliares utilizados.


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En la década de los setenta, al tiempo que los crecientes costos de energía ponían mayor énfasis en la eficiencia de la iluminación, las lámparas de sodio de alta presión lograron un uso generalizado. Con eficacias que van desde 80 a 140 lúmenes por watt, estas lámparas proveen hasta siete veces más luz por watt que las incandescentes y cerca del doble que algunas de mercurio o fluorescentes. La eficacia de esta fuente no es su única ventaja; una lámpara HPS también ofrece una vida más larga (24,000 horas) y las mejores características de mantenimiento de lumen de todas las fuentes HID.11 2.6.4 Lámparas de vapor de sodio baja presión (LPS) La mayor objeción al uso de las HPS es su color amarillento; ideal para la mayoría de las aplicaciones industriales y exteriores. Sodio de baja presión (LPS) El sodio de baja presión ofrece la eficacia inicial más alta de todas las lámparas en el mercado hoy en día, desde 100 hasta 180 lúmenes por watt. Sin embargo, el que la salida de las LPS está en la porción amarilla del espectro visible, esto produce un rendimiento de color en extremo pobre y desagradable. El control de esta fuente es más difícil que otras fuentes HID por el gran tamaño del tubo de arco. La vida promedio de las lámparas de sodio de baja presión es de 18,000 horas. A pesar que el mantenimiento de lumen a lo largo de su vida es bueno con las LPS, hay un contrapeso por el incremento en la potencia de la lámpara, lo que reduce la eficiencia de este tipo de lámpara con el uso.12 Advertencia: Las lámparas de Vapor de Sodio Alta Presión, están fabricadas con un tubo de arco dentro de un bulbo exterior al vacío, por lo cual si el bulbo llegará a quebrarse ocasionaría una implosión. Como medidas preventivas, se recomienda el uso de lentes y guantes de seguridad, cuando se instalen y desmonten las lámparas.

2.6.5 Lámparas de aditivos metálicos (MH) Las lámparas de aditivos metálicos son similares en construcción a las lámparas de mercurio, con la adición de otros elementos metálicos en el tubo de arco. Los mayores beneficios de este cambio, son un incremento en la eficacia de 60 a 100 lúmenes por watt y una mejora en el rendimiento de color al grado que esta fuente es adecuada para áreas comerciales. El control de luz de una lámpara de aditivos metálicos es más precisa que el de una lámpara de mercurio deluxe ya que la luz emana del pequeño tubo de arco, no de la parte externa del foco de la lámpara recubierta. Una desventaja de la lámpara de aditivos metálicos es una vida más corta (7,500 a 20,000 horas) comparada con las lámparas de mercurio y de sodio de alta presión.13 El tiempo de arranque de la lámpara de aditivos metálicos es aproximadamente la misma que para lámparas de mercurio. Sin embargo, el reinicio, después que una reducción del voltaje ha extinguido la lámpara, puede tomar bastante más tiempo, de cuatro hasta doce minutos dependiendo del tiempo que la lámpara requiera para enfriarse.

11

The General electric Story" 1876-1986, A Hall of History Publication, Schenectady, Nueva York, Octubre 1989,

tercera impresión, segunda impresión. 12

http://www.geiluminacion.com/mx/download/3.hid.pdf 13

Ibídem


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2.6.6 Lámparas multi-vapor de aditivos metálicos Las lámparas de Aditivos Metálicos están construidas de un bulbo exterior con un tubo de arco interior hecho de cuarzo, el tubo de arco opera a alta presión a muy altas temperaturas (aprox. 1100 °C). El tubo de arco y el bulbo exterior podrían romperse debido a diversas causas internas o factores externos tales como una falla en la alimentación o en su aplicación. Advertencia: Esta lámpara causa serias quemaduras e inflamación en los ojos por la emisión de rayos ultravioleta en el caso de que el bulbo exterior se quiebre y el tubo de arco siga operando. En caso de que lo anterior suceda, desconecte inmediatamente la energía y deje enfriar la lámpara. Posteriormente reemplace la lámpara dañada por una nueva. 2.6.7 Lámparas multi-vapor “alto rendimiento-xl” de vapor de mercurio Advertencia: Esta lámpara puede causar serias quemaduras en la piel e inflamación en los ojos, provocados por la radiación de la banda corta ultravioleta, en el caso de ocurrir una ruptura o perforación en la envoltura externa de la lámpara, y el tubo de arco continúe funcionando. No la utilice en locales donde las personas permanecerán más que algunos minutos, a menos que estén debidamente protegidas o se implanten algunas precauciones de seguridad. Algunos tipos de lámparas que se apagan automáticamente cuando el bulbo externo sufre una ruptura o perforación (fabricadas por la empresa General Electric) se encuentran disponibles comercialmente en Estados Unidos. Estas son las lámparas autoapagables SAF T-GARD® de Mercurio y las Multi-Vapor®. 2.6.8 Lámparas de multi-vapor “Watt-Miser” de vapor de mercurio Advertencia: Esta lámpara puede causar serias quemaduras en la piel e inflamación en los ojos, provocados por la radiación de banda corta ultravioleta, en el caso de ocurrir una ruptura o perforación en la envoltura externa de la lámpara, y que los tubos en arco continúen funcionando. No la utilice en locales donde las personas permanecerán más que algunos minutos, a menos que estén debidamente protegidas o se implanten algunas precauciones de seguridad. Algunos tipos de lámparas que se apagan automáticamente cuando la envoltura externa sufre alguna ruptura o perforación-fabricadas por la empresa General Electric- se encuentran disponibles comercialmente en Estados Unidos. Estas son las lámparas autoapagables SAF-T-GARD® de mercurio y las Multi-Vapor®. 2.7 Instrucciones de Instalación / Remplazo de Lámpara: Para instalar o remplazar la lámpara se desactiva la energía eléctrica que alimenta a la lámpara. Hay que esperar que la luminaria y la lámpara se enfríen. Instalar la lámpara en luminarias cerradas con cristal resistente a altas temperaturas o algún otro tipo de protección resistente a altas temperaturas. Si la lámpara es tocada directamente con la mano limpie la lámpara con una franela humedecida con alcohol frotando la franela a lo largo de la lámpara.


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2.8 Instrucciones de Operación: La lámpara debe ser operada utilizando un balastro a tierra y arrancador. Estos deben ser compatibles con los especificados aprobadas por GE. El consumo de electricidad total debe ser la suma de los Watts del balastro más los Watts de la lámpara. No operar la lámpara a más del 110% de rango de Watts de la lámpara. La lámpara MQI puede ser operada durante 24 horas/día durante 7 días/semana y debe de ser apagada durante un período de 15 min. (Cada semana).

Figura 2.9 Tipos De Lámparas Hid Proporcionada Por General Electric.

2.9 Lámpara de LED

Por los últimos 150 años, la tecnología de la iluminación fue limitada principalmente a la incandescencia y a la fluorescencia. Mientras que han emergido las tecnologías derivadas tales como lámparas de descarga de alta intensidad, ninguna ha alcanzado la eficiencia de la energía que excedían 200 lm/W (para las lámparas monocromáticas de sodio de baja presión), con la iluminación incandescente se ha alcanzando generalmente una eficacia de menos de 18 lm/W.

2.9.1 Historia de las Lámparas de LED

Con el advenimiento de los LED comerciales en los años 60, sin embargo, una nueva clase de iluminación llegó a estar disponible. Los LED pueden consumir menos electricidad que la iluminación convencional y pueden producir menos del calor a consecuencia del subproducto. Sin embargo, los sistemas comerciales del LED no son actualmente tan eficientes como la iluminación fluorescente. Vea la eficacia luminosa para una comparación.

Los LED iníciales eran rojos en color, con las variantes amarillas y anaranjadas siguiendo pronto después de eso. sin embargo, un LED azul era necesario, el cual fue descubierto más adelante con la ciencia material e investigación y se desarrollo extensivamente.


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El SSL (LED de luz blanca) ha sido descrito por el Ministerio de Estados Unidos de Energía como la tecnología que emergía giratoria que promete alterar encenderse en el futuro. Es la primera nueva tecnología de la iluminación a emerger adentro sobre 40 años y, con sus rendimientos energéticos y ahorros de costo, tiene el potencial de sustituir muchos accesorios existentes de iluminación.

2.9.2 Comparación Tecnológica de Lámparas de Bajo Consumo y Ahorradores

Las lámparas incandescentes (bombillas)

Crean la luz funcionando con electricidad a través de un filamento fino, de tal modo calentando el filamento a una muy alta temperatura y produciendo la luz visible. El proceso incandescencia, sin embargo, se considera altamente ineficaz, sobre el 98% de su energía se emite como luz infrarrojo invisible (o calor). Las lámparas incandescentes, sin embargo, son relativamente baratas de producir. La esperanza de vida típica de una lámpara incandescente es alrededor 1.000 horas.

Las lámparas fluorescentes (bombillas) funcionan pasando electricidad a través del vapor de mercurio, que alternadamente produce la luz ultravioleta. La luz ultravioleta entonces es absorbida por un fósforo que se cubre dentro de la lámpara, haciéndola brillar intensamente, y expedir luz fluorescente. Mientras que el calor generado por las lámparas fluorescentes es mucho menor que sus contrapartes incandescentes, las eficacias todavía se pierden en la generación de la luz ultravioleta y convertir esta luz en luz visible. Además, el mercurio es perjudicial a la salud, y debido a una ruptura de la lámpara, la exposición a la sustancia puede ser peligroso. Las lámparas fluorescentes son típicamente de cinco a seis veces más caras a comparación de las lámparas incandescentes, pero tienen vidas alrededor de 10.000 horas, duran 10 veces más que la bombilla convencional.

2.9.3 El SSL (LED de luz blanca)

Alcanza su propósito agrupando mas LED pequeños en una manera ordenada, de tal modo creando una viga unificada. El SSL se puede abarcar del LED blanco, o de unos que sean mezcla de diversos colores de LED, se mezclan para producir la luz blanca o similar. Las ventajas inherentes del SSL son iguales que las de un LED. Las ventajas

Incluyen:

• Alta durabilidad - ningún filamento o tubo que se pueda romper;

• Alta vida - los LED duran aproximadamente 50,000 a 100.000 horas;

• Consumo de baja electricidad - Reducción en el pago de su proveedor de servicios eléctricos;

• Flexibilidad en el tamaño - Por su tamaño usted puede utilizar varios LEDs en un mismo dispositivo, dependiendo de la iluminación que requiera;

• Baja generación de calor - El SSL genera menor calor a comparación de las bombillas tradicionales.


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También debido a su bajo consumo de energía. El LED puede ser encendido por medio de celdas solares de carga las cuales pueden abastecer los mismo por un tiempo prolongado. Su uso esta siendo muy importante en cuestiones de vialidad y transito.

