INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO
INGENIERÍA ELECTRICA
“ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL
Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.”
TRABAJO TERMINAL:
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTAN:
C. Mier Vargas Eleazar C. Jiménez Rivera Maricela C. Viveros Vázquez Arquímedes
México D.F. Noviembre, 2007
ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO
A INTERIORES.
RESUMEN
El presente trabajo de tesis está orientado, a hacer un análisis entre un
sistema convencional o tradicional de iluminación, es implementando lámparas
incandescentes o lámparas fluorescentes o ahorradoras y un sistema de
iluminación empleando lámparas LEDS, este con el fin de determinar que tan
conveniente es instalar este último, así como conocer en que tanto la calidad
de la energía eléctrica se ve afectada, ya que en un sistema de iluminación
tradicional la calidad esta en la onda senoidal de corriente es afectada en cierta
medida, esto debido a que su construcción depende de dispositivos
electrónicos.
Para desarrollar la comparación es necesario ubicarnos desde los
sistemas de distribución de energía eléctrica, el cual es el contexto en donde
nos compete analizar debido a que este nos lleva al sistema de iluminación, por
lo tanto es conveniente definir y conocer los elementos que lo constituyen.
La calidad de la energía es afectada por las lámparas ahorradoras, esta
es por que su construcción está compuesta de elementos electrónicos, los
cuales inyectan armónicas al sistema de distribución; las armónicas son
clasificadas dependiendo al múltiplo de la onda senoidal de tensión o corriente,
las lámparas proporcionan armónicas de un múltiplo de tres, es decir la tercer
armónica.
El sistema de iluminación se ha venido modificando esto con el objetivos
de disminuir el consumo de energía eléctrica, en un principio fueron instaladas
lámparas incandescentes, después fueron sustituidas por lámparas
ahorradoras o fluorescentes, aunque en la actualidad aún son empleadas las
lámparas incandescentes, pero en menos proporción. En la actualidad se están
implementando nuevas tecnologías, que además que permiten un ahorro de
energía mayor a las ahorradoras, proporcionan una distorsión menor en la
onda senoidal de corriente y una mayor eficiencia, tal es el caso de las
lámparas de LEDS.
Para realizar el análisis comparativo entre un sistema de iluminación
convencional y uno utilizando tecnología LEDS aplicado en interiores es
necesario realizar diferentes tipos de pruebas que nos ayuden a determinar la
factibilidad de cada sistema en este caso se realizaron dos pruebas que son las
siguientes:
� Obtención de la curva de distribución para los diferentes tipos de
lámparas.
� Efectos de una lámpara mediante la variación de tension.
Esto para conocer si es conveniente y rentable el empleo en un sistema de
iluminación el utilizar tecnología LEDS, esto con el fin de mejorar la calidad de
energía y asimismo el ahorro de energía.
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CONTENIDO
Pag.
I.- INTRODUCCIÒN. VII
II.- JUSTIFICACIÒN. VIII
III.- HIPOTESIS. IX
IV.- OBJETIVO GENERAL. X
V.- OBJETIVOS PARTICULARES. XI
CAPÍTULO 1.- SISTEMA ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN.
1.1 Definición de los sistemas de distribución. 18
1.2 Clasificación de los sistemas de distribución. 18
1.2.1 Sistemas aéreos. 18
1.2.2 Sistemas subterráneos. 19
1.2.3 Sistemas mixtos. 20
1.3 Principales componentes de los sistemas de distribución. 20
1.3.1 Alimentadores primarios de distribución. 21
1.3.2 Transformadores de distribución. 23
1.3.3 Alimentadores secundarios. 25
1.3.4 Acometidas. 25
1.4 Elementos secundarios de los sistemas de distribución. 26
1.4.1 Cuchillas. 26
1.4.2 Reactores. 26
1.4.3 Interruptores. 26
1.4.4 Capacitores. 26
1.4.5 Fusibles. 27
1.4.6 Restauradores. 27
1.5 Factores que intervienen en el diseño de un sistema de distribución. 29
1.5.1 Seguridad. 29
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III
1.5.2 Confiabilidad. 29
1.5.3 Costo. 30
1.5.4 Nivel y características devoltaje. 30
1.5.5 Mantenimiento. 30
1.5.6 Flexibilidad de servicio. 30
1.5.7 Factor de demanda. 31
1.5.8 Factor de carga. 31
1.5.9 Factor de diversidad. 31
1.5.10 Demanda máxima. 31
CAPITULO 2.- CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA.