Iluminación Interior con Lámparas de LED de Alta Intensidad Con la más nueva tecnología de lámparas con LEDs en el mercado, se ha creado la nueva iluminación a base de LEDs para interiores, lámparas de LEDs para iluminar el hogar, oficinas, salas de conferencias y plazas comerciales en interiores, ahorrando más de 50% y hasta 80% de energía. Con una vida útil de 50,000 horas lo cual es todavía más larga que las antiguas lamparas y las ahorradoras de energía.

Este tipo de iluminación interior con LEDs desplazara en poco tiempo a la anteriormente llamada la iluminación mercurial, ya que con esta tecnología de LED, se ahorra energía y esto beneficia a toda población que requiera de iluminación o luminarias de LED en su hogar, oficinas, salas de conferencias y plazas comerciales.

Aparte la vida útil de estas lámparas de LED es aun mayor a la convencional iluminación mercurial, ya que con el sistema de control que tienen este tipo de lámparas de LEDs pueden durar hasta 50,000 horas de servicio continuo utilizándolas 10 horas al día. Con lo cual estaríamos hablando de una vida igual o mayor a los 13 años.

2.9.4 Características Especiales de Iluminación Interior con Lámparas de LEDs

Somos una empresa exportadora y mayorista de iluminación interior con lámparas de LED de alta intensidad, recientemente terminamos de mejorar nuestro diseño de nuestras lámparas de LED y a continuación pueden ver sus ventajas:

• Lentes Ópticos: Utilizamos lentes ópticos para las lámparas de LED en vez de de los lentes transparentes convencionales que anteriormente se utilizaban. Con esto obtenemos un mejor ángulo de iluminación interior, mas no deslumbra directamente.

• Lámparas con LED´s de alta intensidad: Utilizamos las lámparas con LED´s de 0.5W en vez de las lámparas con LED´s de baja intensidad que anteriormente se utilizaban. Ahora esta generando mas de 80 lumenes/watt de brillo, eso significa que ahora esta dando 50% mas brillo que antes.

• Lámparas con LED de Alta Intensidad para Iluminación Interior

CAPITULO 3 MÉTODOS DE CÁLCULO Y CARACTERÍSTICAS DE LA ILUMINACIÓN.

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CAPITULO 3 MÉTODOS DE CÁLCULO Y CARACTERÍSTICAS DE LA ILUMINACIÓN

3.1 Definición de iluminación La Iluminación se define como luz cayendo sobre una superficie, medida en pies candelas. Distribuida con un plan económico y visual, se convierte en iluminación de ingeniería y por lo tanto, en iluminancia práctica. Un diseñador de iluminación tiene cuatro objetivos principales:

Proveer la visibilidad requerida basada en la tarea a realizarse y los objetivos económicos.

Brindar iluminación de alta calidad mediante niveles de iluminancia uniforme y mediante la minimización de efectos negativos de brillo directo y reflejado.

Escoger luminarias estéticamente complementarias a la instalación con características mecánicas, eléctricas y de mantenimiento, diseñadas para minimizar el costo operativo.

Minimizar el uso de energía al tiempo que se consiguen los objetivos de visibilidad, calidad y estéticos.

Hay dos partes para la solución de un problema de diseño. Uno es seleccionar los luminarios que están diseñadas para controlar la luz de una manera efectiva y con eficiencia energética. La otra es aplicarlos al proyecto con toda la habilidad e inventiva que el diseñador pueda lograr para obtener el mejor fruto de sus conocimientos y de todas las fuentes confiables a su disposición. A su vez, antepone una selección de productos de iluminación de calidad que usan las mejores técnicas de diseño y manufactura de la ciencia y tecnología de la iluminación disponible hoy en día. Su uso asegura lo más novedoso en calidad de iluminación, economía, distribución de luz, eficiencia de la energía y control de brillo. Una de las primeras decisiones en el diseño de un buen sistema de iluminación es la elección de una fuente de luz. Hay disponible un número de fuentes de luz, cada una con su combinación única de características operativas. Una de las pocas características de lámpara que el diseñador de iluminación debe considerar cuando escoge una fuente de luz, deben incluir la eficacia, o lúmenes por watt; color; vida de la lámpara; y depreciación de lumen de la lámpara, o el porcentaje de salida que una lámpara pierde durante su vida. A pesar de que hay cientos de lámparas en el mercado hoy en día, estas pueden ser clasificadas por construcción y características operativas, en tres grupos: incandescente, fluorescente y alta intensidad de descarga (HID). Las lámparas HID pueden ser agrupadas en cuatro clases principales: sodio de alta presión, aditivos metálicos, mercurio y sodio de baja presión.


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El objetivo de un luminario es modificar la distribución luminosa de la lámpara, según las características deseadas y ocultar la fuente luminosa de la visión directa del observador, con el fin de evitar el deslumbramiento. Una buena iluminación, cuando se trata de alumbrado comercial, es determinante para la atracción del público. Considerando así mismo, que una quinta parte de la vida del hombre transcurre bajo iluminación artificial, se entiende el interés por realizar proyectos de iluminación interior en una forma práctica, donde conducen los factores de economía, comodidad visual y el sistema de alumbrado más propio para una determinada función. Por lo tanto una óptima iluminación interior debe observar cuatro características o condiciones principales:

Prever una cantidad de luz suficiente. Evitar todas las causas del deslumbramiento. Suministrar luminarios apropiados para cada caso particular. Utilizar fuentes luminosas que aseguren la distribución de los colores.

3.2 Métodos De Cálculos Básicamente, existen dos métodos para calcular cualquier tipo de alumbrado, a conocer:

u Método de lumen u Método de punto por punto

El primero proporciona un nivel medio en lux mediante la utilización de una formula relativamente sencilla, cuando se conocen los parámetros indicados, pero debiendo ser cuidadosamente analizados cada uno de ellos, previamente para obtener resultados prácticos exactos.

( )( )( )( )( )FMFUC

AL

....

E=

El método de punto por punto requiere un cómputo separado de la contribución de cada luminaria a la iluminación total y teniendo en cuenta las fuentes luminosas, los luminarios y las instalaciones actuales, virtualmente es inaplicable en los interiores. Por lo general es aplicado únicamente en locales abiertos que involucran el alumbrado con proyectores de campo abierto.


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3.2.1 Método de Lumen La aplicación de este método en la resolución de un problema de alumbrado general, contempla los siguientes parámetros. 3.2.1.1 Nivel de iluminación requerido: Este nivel es necesario para conseguir una visión eficaz, rápida y confortable de la tarea encomendada, está en función de factores como los que a continuación se mencionan:

Magnitud de los detalles de los objetos que se trata de discernir. Distancia de estos objetos al órgano visual del observador. Factores de reflexión de los observados. Contrastes entre los detalles y los fondos que se destacan. Tiempo empleado en la observación de los objetos. Rapidez de movimiento de los objetos observados.

La mayor o menor dificultad de una tarea visual debe apreciarse en función de estos factores y en atención a su importancia se han elaborado distintos niveles de iluminación, mediante investigaciones científicas, para los diferentes locales y distintas tareas visuales. Estos niveles de iluminación se expresan en tablas por organismos como la Sociedad Mexicana de Ingenieros e Iluminación, A.C., que son los más recomendados en México, pero en algunas empresas y dependencias a través de sus departamentos especializados de ingeniería, tienen sus propios niveles de iluminación para cada local y tarea visual que aplican como norma en la solución de los proyectos de alumbrado para sus locales de servicio. Los niveles de iluminación expresados en las tablas de la Sociedad Mexicana de Ingenieros e Iluminación, expresan dos valores para cada local, siendo el de la segunda columna el valor mínimo que se recomienda y que en ningún caso debe de disminuirse, porque de hacerse así causarían cansancio visual a las personas que trabajen en estas condiciones de iluminación afectando la eficacia y eficiencia de producción en ellas. EL nivel de iluminación o cantidad de luz debe entenderse como la iluminación, la cual se define como “la densidad de flujo luminoso sobre una superficie”. Se denota por la letra “E” y su unidad es el “lux”, el cual se define como la iluminación en un punto sobre un plano a una distancia de un metro, en dirección perpendicular con respecto a una fuente luminosa de una candela.

S

FE =


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Donde: E= Lux incidente sobre una superficie. F= Flujo luminoso en lúmenes. S= Área iluminada en m2

3.2.1.2 Elección de la fuente luminosa: Se impone determinar los criterios que se deben de tener en cuenta para la elección correcta del tipo de fuente luminosa (lámpara), considerando para esto las diferentes clases de lámparas estudiamos en el capitulo dos de dicho trabajo. 3.2.1.3 Selección del sistema de alumbrado: Estos se clasifican según la distribución del flujo luminoso por encima o por debajo de la horizontal; es decir, teniendo en cuenta la cantidad de flujo luminoso proyectado directamente a la superficie iluminada y la que llega a la superficie después de reflejarse por techo y paredes. Esto implica que si la mayor cantidad de flujo luminoso se envía hacia abajo se produce una iluminación directa; por lo contrario, si la mayor parte del flujo luminoso se envía hacia el techo para que llegue a la superficie iluminada después de proyectarse en el mismo y en las paredes, se tiene una iluminación indirecta. Los demás sistemas que se pueden tener son formas intermedias en las cuales la luz emitida (flujo luminoso) se radia tanto hacia arriba como hacia abajo. A continuación se presentan estos sistemas de iluminación indicándose en todos ellos su distribución de flujo luminoso.

Distribución del flujo luminoso en porciento (%) Sistemas de iluminación Hacia arriba Hacia abajo Iluminación directa 0-10 100-90 Iluminación semidirecta 10-40 90-60 Iluminación difusa 40-60 60-40 Iluminación semindirecta 60-90 40-10 Iluminación indirecta 90-100 10-0

Tabla 3.1 Tipos de sistemas de iluminación 1

3.2.1.3.1 Iluminación directa: La iluminación directa es apropiada para la obtención económica de altos niveles de iluminación sobre el plano de las mesas y de los puestos de trabajo. Por lo anterior, es el sistema utilizado por excelencia y sus aplicaciones son muy variadas, sobre todo en talleres, grandes naves industriales, en cierto tipo de oficinas, almacenes, fábricas, etc. Una característica importante de este sistema, es que

1 Tesis Proyecto de alumbrado y fuerza para la casa de máquinas del centro medico la raza; Ing. Rubén Ortíz Yáñez;

I.P.N. ESIME


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deja sombras en la parte superior del local, reduciendo las pérdidas de luz por las claraboyas o elementos constructivos similares. La iluminación directa se logra por medio de reflectores de chapa esmaltada o de aluminio pulido anodizado abrillantado. Estos reflectores generalmente son anchos y profundos. 3.2.1.3.2 Iluminación semi-directa: La iluminación semidirecta reduce algo de rendimiento luminoso de la instalación, cosa que no sucede en la iluminación directa, además hace intervenir la reflexión sobre el techo de una buena parte de luz emitida por los luminarios. Por lo tanto para tener una aplicación económica se requieren los techos a una altura corta. Este sistema de iluminación, se utiliza bastante en los locales de trabajo, con una característica, de que las sombras son bastantes suaves pues los objetos reciben simultáneamente, la iluminación directa de los luminarios y la reflejada en el techo y en las paredes. 3.2.1.3.3 Iluminación difusa: Este sistema elimina por completo la iluminación de sombras y evita o reduce en gran parte el deslumbramiento. Debido a que la mitad del flujo luminoso se dirige directamente hacia abajo y la otra mitad se dirige hacia el techo para llegar a la superficie por iluminar después de reflejarse varias veces por techo y paredes, se recomienda que el techo y las paredes estén pintados de colores claros, con el objeto de disminuir en lo posible las pérdidas por absorción del flujo luminoso. De otra manera resulta anti-económico este sistema de alumbrado. 3.2.1.3.4 Iluminación semi-indirecta: La mayor parte del flujo luminoso se envía hacia el techo, donde se refleja para llegar a la superficie por iluminar. Solamente de un 10% al 40% se recibe directamente, esto implica que el rendimiento es bajo, por la absorción de flujo luminoso que se experimenta en paredes y techos con pintura de elevado poder de reflexión. La iluminación obtenida con este sistema es de buena calidad, pues casi esta exenta de deslumbramiento y las sombras son extremadamente suaves y se presenta muy agradable a la vista del observador. 3.2.1.3.5 Iluminación indirecta: Este sistema casi la tonalidad de flujo luminoso se dirige hacia el techo, la fuente luminosa queda completamente oculta a la visión del observador. La iluminación indirecta, desde el punto económico, es la más cara de todas. Pero a favor diremos que el efecto luminoso conseguido es el mejor de todos, la iluminación de los objetos es muy suave y sin contrastes de brillo, el deslumbramiento desaparece totalmente; se está exento de sombras laterales, constituyendo la forma más estática de iluminación artificial y la que se asemeja más a la luz natural por los efectos logrados.


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3.2.1.4 Elección de luminarios: El objeto de un luminario es modificar la distribución luminosa de la lámpara, según las características deseadas y ocultar la fuente luminosa de la visión directa del observador, con el fin de evitar deslumbramiento. Para la elección adecuada de luminario, es importante considerar lo siguiente:

Tipo de fuente luminosa Sistema de alumbrado Propiedades ópticas (dentro de las cuales se contempla)

Distribución luminosa adaptada a la función particular Buen rendimiento luminoso Baja brillantez y deslumbramiento.

Propiedades mecánicas y eléctricas (dentro de las cuales se contempla)

Diseño fuerte, robusto y compacto. Construcción con los materiales adecuados a cada instalación en

particular. (como: atmosfera corrosiva, explosiva, con polvos, etc.) Equipo eléctrico standart, facilidad para tareas de mantenimiento.

3.2.1.5 Propiedades estéticas: Estas propiedades se utilizan para realizar la correcta selección del luminario. 3.2.1.5.1 Altura de montaje para el luminario: La altura de montaje de los luminarios es una característica fundamental en todo proyecto de iluminación interior. En los locales de altura normal como oficinas, salas de clase, habitaciones, locales médicos, etc., la característica actual es situar los luminarios tan alto sea posible. Siguiendo este procedimiento se disminuye considerablemente el riesgo de deslumbramiento.

Existe una forma para seleccionar adecuadamente la altura de montaje de los luminarios y no necesariamente se aplica a todos los problemas de altura de montaje , porque en algunos casos hay que atender mas a las características físicas del local, así como la función a que ha sido destinado este. La forma general para determinar la altura de montaje es como sigue:

h: altura entre el plano de trabajo y las luminarias h': altura del local d: altura del plano de trabajo al techo d': altura entre el plano de trabajo y las luminarias

Figura 3.1 Propiedades estéticas


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Si sabemos que el plano útil de trabajo esta situado a 0.85 cm del piso, entonces: d= distancia desde el techo al plano útil de trabajo. H= altura vertical de luminario al plano útil de trabajo. H´= altura vertical de luminario al techo.

Y la relación entre d y h, para un sistema directo, semi-indirecto y difuso será mínima:

dH3

2=

La anterior ecuación de la altura de montaje, se recomienda, pero siempre se debe procurar la siguiente altura de montaje:

dH5

4=

Para un sistema indirecto, generalmente se toma la siguiente altura:

4

dH =

3.2.1.5.2 Índice del local: Este parámetro es la relación de las dimensiones, ancho y largo, altura de montaje del luminario; del local por iluminar. Estos locales se clasifican en función a la forma, en diez grupos, cada uno de los cuales es identificado por la letra conocida precisamente como “índice del local”.

La clasificación de estos, esta basada en las relaciones entre dimensiones de las habitaciones que se calculan mediante formulas a conocer.

Para los sistemas directo, semi-directo, difuso o directo-indirecto:

Para los sistemas semi-indirecto o indirecto:

DONDE:

RL= relación del local. A = Ancho del local. L = Longitud del local.


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H = Altura de montaje sobre el plano de trabajo. H´= Altura de techo sobre el plano de trabajo.

Las siguientes tablas dan la clasificación de los diez grupos de índice del local y para mayor parte de los cálculos corrientes, será suficiente con la selección de una letra. Cuando se requiera una cifra más exacta del nivel de iluminación, la relación el local tendrá que ser calculada usando la formula correcta para la distribución de la luminaria.

VALORES DE LAS RELACIONES DEL LOCAL

ÍNDICE DEL LOCAL RELACIÓN DEL LOCAL

VALOR PUNTO CENTRAL

A Menos de 0.7 0.6 B 0.7 a 0.9 0.8 C 0.9 a 1.12 1.0 D 1.12 a 1.38 1.25 E 1.38 a 1.75 1.50 F 1.75 a 2.25 2.00 G 2.25 a 2.75 2.50 H 2.75 a 3.50 3.00 I 3.50 a 4.50 4.00 J 4.50 a 5.00 5.00

Tabla 3.2 Valores de las relaciones del local 2

3.2.1.5.3 Coeficiente de utilización: El coeficiente de utilización se define como la relación del flujo luminoso que llega al plano de trabajo al total del flujo generado por los luminarios. Este es un parámetro que tiene en cuenta la eficiencia y distribución de los luminarios, su altura de montaje, el índice del local, la reflexión de paredes, techos y pisos; se determina por el índice del local y por la reflectancia en piso, techo y pared; siendo esta la existente en el momento de la instalación del luminario. 2 Tesis Proyecto de alumbrado y fuerza para la casa de máquinas del centro medico la raza; Ing. Rubén Ortíz Yáñez;

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Color Factor de reflexión ( )

Blanco o muy claro

0.8

Claro 0.5

Techo

Medio 0.3 Claro 0.5 Medio 0.3

Paredes

Oscuro 0.1 Claro 0.3 Suelo

Oscuro 0.1

Tabla 3.3 Valores del coeficiente de utilización 3

3.2.1.5.4 Factor de mantenimiento: Este es el último parámetro que considera la ecuación del método por lumen y en el funcionamiento de cualquier sistema de alumbrado hay tres elementos y que afectan a la cantidad de luz obtenida del sistema en cuestión.

Pérdidas en la emisión luminosa de la lámpara (La emisión media durante la

vida de la lámpara es de 10% a 25% más baja que la inicial). Pérdida debida a la acumulación de suciedad sobre la superficie reflectora o

transmisora del luminario y sobre las propias lámparas.

Pérdidas de luz reflejadas debido a la acumulación de suciedad sobre las paredes y techos.

En la mayoría de las tablas, los factores de conservación que se dan para lámparas y luminarios son los siguientes:

Factor de mantenimiento bueno: Cuando las condiciones atmosféricas son

buenas, las luminarias se limpian frecuentemente y las lámparas se reponen por el sistema de sustitución en grupos.

Factor de mantenimiento medio: Cuando existen condiciones atmosféricas

menos limpias, la limpieza de la luminaria no es frecuente y solo se sustituyen las lámparas cuando se funden o fallan.

Factor de mantenimiento malo: Cuando la atmósfera es bastante sucia y la

instalación tiene una conservación deficiente.

3 Revista. Principios de Iluminación Holophane; www. holophane.com.mx


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3.2.1.5.5 Número de luminarios requeridos: El número de luminarios se calculan con la ecuación anotada al inicio de la explicación de este método en función de cada uno de los parámetros anteriormente explicados:

( )( )( )( )( )FMFUC

AL

....

E=

Donde: L= Es el número de luminarios requeridos. A= Es el área por iluminar. E= Es el nivel de iluminación requerido. CU= Es el coeficiente de utilización.

FM= Es el factor de mantenimiento estimado, para el local en particular. F= Es el flujo luminoso total emitido por el luminario (téngase cuidado de sumar el flujo luminoso del numero de lámparas que intervienen en el luminario).

3.2.1.5.6 Distribución adecuada de los luminarios: En general la formula de las superficies por iluminar en interiores es rectangular y los equipos de alumbrado se distribuyen formando hileras paralelas al eje mayor o eje menor del local.

Aunque en algunos casos, la posición de los equipos de alumbrado depende de la forma que tenga la superficie de trabajo. La uniformidad de iluminación esta en función de la forma en que se cortan los haces luminosos de los luminarios, que a su vez dependen de la curva fotométrica (curva de distribución luminosa) de estos y de la separación así como de la altura del montaje. De donde: e= Es la distancia horizontal entre luminarios. h= Es la altura del luminario al plano útil de trabajo. Luego para un mismo luminario, no cambia la forma en que se cortan los haces luminosos, aún modificando proporcionalmente la distancia horizontal “e” y la altura “h”, esto implica que la uniformidad esta en función de la siguiente relación:

h

e K (factor de espaciamiento)

Cada uno de los fabricantes de luminarios, dentro de las características de éstos, indica el valor máximo que puede darse a la anterior relación y generalmente varía de 0.5 a 1.6, dependiendo del tipo de luminaria.


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Si al distribuir los equipos de alumbrado que resultan del cálculo, se rebasa la relación anterior, habrá que hacer un ajuste en los diferentes parámetros; como distancia entre aparatos, altura de montaje, tipo de luminario; de no se así, se tendrá una iluminación poco uniforme y hasta zonas de penumbras. 3.2.2 Método del punto por punto El método de los lúmenes es una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Pero, no es efectivo cuando queremos conocer cómo es la distribución de la iluminación en instalaciones de alumbrado general localizado o individual donde la luz no se distribuye uniformemente o cómo es exactamente la distribución en el alumbrado general. Para estos casos podemos emplear el método del punto por punto que nos permite conocer los valores de la iluminancia en puntos concretos. Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente de dos fuentes: una componente directa, producida por la luz que llega al plano de trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexión de la luz de las luminarias en el techo, paredes y demás superficies del local.

Luz directa Luz indirecta proveniente del techo Luz indirecta proveniente de las paredes

Figura 3.2 Iluminación en un punto por una fuente directa y otra indirecta

En la figura anterior se puede ver que sólo unos pocos rayos de luz serán perpendiculares al plano de trabajo mientras que el resto serán oblicuos. Esto quiere decir que de la luz incidente sobre un punto, sólo una parte servirá para iluminar el plano de trabajo y el resto iluminará el plano vertical a la dirección incidente en dicho punto. Para utilizar el método del punto por punto se necesita conocer previamente las características fotométricas de las lámparas y luminarias empleadas, la disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a calcular las iluminancias. Mientras más puntos calculemos más información tendremos sobre la distribución de la luz. Esto es particularmente importante si trazamos los diagramas isolux de la instalación.


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La iluminancia horizontal en un punto se calcula como la suma de la componente de la iluminación directa más la de la iluminación indirecta. Por lo tanto:

E = Edirecta + Eindirecta 3.2.2.1 Componente directa en un punto Fuentes de luz puntuales: Podemos considerar fuentes de luz puntuales a las lámparas incandescentes y de descarga que no sean los tubos fluorescentes. En este caso las componentes de la iluminancia se calculan usando las fórmulas.

Figura 3.3 Componentes directas en un punto

Donde:

I= Es la intensidad luminosa de la lámpara en la dirección del punto que puede obtenerse de los diagramas polares de la luminaria o de la matriz de intensidades. h= Es la altura del plano de trabajo a la lámpara.

En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

Fuentes de luz lineales de longitud infinita: Se considera que una fuente de luz lineal es infinita si su longitud es mucho mayor que la altura de montaje; por ejemplo una línea continua de fluorescentes. En este caso se puede demostrar por cálculo diferencial que la iluminancia en un punto para una fuente de luz difusa se puede expresar como:


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Figura 3.4 Fuentes de luz lineales de longitud infinita 3.2.3 Tipos de Alumbrado 3.2.3.1 Alumbrado General: Se llama así a una distribución de las luminarias que proporcionan un nivel razonablemente uniforme de iluminación en un área inferior. Las distancias físicas de la habitación, las características de distribución de la luminaria, el nivel previsto de iluminación y el espacio de la instalación son factores que determinan el emplazamiento de los equipos.

Figura 3.5 Alumbrado General.

La distribución mas uniforme se obtiene mediante la colocación simétrica de las luminarias necesarias para producir la luz deseada, se deberá estudiar una colocación aproximada de las lámparas, ajustándolas de forma que el número total de ellas sea divisible por el número de filas. La distancia exacta entre lámparas se determina dividiendo la longitud de la habitación por el numero de luminarias de una fila, dando una tolerancia de alrededor de un tercio de dicha distancia entre la pared y la primera unidad. De manera similar, la distancia entre filas es la anchura entre la pared y la primera fila. Para una distribución uniforme de la iluminación con la mayor parte de los tipos de luminarias esas dos dimensiones deberán ser aproximadamente iguales. La relación entre la separación y la altura de montaje debe estar dentro de los límites establecidos por las características de distribución de la luminaria. Especialmente, en el uso de fuentes d elevada potencia hay que tener gran cuidado en la selección de la capacidad luminosa, ya que las relaciones entre separación y altura de montaje


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imponen con frecuencia el uso de luminarias mas pequeñas de las que a primera vista podrían parecer adecuadas. Las características constructivas de una zona influyen frecuentemente sobre la colocación de las luminarias. En los casos en que los techos estén divididos en zonas por vigas o cercas, se requiere generalmente la instalación simétrica de las luminarias en cada zona o par de zonas. Alumbrado General Localizado: Este tipo de alumbrado consiste en colocar los equipos de alumbrado general en zonas especiales de trabajo donde se necesitan altas intensidades, bastando con la luz emitida por dichas luminarias para iluminar las áreas contiguas. Las luminarias del tipo directo, semidirecto y directo – indirecto son las que mas se utilizan, por ser absolutamente necesario disponer de una notable componente directa siempre que se trata de concentrar la mayor parte de luz sobre una zona restringida debajo de la luminaria. Este método de colocar las luces puede utilizarse ventajosamente en la iluminación de l0os puntos de trabajo de las grandes maquinas, los mostradores comerciales y los bancos de trabajo de las fabricas.

Figura 3.6 Alumbrado General Localizado. 3.2.3.2 Alumbrado Suplementario: Proporciona una intensidad relativamente alta en puntos específicos de trabajo, mediante un equipo de alumbrado directo combinado con la iluminación general o localizada. Con frecuencia es necesario cuando se trata tareas visuales especiales y cuando no se puede proporcionar mayor intensidad por ninguno de los otros métodos, como asimismo, cuando se requiere luz de calidad direccional para ciertas operaciones de inspección. El equipo utilizado para esta finalidad varia en la curva de distribución según el área a cubrir, las distancia del equipo al punto de trabajo y el nivel luminoso requerido. Se debe tener siempre gran cuidado de mantener una relación razonable entre las intensidades del alumbrado general y del suplementario, ya que una excesiva relación de brillos entre el punto de trabajo y los alrededores crea unas condiciones desagradables para la visión.


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Figura 3.7 Alumbrado Suplementario. Cuando la luz incide sobre la materia puede ocurrir uno de los tres fenómenos siguientes

Reflexión: la luz es rechazada por la materia. Transmisión: la luz se propaga a través de la materia. Absorción: la luz se detiene en la materia.

Figura 3.8 Demostración de los fenómenos. Reflexión: En casos de superficies lisas el rayo de luz incidente es direccionado de tal forma que el ángulo de incidencia y reflexión son iguales.

Figura 3.9 Rayo de luz incidente en una superficie.

La reflexión especular (a), en la imagen que forman los rayos de luz incidentes se conserva. En las superficies rigurosas, la reflexión se descompone en direcciones distintas (b), esto también es llamado reflexión difusa, donde la luz reflejada desaparece la imagen.


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Transmisión: La luz puede propagarse sin variar su dirección (y hablamos entonces de transparencia, que permite contemplar las imágenes a través de la materia, o bien, puede descomponerse en diversas direcciones y hablamos entonces de cuerpos traslucidos que transmiten luz pero no las imágenes.

Figura 3.10 Efecto de la transparencia. Absorción: La energía de la luz absorbida por la materia incrementa su nivel energético, lo cual puede dar lugar a muy diversos fenómenos: activar reacciones químicas (como ocurren en la retina humanan o en las películas fotográficas), producir energía eléctrica (células fotovoltaicas), elevar su temperatura, etc. Fenómenos mixtos: En la realidad no existen espejos perfectos, ni transparencia total, ni cuerpos negros de absorción total. En todos los casos, existe una proporción determinada de los tres fenómenos actuando conjuntamente. Cuando uno de ellos predomina claramente hablamos de transmisión, reflexión o absorción.

Figura 3.11 Fenómenos mixtos La forma determinante del comportamiento de la luz incidente en un determinado material depende de cual sea su longitud de onda: pueden ser absorbidas determinadas longitudes de onda y transmitidas o reflejadas otras. Este fenómeno es fundamental para determinar el color de la materia.


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Factores de reflexión, transmisión y absorción: Por la ley de conservación de la energía podemos establecer la igualdad siguiente:

ατ ςςςς ++= pi

Donde: ςi = flujo luminoso incidente [lm] ςp = flujo luminoso reflejado [lm] ς τ = flujo luminoso transmitido [lm] ςα = flujo luminoso absorbido [lm] A partir de esta expresión pueden determinarse los siguientes factores:

Factor de reflexión: i

pP

ςς

=

Factor de transmisión: iς

ςτ τ=

Factor de absorción: iς

ςα α=

Ventajas de la Iluminación natural: La iluminación natural depende de la luz solar directa, de la reflejada por el cielo y de la reflejada por los objetos después de recibir la luz de otras fuentes. Tanto la luz solar directa como la difusa son muy importantes para la actividad del organismo. La luz directa tiene acción bactericida y la luz difusa es la más conveniente para el trabajo, ya que no hiere ni fatiga los ojos. Para captar la mayor cantidad de luz natural y distribuirla de la mejor manera en los locales estos deben estar bien orientados. La luz difusa es obtenida por la orientación Sur, con intensidad uniforme, no da sombras marcadas, no fatiga la vista pero su propiedad bactericida es casi nula; es indicada para lugares de trabajo. La orientación Norte, proporciona la mayor cantidad de luz con efecto bactericida; seria indicada para aquellos sitios en donde convenga una fuerte penetración solar. Para que la luz se distribuya en cantidad suficiente entre los distintos cuerpos de un edificio es necesario que exista una separación de una vez y media la altura del edificio.


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La entrada de luz se efectúa a través del techo y de las ventanas. La posición, forma y dimensiones de estas favorecen la penetración de la luz natural y le permiten expandirse sobre la mayor superficie del local. Los rayos luminosos deben ingresar de tal manera que los ojos de las personas no estén sometidos a los efectos del deslumbramiento. Se deben evitar perdidas de luz mediante la correcta disposición de los objetos y muebles instalados en el área de trabajo del local. La mercadería y el equipamiento en general deberán ser ubicados de forma tal que no provoquen sombras demasiado acentuadas. La conservación y limpieza de los vidrios, muros, cielorrasos permiten recoger al máximo la luz reflejada. Observando las reglas, se comprueba que el rendimiento de los empleados que trabajan con luz natural es un 15% mayor al de los mismos ocupados con luz artificial. La iluminación natural interviene en la forma de los edificios. Pero por las ventanas, además de la luz, penetran los rayos solares, con su carga de calor. En las habitaciones con grandes ventanales la cantidad de calor transportada en verano es muy importante, por lo tanto, hay que diseñar la forma y dispositivos de oscurecimiento de las ventanas. Para ello existen elementos: persianas, toldos, celosías, viseras, etc. Iluminación artificial: La iluminación artificial tiene por objeto reemplazar a la luz natural cuando esta falta o es escasa, esta también debe parecerse lo más posible a la iluminación natural y para esto se tienen tres clasificaciones según la distribución del flujo luminoso: Para los trabajos en relieve se debe utilizar la luz directa, que es la más indicada para determinar las sombras y penumbras necesarias para el relieve. Para realizar trabajos planos se recomienda la luz indirecta, llamada así por que proyecta la luz hacia el techo y las paredes para que luego llegue a los lugares de trabajo sin producir relieves. Cuando se precisan ambas se utiliza la luz mixta. A cada uno de los lugares en que se desarrollan distintas funciones conviene una intensidad de iluminación determinada. Existen tablas donde se recomiendan las cantidades de iluminación mínima según las tareas a realizar.


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3.2.4 Alumbrado general de interiores según la Sociedad Mexicana de Ingenieros e Iluminación, A.C., (IESNA) Descripción Los siguientes son los niveles medios de iluminación para locales interiores que recomienda la Sociedad Mexicana de Ingenieros en Iluminación (SMII). Después de cada nombre de local o nombre de anexo de local, el primer número corresponde a la recomendación de iluminancia media de la IESNA (Sociedad de Ingenieros en Iluminación de Norte América, por sus siglas en inglés). El segundo número corresponde a la recomendación de la SMII. La iluminancia está dada en luxes (lx). Observación La IESNA recomienda como iluminancia máxima y mínima factores de 1.25 y 0.85 veces, respectivamente, de la iluminancia media. Publicado en: Principios de Iluminación y Niveles de Iluminación en México. Sociedad Mexicana de Ingeniería e Iluminación, Asociación Civil. Revista Ingeniería de Iluminación, mayo-junio 1967, México.

"Oficinas, Escuelas, Edificios Públicos"

Locales Nivel Máximo

Nivel Mínimo

Bancos Vestíbulo (Iluminación General) 500 300 Gerencia, pagadores, contadores y recibidores 1500 900

Bibliotecas Sala de lecturas 700 400 Anaqueles 300 200

Galerías de Arte Iluminación General 300 200 Sobre pinturas (localizado) 300 200 Sobre estatuas y otras exhibiciones 1000 600

Mercados y otras tiendas Bodegas y cuartos de almacenamiento Activos 200 100 Bodegas y cuartos de almacenamiento Inactivos 50 50 Carnicerías y pescaderías 500 300 Cocinas (áreas de trabajo) 500 300 Comedores 300 200 Cuartos de máquinas 300 200 Ferreterías y accesorios eléctricos 500 300 Lavadoras para verduras y varios 500 300 Mercerías, vestidos y zapaterías 500 300


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Mueblerías y artículos para el hogar 500 300 Papelerías, libros y juguetes 500 300 Plataformas de descarga 200 100 Sanitarios y baños 100 100 Verduras, frutas, flores y plantas 500 300

"Hoteles, Restaurantes, Tiendas y Residencias"

Locales Nivel Máximo

Nivel Mínimo

Zonas comerciales principales General 2000 1100 Atracciones principales 10000 6000

Zonas comerciales secundarias General 2000 1100 Atracciones principales 10000 6000

Escaparates (alumbrado diurno) General (escaparate) 1000 600 Atracciones principales (escaparate) 5000 3000

Iluminación General Salas, comedores, recámaras, cuartos de estudio, biblioteca y cuartos de recreo o juego 100 60

Cocina, lavandería, cuarto de baño 300 200 Joyería y relojes 5000 3000

Áreas de mercancías Con servicio de vendedores 1000 600 Auto servicio 2000 1100

Mostradores y vitrinas en muro Con servicio de vendedores (en muro) 2000 1100 Autoservicio (en muro) 5000 3000

Áreas Comunes Bodegas o cuartos de almacenamiento Inactivas 50 30 Bodegas o cuartos de almacenamiento Activas Piezas toscas 100 60 Piezas medianas 200 100 Piezas finas 500 300 Elevadores de carga y pasajeros 200 100 Escaleras 200 100 Pasillos y corredores 200 100 Baños y tocadores Iluminación general 100 60 Espejo 300 200

Tabla 3.4 Alumbrado general de interiores según la IESNA

CAPITULO 4 CÁLCULO DE LA ILUMINACIÓN.

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4.1 Dimensiones del local. El problema que se desarrolla trata del cálculo de la iluminación en interiores de un centro comercial el cual alberga varias áreas como los son: bodegas, baños, pasillos, abarrotes, ropa, línea blanca, salchichoneria y carnes frías, cajas, electrónicos, revelado, áreas de trabajo, rosticería, tortillería, farmacia y perfumería. Las dimensiones son las siguientes:

ZONAS ANCHO LARGO ALTURA Nº DE LUXES MINIMOS

Nº DE LUXES REC.

CENTRO COMERCIAL 101.15 m 80.9 m 10 m 500 750

ABARROTES 21.96 m 46.74 m 10 m 1100 2000

ROPA 21.96 m 46.74 m 10 m 300 500

CAJAS 5.57 m 45.47 m 10 m 900 1500

SERVICIOS AL CLIENTE 2.4 m 7.55 m 10 m 300 500

PAQUETERIA 2.4 m 7.14 m 10 m 300 500

REVELADO 1.85 m 3.25 m 10 m 60 100

ELECTRONICA Y LINEA BLANCA

11.64 m 22.26 m 10 m 300

500

C.D. Y D.V.D´S 7.76 m 15.15 m 10 m 300 500

BLANCOS Y MUEBLES 17.44 m 22.26 m 10 m 300 500

BAÑOS H Y M. 5.18 m 9.95 m 10 m 60 100

CARRITOS 5.38 m 9.3 m 10 m 50 50

LLANTAS, BICICLETAS, REGALOS Y PELOTAS.

3.33 m 47.99 m 10 m 300

500

FARMACIA Y COSMETICOS 7.44 m 20.61 m 10 m 200 300

PERFUMERIA 6.01m 20.61 m 10 m 200 300

PAPELERIA, LIBROS Y REVISTAS.

9.86 m 20.61 m 10 m 300

500


60

JUGUETERIA, JARDINERIA Y DEPORTES.

23.9 m 20.61 m 10 m 300

500

LACTEOS Y PANADERIA. 17.39 m 25.22 m 10 m 300 500

ALIMENTOS PREPARADOS 6.44 m 16.05 m 10 m 300 500

SALCHICHONERIA Y CARNES FRIAS

16.41 m 38.01 m 10 m 300

500

TORTILLERIA Y ROSTICERIA 7.5 m 11.94 m 10 m 300 500

AMACIJO 13.84 m 13.94 m 10 m 300 500

COCINA 2.15 m 7.15 m 10 m 300 500

BODEGA 3.93 m 9.73 m 10 m 100 200

BODEGA EQUIPO 4.27 m 6.11 m 10 m 100 200

CONSUMOS INTERNOS 4.01 m 6.9 m 10 m 200 300

CAMARA DE MASAS 3.5 m 3.76 m 10 m 200 300

CAMARA DE SALCHICHONERIA 4.62 m 5.34 m 10 m 200 300

CAMARA DE LACTEOS 4.62 m 5.8 m 10 m 200 300

CAMARA DE CONGELADOS 3.8 m 4.62 m 10 m 200 300

CAMARA DE COCINA 1.8 m 2.24 m 10 m 200 300

VINOS Y LOCORES 6.95 m 13.04 m 10 m 200 300

GALLETAS 10.1 m 13.04 m 10 m 200 300

BODEGA DE ABARROTES 13.04 m 27.87 m 10 m 100 200

SUB ESTACION 5.53 m 21.32 m 10 m 300 500

Tabla 4.1 Valores de dimensiones y niveles de iluminación de las distintas áreas del centro

comercial.

4.2 Niveles de iluminación Atendiendo a los valores tabulares de las normas de proyecto del centro comercial, supermercados y tiendas de auto servicio se determina que el nivel de iluminación correspondiente a un área comercial es:

E=500 lux


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Donde: E es el nivel de la iluminación. Comparando este dato con los valores dados por la Sociedad Mexicana de Ingenieros e Iluminación, se encuentra que es similar el valor en lux para un área o local como el que nos ocupa. 4.3 Elección de la fuente luminosa. Considerando las fuentes de energía luminosa estudiadas en el capitulo II de esta tesis. Se debe de tomar como dato importante la altura de montaje y la posibilidad de algún alumbrado relocalizado por lo que se opta por la lámpara fluorescente t5 con las siguientes características:

FAL4 1 54T5HO F1X12 - 54W - 4450 lumens - 220V 4.4 Selección del sistema de iluminación. Considerando que se desea iluminar un centro comercial y así mismo se desea una iluminación eficiente sobre el plano de trabajo, en función de un nivel de iluminación equivalente a 500 lux, esto puede ser posible con un sistema directo. 4.5 Elección de la luminaria. Consultando en catálogos de fabricantes, se opto por una luminaria de la marca LITHONIA LIGHTING, del tipo Aislé Lighter FAL, para operar a 220 V, 60Hz, correspondiendo a la línea del fabricante, que LITHONIA LIGHTING, el modelo FLUORESCENT HIGH BAY con un tipo de balastro T5HO mismo que es proporcionado por el fabricante.

Esta luminaria por ser de alta eficiencia, en alta iluminación horizontal y de control de contraste de mejor calidad se recomienda para iluminar áreas de manufactura ligera, pasillos de almacenes y de establecimientos comerciales.

Figura 4.1 Luminario tipo FAL


62

a) Los coeficientes de utilización para estas luminarias son los siguientes.

Tabla 4.2 Coeficientes de Urilización del luminario fluorescente tipo FAL. b) La curva de distribución luminosa.

Figura 4.2 Curva de distribución luminosa para el luminario Fluorescente tipo FAL.


63

c) Especificaciones ALTURA DE REFLECTOR

ANCHO LARGO PESO CATALOGO

9.2 cm 18.7 cm 244 cm 3 kg FAL4 1 54T5HO F1X12

Figura 4.3 Longitudes del luminario Fluorescente tipo FAL.

4.6 Altura de montaje. La altura de montaje se determina a través de la forma general expuesta en el capitulo II cuya formula general es:

dh5

4=

Donde d= distancia desde el techo hasta el plano útil de trabajo. h= altura de montaje. Si la altura del local en cuestión es 10 m y considerando un plano útil de trabajo de 1m de altura sobre el piso. Sustituyendo:

( ) mmh 2.795

4 ==

La altura de instalación con referencia del suelo al techo es de 7.2 m 4.7 Relación de cavidad del cuarto. El RCC es una medida que trata con el tamaño y forma del cuarto. Los cuartos estrechos tienen alto RCC y un CU asociado pequeño mientras que las grandes áreas tienen bajos RCC y altos CU. En una configuración rectangular puede ser calculado usando la siguiente ecuación: Donde “A” es el ancho del cuarto. L= largo del cuarto. h= altura de montaje


64

Con esto valor calculado y consultando la tabla de los valores de las relaciones del local ubicada en el capitulo III se determina que la Relación de la cavidad del local corresponde 0.77. 4.8 Coeficiente de utilización. Una vez determinado el índice del local y con la ayuda de las tablas que proporcionan los manuales de fabricantes se obtiene el coeficiente de utilización. Para esto se selecciona la tabla del coeficiente de utilización correspondiente a la luminaria, la reflexión que se considere en techos y paredes. Techo= 80% Pared=30% Piso=20% De la tabla del fabricante se obtuvo.

CU= 1.01

4.9 Factor de mantenimiento. Por ultimo se determina el factor de mantenimiento el cual se considerara como medio ya que las condiciones atmosféricas no son limpias y la limpieza de las luminarias no es frecuente.

FACTOR DE MANTENIMIENTO = 0.7 4.10 Luminarias requeridas. De acuerdo con la ecuación anotada en el punto (3.2.1.5.5) del capitulo III del presente trabajo.

( )( )( )( )( )FMFUC

AL

....

E=

4.11 Distribución de luminarias. Considerando que el local es rectangular y: E= la distancia horizontal entre luminaria H= altura del luminaria al plano útil de trabajo K= factor de uniformidad = 1.6 según el fabricante.


65

Todo esto

Uniformidad de iluminación = h

e

kheh

ek =∴=

Si: K=0.9 h=7 m Sustituyendo: e = (7) (0.9)=6.3 m Con este valor el número de luminarias y considerando las dimensiones ancho largo, se determina la distribución adecuada, la cual se indica en el plano IE-1. 4.12 Distribución de luminarias. Con este valor el número de luminarias y considerando las dimensiones ancho largo, se determina la distribución adecuada, la cual se indica en el plano IE-1.

( ) ( ) Luminarias 2580.22 9.80m 15.101

Luminarias 650

arg≈=→= mAncho

oL

LL Total

Ancho

( ) ( ) as26Luminari28.5 9.80

15.101 Luminarias 8.22

arg arg ≈=

→

=mAncho

oLLL AnchooL

Donde L es el número de luminarias y se instalara 25 y 26 luminarias respectivamente por el diseño del local.

De acuerdo a la NOM-001-SEDE-2005 de instalaciones eléctricas (utilización) para un local comercial la potencia por metro cuadrado debe de ser igual o menor a 20 W/m2 y nuestro diseño consume 8.57 W/m2 logrando así un ahorro sustancial de energía eléctrica así mismo cumple con la norma antes mencionada.

Para el calculo de la iluminación aplicaremos el método de lumen el cual se describe en el capitulo 3 para este centro comercial se considera que sus paredes están revestidas y pintadas por colores claros, por lo que la reflexión será alta, por lo cual se desarrolla la secuencia siguiente para dicho calculo.

4.13 Calculo de iluminación para áreas relocalizadas. Para las áreas relocalizadas se realiza el mismo calculo (método de lumen), obteniendo los siguientes valores presentados en las tablas.


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Para las áreas relocalizadas se eligió una luminaria marca LITHONIA modelo: LF8N-2/18DTT-1800 lumenes-220V

Figura 4.4 luminaria

Y una lámpara marca OSRAM modelo DINT DIM STICK 18W/825 E27 véase tabla de característica en (anexos 3).

Figura 4.5 lámpara fluorescente compacta (cortesía de OSRAM)

Curva fotométrica.

Figura 4.5 curva fotometria

Coeficiente de utilización del la luminaria.

Tabla 4.3 coeficiente de utliziacion de la luminaria


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Especificaciones ALTURA DE REFLECTOR

DIAMETRO LARGO ANCHO CATALOGO

16.2 cm 24.1cm 38.1 cm 35.2cm DINT DIM STICK 18W/825 E27

Figura 4.6 especificaciones del luminario.

RCC = Relación Cavidad del Cuarto

LOCAL A(m) L(m) H(m) RCC Cajas 5.57m 45.47m 10m 7.05 Baños 5.18m 9.95m 7m 7.04

Revelado 1.85m 3.25m 7m 7.22

Salchichoneria y carnes frías

16.41m 38.05m 7m 2.09

Cámara de salchichoneria

4.62m 5.34m 7m 9.68

Cámara de lácteos

4.62m 5.8m 7m 9.33

Cámara de congelados

3.8m 4.62m 7m 10

Cámara de cocina

1.8m 2.24m 7m 10

Tabla 4.4 relación de cavidad del cuarto para las áreas relocalizadas.

Con esto se obtuvo la Relación de Cavidad De Cuarto


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LOCAL RCC Nº CU Cajas 7.05 7 0.36 Baños 7.04 7 0.36

Revelado 7.22 7 0.36


2.09 2 0.59


9.68 10 0.28

Cámara de lácteos

9.33 10 0.28


10 10 0.28

Cámara de cocina

10 10 0.28

Tabla 4.5 coeficientes de utilización para cada área de trabajo. El factor de mantenimiento se sigue optando por 0.7

LOCAL Luxes recomendados

Área m2

FM CU Luminarias

Cajas 900 253.26 0.7 0.36 252 Baños 60 51.54 0.7 0.36 4

Revelado 60 6.01 0.7 0.36 1


500 624.4 0.7 0.59 210


200 24.67 0.7 0.28 7

Cámara de lácteos

200 28.79 0.7 0.28 9


200 17.55 0.7 0.28 5

Cámara de cocina

200 4.03 0.7 0.28 2

Tabla 4.6 Numero de luminarias requeridas.


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Ecuación de iluminancia promedio. [*]

LOCAL LUMINARIOS LAMPARAS NIR[*] NIP[*]

Centro comercial

650 1300 500 502

Cajas 252 504 900 902 Baños 4 8 60 70.4

Revelado 1 2 60 150


210 420 500 500.04


7 14 200 200.2

Cámara de lácteos

9 18 200 220.5


5 10 200 201

Cámara de cocina

2 4 200 350

Tabla 4.7 Lámparas, Luminarias y Nivel de Iluminación Proyectado (NIP) con el flujo de

las lámparas empleadas en los locales de trabajo.

4.12 Alumbrado de emergencia. En general el alumbrado de emergencia deberá proyectarse de tal forma que permita al centro comercial operar en caso de suspenderse el suministro de energía por parte de la compañía suministradora, que es la fuente normal, siguiendo este criterio todas de trafico o trabajo intenso llevan alumbrado de emergencia parcial o total, según la importancia que tenga el local en cuestión. En este caso se selecciono una planta de emergencia GENMANN modelo GMD100-6068T1-3A con rango de potencia de 100 kW/125.0 kVA 220/127 V, 3F, 4H, 60Hz. Esta planta de emergencia se seleccionó ya que el centro comercial necesita operar con toda su carga por seguridad de este y por el prestigio del mismo, se eligió que sea a 100 kW ya que su carga demandada es de 75 kW y se prevé que se amplié el centro comercial y por ende que aumente su carga.


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Figura 4.7 planta de emergencia (cortesía de GENMANN)

Son especialmente útiles como una fuente de energía alternativa a la energía comercial. Están disponibles en versiones automáticas, semiautomáticas, manuales y especiales. Dependiendo de la criticidad del sistema, pueden llevar un generador Síncrono con regulador de voltaje externo, que asegura un voltaje de ±1% del voltaje nominal.

CAPITULO 5 CONTROL DE LA ILUMINACIÓN

71

CAPITULO 5 CONTROL DE LA ILUMINACIÓN.

5.1 Dispositivos y equipo para el control de la iluminación Los dispositivos de control mas empleados para el control de la iluminación son atenuadores, controles de escenarios, fotoceldas, microcontroladores y sensores de presencia. Existe una gran variedad de formas, tipos y aplicaciones para los controles de alumbrado, los cuales pueden ser agrupados en los siguientes tipos: 5.2 Sensores de presencia Los sensores de ocupación, también llamados sensores de presencia, proporcionan un control local de encendido-apagado de luminario(s) en respuesta a la presencia o ausencia de ocupantes en un espacio.1 Estos sensores usan dos tipos de tecnología para detectar la presencia de personal en un área. La primera es por medio de controles ultrasónicos y la segunda con controles infrarrojos activos o pasivos. Ambas tecnologías operan en forma similar, ya que al detectar actividad en el área que controlan varían una señal de bajo voltaje que enciende el alumbrado cuando los ocupantes entran y permanecen en el espacio. Los luminarios son apagados después que el espacio es desocupado dentro de un periodo de tiempo predeterminado y ajustado. 2 Actualmente existen tres tecnologías: 3

Pasiva infrarroja (PIR): son dispositivos diseñados para detectar el movimiento de cuerpos emisores de calor (figura 5.1).

Ultrasónica (US): estos controles emiten continuamente ondas de sonido los cuales supervisan si hay algún cambio en el tiempo de retorno de las ondas de sonido reflejadas (figura 5.2).

Multiples Tecnologias (MT): combinan las tecnologías antes mencionadas para

evitar activaciones en falsos provenientes de corriente de aire acondicionado y de actividades en corredores (figura 5.3).

Figura 5.1 Figura 5.2 Figura 5.3 1 LEVITON, guia de seleccion de productos de control para la iluminacion,2008 www.leviton.com

2 LEVITON, Z-MAX sistemas de relevadores,2005 www.leviton.com

3 LEVITON, guia de seleccion de productos de control para la iluminacion,2008 www.leviton.com


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Los sensores de ocupación montados en muros y techos utilizan tecnología de detección ultrasónica o pasiva infrarroja a fin de ofrecer un control de la iluminación rentable. Los sensores de ocupación pueden utilizarse en cualquier lugar, ya que encienden las luces al detectar movimiento y se apaga en caso contrario. En este diseño su utilizara el sensor de ocupación múltiples tecnologías para montaje en techo con Nº CAT. OSC20-M0W marca LEVITON el cual combina los beneficios de ambas tecnologías (PIR Y US), en un diseño totalmente confiable que nos va a permitir efectuar el control de encendido y apagado de la iluminación en forma automática. Sus principales ventajas son:

Mutitecnología infrarrojo y ultrasonido con la más alta confiabilidad. Sencilla y rápida instalación. Auto – ajuste. Tecnología digital, completamente confiable. Construido a base de fotoceldas. Montaje al techo.

Figura 5.4 Sensor multitecnologia seleccionado para este diseño.

Figura 5.4 Cobertura del sensor multitecnologia.


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5.2.1 Sensores de luz Son también llamados fotosensores o fotoceldas, son dispositivos fotoeléctricos que permiten a un sistema de alumbrado responder a cambios en el entorno, y han sido usados por muchos años para controlar instalaciones de alumbrado exterior. 5.2.2 Atenuadores (dimmers) Se usan principalmente para controlar la salida de luz en lámparas incandescentes (existen algunos que controlan las lámparas fluorescentes con balastro electrónico) y pueden ser usados en espacios donde sea deseable un control de luz como pueden ser restaurantes, hoteles, museos, etc. Estos pueden ofrecer los siguientes beneficios:4

La reducción en el consumo de energía disminuye el monto de los recibos de electricidad.

La ampliación de la vida de las lámparas significa menor frecuencia de remplazo y compra a intervalos mas espaciados.

Ajuste de la iluminación dependiendo de la hora del día. Acentuación de obras de arte, panoramas de ventas y mucho más. Brinda a los usuarios el control individual de la iluminación reduciendo la

probabilidad de fatiga visual y produce una ahorro de energía en su operación. Creación del ambiente adecuado para cada ocasión Permite que la iluminación se adapta a una gama completa de actividades dentro

de aplicaciones comerciales. La suma de los cuatro primeros puntos factor-beneficio son los que producen la denominada “administración de la energía” en un sistema de iluminación. 5.2.3 Temporizadores (timmers) Los interruptores de tiempo mejor conocidos como temporizadores, reducen el consumo de energía poniendo límites de tiempo donde es posible establecer horarios definidos ya que encienden y apagan cargas en horarios preestablecidos. 5.3 Microcontroladores. El consumo de la energía de Iluminación ha rebasado el 38% del total de energía empleada en los edificios de oficinas actuales. Con el constante incremento del costo de la electricidad, los controles de iluminación se han convertido en el centro de los esfuerzos para ahorrar en gastos de energía. Con las tecnologías mas recientes disponibles a fin de ofrecer los controles de iluminación para el manejo de energía mas avanzado en la industria. La marca LEVITON ofrece 2 puntos productos Z-MAX y EZ-MAX constituyen una parte de las múltiples ofertas de control para el manejo de energía propuestas.

4 Ibídem


74

Figura 5.5 paneles de control autónomos EZ-MAX y Z-MAX

Z-MAX es la solución para el control de la iluminación, programación y monitoreo en edificios, estacionamientos, centros comerciales o cualquier lugar donde el desperdicio energía es muy alto. Además cuenta con reloj astronómico integrado que permite ser programado a la salida o puesta del sol eliminando la necesidad de fotoceldas costosas. 5.3.1 Control conmutado y temporizado para sistemas globales de control de iluminación de Leviton. Los Paneles de Control de Relevadores para conexión en red Z-MAX de Leviton habilitan aplicaciones de iluminación de todos los tamaños de tal manera que se controlen fácilmente como un sistema completo, se integren con los controles D4200 y D8000 de Leviton o se operen en forma independiente. Los paneles remotos de relevadores o RRP ofrecen control remoto de iluminación en red con interrupción local por medio de sensores de ocupación, fotoceldas e interruptores manuales. Pueden conectarse en red hasta 24 RRP a un panel maestro de control de relevadores Z-MAX para suministrar hasta 96 circuitos de relevadores, con lo que se ofrece una poderosa y rentable solución de conmutación distribuida con supervisión y control centrales. Aplicaciones

Edificios de oficinas o múltiples edificios. Tiendas. Campus universitarios. Almacenes. Espacios comerciales.


75

Figura 5.6 composición interna del un panel Z-MAX [*]


76

Figura 5.7 instalación del panel Z-MAX

Los Paneles de Control de Relevadores Z-MAX se encuentran integrados con un sistema de distribución eléctrica estándar y protección contra sobre corriente a fin de ofrecer la conveniencia de una alimentación sencilla con la flexibilidad de un sistema de control de relevadores Z-MAX. Los dispositivos empleados para el centro comercial son 1 panel de control de 8 relevadores con 8 relevadores estándar Nº CAT. R08ND-108 y 1 panel de control de 24 relevadores con 24 relevadores estándar maestro Nº CAT.R24MD-124 ambos de la marca LEVITON los cuales se encargaran del manejo de señales y carga eléctrica del centro comercial.


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Figura 5.8 Esquema conexión del Z-MAX con el Tablero de Carga.

Todos los gabinetes de relevadores de LEVITON ofrecen espacio suficiente para conexión, así como sólidas terminales que facilitan el cableado. Las tarjetas modulares de relevadores en las unidades Z-MAX ofrecen con un solo circuito en cada tarjeta para un intercambio cómodo que simplifica el mantenimiento. 5.4 Monitoreo del control de la iluminación. El monitoreo del control de la iluminación es una parte importante para la supervisión y mantenimiento del mismo el cual se lleva acabo mediante la instalación de Sistemas de conectividad de fibra óptica y cobre para Cableado Estructurado, teniendo una supervisión de voz y video mediante una conexión de internet para que el dueño tenga una opción de supervisar la opción de iluminar el centro comercial. 5.5 Beneficios del control de la iluminación. Los sistemas de control de iluminación son una herramienta valiosa para el arquitecto y un activo inapreciable para el propietario de la instalación. Los métodos de control estándar no logran alcanzar los niveles óptimos que permitan brindar los beneficios de diseño, operación y mantenimiento. Conservación. El apagado o la reducción de los niveles de iluminación pueden disminuir de manera importante el consumo de energía; algo que los sistemas de control de iluminación pueden lograr con gran sencillez. Operación. En vez de tener que depender de una persona que ajuste de manera


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manual la iluminación, un sistema de control de iluminación puede hacerlo automáticamente, siguiendo con precisión sus especificaciones. Mantenimiento. Es probable que las lámparas controladas por sistemas de atenuación tengan mayor duración, gracias a la atenuación y al encendido gradual que brinda el atenuador. Control. La disciplina de encender y apagar interruptores es difícil de llevarla a cabo, pero con el sistema de control de iluminación se facilita esta tarea. Seguridad. Los interruptores de transferencia de iluminación de emergencia pueden incorporarse al sistema de control para brindar máxima seguridad y control en caso de interrupciones de energía.

5.6 Diseño del control para la iluminación. Una vez que se calculo las lámparas para cada área se procede a implementar los equipos y dispositivos de control para la automatización de la iluminación y para esto se eligió el dispositivo de presencia de múltiples tecnologías y el equipo de panel de control autónomo Z-MAX el cual permite añadir los sensores y las fotoceldas al panel los cuales les ayudaran al monitoreo continuo de cada área de trabajo; así como de ir regulando los niveles de iluminación conforme pase el día con las fotoceldas. 5.7 Programación de los paneles Z-MAX. Una vez que se han distribuido los luminarios y sensores de presencia, podemos proceder a pre-programar los tableros Z-MAX por medio del software Diseñador de Control de Alumbrado (Lighting Control Designer) como se muestra en la figura 4.14 Por cuestiones de privacidad en la empresa LEVITON solo se muestran las ventanas de modo supervisor, ya que los técnicos de LEVITON son los que se encargan de programar a detalle de los dispositivos de control, para mayores informes se tendría que consultar con la empresa LEVITON.


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Figura 5.9 ventana de selección de uso.

En la imagen anterior se muestra el modo a seleccionar el cual será modo programador el cual nos permite asignar valores a los eventos (horarios), estaciones de trabajo, prioridades, reloj astronómico, configuración de entradas, el modo supervisor nos permite asignar valores a las acciones (dispositivos empleados) se pueden diferenciar por el numero de pestañas que contiene cada uno.


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Figura 5.10 Diferencia entre modo programador y modo supervisor. En la siguiente figura se procede a introducir el número de eventos de acciones (dispositivos) de cada área y después programamos los eventos (horarios) de cada acción; en los eventos (figura Nº 4.7) también se puede programar los días festivos en los cuales no se labora como se muestra en la (figura Nº 4.8) una vez programado todo esto se conecta la computadora portátil que fue empleada en el puerto del tableo Z-MAX para pasar a la información al dispositivo controlador (ver figura).


81

Figura 5.11 Introducción de acciones (dispositivos).


82

Figura 5.12 Programación de eventos (horarios)


83

Figura 5.13 Programación de días festivos.

CAPITULO 6 EVALUACIÓN DE COSTOS.

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CAPITULO 6 EVALUACIÓN DE COSTOS

6.1 Aplicaciones del cálculo de costos El Cálculo de Costos se integra al sistema de informaciones indispensables para la gestión de una empresa. El análisis de los costos en la industria es sumamente importante, principalmente desde el punto de vista práctico, puesto que su desconocimiento puede acarrear riesgos para la empresa, e incluso, como ha sucedido en muchos casos, llevarla a su desaparición. Conocer no sólo que pasó, sino también dónde, cuándo, en qué medida (cuánto), cómo y porqué pasó, permite corregir los desvíos del pasado y preparar una mejor administración del futuro. Esencialmente se utiliza para realizar las siguientes tareas:

Sirve de base para calcular el precio adecuado de los productos y servicios. Conocer qué bienes o servicios producen utilidades o pérdidas, y en que

magnitud. Se utiliza para controlar los costos reales en comparación con los costos

predeterminados: (comparación entre el costo presupuestado con el costo realmente generado, post-cálculo).

Permite comparar los costos entre: Diferentes departamentos de la empresa Diferentes empresas Diferentes períodos

Localiza puntos débiles de una empresa. Determina la parte de la empresa en la que más urgentemente se debe realizar

medidas de racionalización. Guiar las decisiones de inversión. Elegir entre proveedores alternativos. Negociar con los clientes el precio, las características del producto, la calidad, las

condiciones de entrega y el servicio a satisfacer. Utilizar como instrumento de planificación y control.

6.2 Concepto de Costo Costo es el sacrificio, o esfuerzo económico que se debe realizar para lograr un objetivo. Los objetivos son aquellos de tipo operativos, como por ejemplo: pagar los sueldos al personal de producción, comprar materiales, fabricar un producto, venderlo, prestar un servicio, obtener fondos para financiarnos, administrar la empresa, etc. Si no se logra el objetivo deseado, decimos que tenemos una pérdida.


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La mercadería que se deteriora por contaminación y queda inutilizada, es una pérdida; porque, a pesar del esfuerzo económico no tiene un objetivo determinado. El costo es fundamentalmente un concepto económico, que influye en el resultado de la empresa. El desembolso es un concepto de tipo financiero, que forma parte del manejo de dinero. Su incidencia está relacionada con los movimientos (ingresos y egresos) de caja o tesorería. Uno puede comprar un insumo mediante un pago en dinero (erogación), pero hasta que ese insumo no sea incorporado al producto que se elabora y luego se vende, no constituye un costo. Es un desembolso. Hay bienes que se compran y que se utilizan en el sistema productivo, pero que no se incorporan al producto como insumo, sino que se utilizan durante un tiempo para ayudar en su elaboración. Por ejemplo: maquinarias, equipos, instalaciones, bienes de uso, etc. A estos bienes se les practica lo que se denomina amortización o depreciación, por un importe que está relacionado con su vida útil, el desgaste, la obsolescencia técnica, etc.; y se carga dicho importe en forma proporcional al producto. Esto constituye un costo, aunque el desembolso se hizo en el pasado. 6.3 Clasificación según su grado de variabilidad. Esta clasificación es importante para la realización de estudios de planificación y control de operaciones. Está vinculado con las variaciones o no de los costos, según los niveles de actividad. Costos Fijos: Son aquellos costos cuyo importe permanece constante, independiente del nivel de actividad de la empresa. Se pueden identificar y llamar como costos de "mantener la empresa abierta", de manera tal que se realice o no la producción, se venda o no la mercadería o servicio, dichos costos igual deben ser solventados por la empresa. Por ejemplo:

Alquileres Amortizaciones o depreciaciones Seguros Impuestos fijos Servicios Públicos (Luz, Teléfono, Gas, etc.) Sueldo y cargas sociales de encargados, supervisores, gerentes, etc.

Costos Variables: Son aquellos costos que varían en forma proporcional, de acuerdo al nivel de producción o actividad de la empresa. Son los costos por "producir" o "vender".


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Por ejemplo:

Mano de obra directa (a destajo, por producción o por tanto). Materias primas directas. Materiales e Insumos directos. Impuestos específicos. Envases, embalajes y etiquetas. Comisiones sobre ventas.

6.4 Clasificación según su asignación Costos Directos: Son aquellos costos que se asigna directamente a una unidad de producción. Por lo general se asimilan a los costos variables. Costos Indirectos: Son aquellos que no se pueden asignar directamente a un producto o servicio, sino que se distribuyen entre las diversas unidades productivas mediante algún criterio de reparto. En la mayoría de los casos los costos indirectos son costos fijos. 6.5 Parámetros para fijar los costos directos e indirectos en el diseño de la iluminación. Es conveniente y necesario analizar los parámetros que nos fijan los costos directos e indirectos en el diseño de la iluminación de un centro comercial, en forma práctica determinar las variables que influyen en los análisis de precios unitarios y globales de un presupuesto.

COSTOS DIRECTOS Los costos directos se tomaran por un periodo de 6 meses, ya que es el tiempo que se considero para terminar el proyecto.

Factor De Conversión De Salario Base A Salario Real

Salario Integrado (SI)

Percepción Semestral----------------------------------------------------181 Días

Prima Vacacional-----------------------------------------------------------1.5 Días

Gratificación Semestral----------------------------------------------------15 Días

Total De Días 197.5 Días Prestaciones (P)

IMSS= (15.93%)(SI)----------------------------------------------------31.46 Días

Impuesto De Educación= (1%)(SI)---------------------------------1.975 Días

Infonavit= (5%)(SI)------------------------------------------------------9.875 Días

Total De Días 43.31 Días


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Total De Días Remunerados (TR)

TR = SI + P = (197.5+43.31)---------------------------------------240.81 Días

Días No Trabajados Se considera la semana laboral como semana inglesa (de lunes a viernes)

Días Por Descanso----------------------------------------------------------------24 Días Feriado---------------------------------------------------------------------------4 Días Por Tradición-------------------------------------------------------------------4

Total 32 Días Días Trabajados Efectivo (DTE) Se considera un semestre laboral del mes de enero al mes de junio

DTE = (Días que tiene un semestre) – (Días no trabajados) DTE = (181 Días – 32 Días)--------------------------------------------149 Días

Por Lo Tanto El Factor de Salario Real (FSR) se determina:

FSR = (TR) / DTE = (240.81 Días) / (149 Días)---------------1.6161 Días

Personal Administrativo y Costos De Ingeniería

2 Ingenieros encargados-----------------------------------------------$193,932

Levantamiento del Plano-------------------------------------------------$10,000

Diseño------------------------------------------------------------------------$20,000

Ingeniería de detalle -----------------------------------------------------$20,000

Digitalización----------------------------------------------------------------$38,786

Total $282,718

COSTOS INDIRECTOS El periodo por el cual se considera que los gastos indirectos es de 6 meses, ya que es el tiempo que se considero para terminar el proyecto.

Renta---------------------------------------------------------------------------$2,500

Papelería----------------------------------------------------------------------$2,000

Teléfono------------------------------------------------------------------------$1,800

Agua----------------------------------------------------------------------------$1,000

Total = $7,300

Costo Directo $ 282,718

Costo Indirecto $ 7,300


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Suma $ 290,018

UTILIDAD Se desea obtener una utilidad del 20% del costo total del proyecto

§ U= (Utilidad deseada) (Costo del proyecto) § U= (20%)($290,018)--------------------------------------------------------58,003

TOTAL

Costo Directo $ 282,718

Costo Indirecto $ 7,300

Utilidad $ 58,003

Costo Total $ 348,021

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La demanda requerida por parte de los edificios para su buen funcionamiento, constituye en su conjunto una cantidad considerable de energía eléctrica; así mismo los sistemas de iluminación en los edificios no residenciales, constituyen una parte importante del total de consumo, y en ocasiones de la demanda, así como del costo total de dicha energía. Los costos de operación de un edificio construido bajo ciertos criterios de eficiencia energética (Edificios inteligentes) son sustancialmente menores a lo largo de la vida útil, comparados con edificio ineficiente. Hoy en día existe en el mercado una gran cantidad de equipos que cuentan con nueva tecnología y mayor eficiencia energética, lo que a las empresas les permite obtener grandes ahorros de energía, favoreciendo con ello la rentabilidad y productividad en un entorno cada vez mas competitivo, en donde el ahorro de energía se constituye como un factor muy importante para sobresalir en un entorno mundial de economías globalizadas. Con la utilización correcta de los sensores y lámparas ahorradoras de energía eléctrica se logra una administración adecuada de dicha energía, lo cual implica para el usuario un menor consumo de dicha energía, ya que estas lámparas tienen pocas pérdidas por efecto Joule, lo que produce menos calor y una mayor iluminación sobre el área de trabajo y por lo tanto ahorro en la facturación. El ahorro de energía eléctrica logrado en un sistema de iluminación de esta envergadura, implica una menor demanda de energía eléctrica y en consecuencia se contribuye a disminuir la necesidad de la generación de la misma y si consideramos que un alto porcentaje se genera a través de plantas termoeléctricas, las cuales consumen energético fósil para su producción, y este proceso produce y libera una emisión importante de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera lo cual contribuye al aumento de la contaminación. Por lo cual este proyecto ayuda al cuidado y conservación del medio ambiente.

Así mismo si se combinan los sensores, lámparas ahorradoras y un equipo electrónico que ayude a la administración de la energía, el ahorro de la misma será aun mayor, característica con la cual cuenta el presente proyecto, por lo cual es recomendable para disminuir el consumo de energía eléctrica y a su vez lograr un aprovechamiento más eficiente de la misma. El uso del microcontrolador Zmax apoya mucho a la administración de la energía eléctrica ya que es el encargado de encender o apagar las luminarias que se necesiten o dejen de necesitar respectivamente; su funcionamiento por medio de su reloj astronómico y sus relevadores son de gran ayuda para este fin.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

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Recomendaciones

Dar a los luminarios un mantenimiento (limpieza de tubos y luminario) cada 4 meses, para así conservar el nivel de iluminación.

Hacer el remplazo de los tubos de una forma general de acuerdo a una

estimación de la vida útil de vida de dichos tubos; esto para evitar distorsión en el nivel de iluminación y malestar visual por parte de los clientes.

No modificar la configuración del Zmax, especialmente el reloj astronómico, ya que dicho equipo esta configurado de acuerdo a la cantidad de luz que emite el sol a las diferentes horas del día.

BIBLIOGRAFÍA.

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BIBLIOGRAFÍA Libros y tesis

Ortíz Yáñez Rubén, Control Eléctrico En Los Sistemas De Edificios Inteligentes, Tesis IPN-ESIME, Octubre 1985, México.

Oyamel Magdiel Castro Silva, Diseño De Iluminación Inteligente Para Un Inmueble De Oficinas, Tesis IPN-ESIME, Agosto 2009, México.

Control Eléctrico En Los Sistemas De Edificios Inteligentes, Rubén Ortíz Yáñez, Dirección de Publicaciones IPN, Primera edición: 2006, México.

NOM-001-SEDE 2005 Instalaciones Eléctricas (Utilización).

Catálogos y Revistas Catalogo FIDE 2003 2ª Edición.

Catalogo De Luminarios 2005 Lithonia Lighting

Revista. Principios De Iluminación Holophane, 2005.

Revista Sobre El Ahorro De Energía Eléctrica; FIDE Año 12 Num 47.

Sitios Web http://portal.ingenet.com.mx

http://www.lithonia.com/

http://www.fide.org.mx/consejos_aee/PDF/EnergiaenEspera.pdf

http://edison.upc.edu/curs/llum/fotometria/magnitud.html

http://www.asifunciona.com/electronica/af_cfl/af_cfl_1.html

http://www.iluminet.com.mx/sustentabilidad/estudio-de-calidad-de-lamparas-ahorradoras-de-energia/

http://www.profeco.gob.mx/revista/pdf/est_00/lamparas.pdf

http://www. holophane.com.mx

http://www.geiluminacion.com/mx/download/3.hid.pdf

http://www.leviton.com

LEVITON, Z-MAX sistemas de relevadores, 2005

LEVITON, guia de selección de productos de control para la

iluminación,2008.

ANEXOS.

90

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES PARA EL PROYECTO DE DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE PARA UN CENTRO COMERCIAL.

Año 2009

Numero de

actividad

Descripción de la actividad

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre

1 Selección del tema de tesis

2 Aprobación del tema de tesis.

3 Elaboración del protocolo del proyecto de diseño de iluminación inteligente para un centro comercial.

4

Revisión y aprobación del protocolo sobre el Proyecto diseño de iluminación inteligente para un centro comercial.

5

Búsqueda y selección de información del proyecto de diseño de iluminación inteligente para un centro comercial.

6 Índice tentativo

7 Presentación capitulo I

8 Desarrollo y revisión del capitulo II

9 Desarrollo y revisión del capitulo III

10 Desarrollo y revisión del capitulo IV

11 Conclusiones y recomendaciones

12 Elaboración de nomenclatura, bibliografía y anexos.

INTEGRANTES _____________________________ _______________________________

FIRMA FIRMA ACOSTA AYALA JUAN LUIS MORENO ORTIZ JORGE ARNULFO

ANEXOS

91

ANEXOS

Tabla de características de la lámpara FLUORESCENT HIGH BAY (proporcionada por OSRAM)

Descripción general Reciclaje Si Etiqueta de energía - EEI B Base (designación estándar) G5 Datos técnicos eléctricos. Watts nominal (envoltura) 54 W Datos geométricos Largos 1149,50 mm Diámetro de tubo 16 mm Datos de vida Vida en servicio 16000 h 1) Duración 20000 h 2) Datos técnicos de iluminación Color de iluminación 940 Índice de rendimiento de color Ra › 90 Flujo luminoso 3550 lm 3)

Tabla de características de la lámpara DINT DIM STICK 18W/825 E27 (Proporcionada

por OSRAM)

Descripción general

Reciclaje Si

Etiqueta de energía A

Base (designación estándar) E27

Datos eléctricos

Corriente de construcción 170 mA

Watts nominal 18 W

Watts nominal (envase) 18 W

Frecuencia de operación 50...60 Hz

Voltaje nominal del producto 220-240 V

ANEXOS

92

Datos geométricos.

Largo 158 mm

Diámetro de tubo T3

Construcción de lo largo 161.00 mm

Diámetro 52 mm

Datos vida útil

Duración 20000 h

Datos técnicos de iluminación

Temperatura de color 2500 K

Luz de color 825

Índice de rendimiento de color 80...89

Flujo luminoso 1140 lm

Documents

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO ELECTRICISTA