2.1 Calidad de la energía eléctrica. 33
2.2 Distorsión de la forma de onda. 35
2.2.1 Armónicas 36
2.2.1.1 Perturbaciones armónicas 37
2.2.2 Medición de las armónicas. 40
2.2.2.1 Factor de potencia (Fp). 41
2.2.2.2 Factor de cresta (F.C.) 41
2.2.2.3 Potencia activa (P). 42
2.2.2.4 Potencia reactiva (Q). 42
2.2.2.5 Potencia de distorsión (D). 42
2.2.2.6 Tasa de distorsión de armónicas. 43
2.2.2.7 Tasa de distorsión armónica de tensión (THDV). 44
2.2.2.8 Tasa de distorsión armónica de corriente (THDI). 44
2.2.3 Interarmónicas. 45
2.2.4 Flicker (parpadeo de las fuentes luminosas). 45
2.2.4.1 Orígenes del Flicker. 46
2.2.4.1.1 Hornos de arco. 46
2.2.4.1.2 Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación. 47
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IV
2.2.5 Notching. 48
2.2.6 Ruido. 48
2.3 Soluciones generales. 49
CAPITULO 3.- SISTEMAS DE ILUMINACIÓN.
3.1 Clasificación de las fuentes de luz artificial. 54
3.2 Fuentes luminosas. 56
3.2.1 Lámparas incandescentes. 56
3.2.2 Lámparas incandescentes halógenas. 58
3.2.3 Lámparas infrarrojas. 58
3.2.3.1 Aplicaciones. 59
3.2.3.2 Casquillos 60
3.2.3.3 Filamentos. 60
3.2.3.4 Bulbos de lámparas incandescentes. 63
3.2.3.5 Base mecánica. 63
3.2.3.6 Energía espectral de las lámparas incandescentes. 64
3.3 Lámparas fluorescentes. 65
3.3.1 Ventajas y desventajas. 66
3.3.2 Tipos. 66
3.3.3 Lámparas fluorescentes compactas 68
3.3.4 Métodos de encendido. 70
3.4 Características a destacar de una lámpara. 74
3.4.1 Sobretensión y sobreintensidad. 74
3.4.2 Efecto estroboscópico. 76
3.4.3 Cuestiones visuales. 77
3.4.3.1 Nivel de iluminación o iluminancia. 77
3.4.3.2 Luminancia o brillo. 77
3.4.3.3 El color. 79
3.4.3.4 Rendimiento en el color. 80
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V
3.4.3.5 La temperatura de color. 81
3.5 Fuentes de luz y aplicaciones especiales. 84
3.5.1 Iluminación de interiores. 84
3.5.1.1 Deslumbramiento. 84
3.5.1.2 Lámparas y luminarias. 85
3.5.1.3 El color. 87
3.5.1.4 Apariencia de color. 88
3.5.1.5 Rendimiento en color. 89
3.5.1.6 Apariencia de color y rendimiento en color (CIE). 90
3.5.1.7 Influencia de color en el ambiente. 90
3.5.1.8 Sistemas de alumbrado. 91
3.5.1.9 Métodos de alumbrado. 92
3.5.1.10 Niveles de iluminación recomendados. 94
3.5.1.11 Iluminancias recomendadas según la actividad
y el tipo de local. 94
3.5.1.12 Depreciación de eficiencia luminosa y
Mantenimiento. 95
3.6 Que es un LED. 95
3.7 Historia de los LEDS. 96
3.8 Partes de un LED. 98
3.9 Como funcionan los LEDS. 99
3.10 Rasgos y ventajas de los LEDS. 99
3.11 Uso de los LEDS. 100
3.11.1 Iluminación decorativa. 100
3.11.2 La limpieza. 101
3.12 Perspectivas futuras. 102
3.13 Tecnología LED como fuente de iluminación. 102
3.14 Iluminación de interiores. 103
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VI
3.14.1 System Tread. 103
3.14.2 System Muro. 104
CAPITULO 4.- ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.
4.1 Obtención de curva de distribución para diferentes tipos de lámpara. 107
4.1.1 Resultados obtenidos. 114
4.2 Efectos de una lámpara mediante la variación de tension. 120
4.2.1 Resultados Obtenidos. 122
4.3 Lecturas y graficas de la onda senoidal de tension y corriente y los efectos
de la variación de tension de los diferentes tipos de lámparas. 123
4.4 Resultados obtenidos de los cálculos de los efectos de la variación de
tensión. 153
4.5 Análisis comparativo de vida útil y costos de las lámparas. 156
GLOSARIO
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
REFERENCIAS
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VII
INTRODUCCION
Los actuales sistemas de iluminación basados en lámparas
incandescentes y lámparas fluorescentes junto a la implementación de
balastros electrónicos en estas últimas, han aumentado en gran cantidad la
inyección de armónicos al sistema eléctrico, es por eso que nos vemos en la
necesidad de buscar nuevos métodos para disminuir los armónicos en el
sistema y mejorar la calidad de la energía y que nos permita además un ahorro
en la facturación de nuestro recibo de consumo; tal es el caso de los nuevos
dispositivos basados en LEDS.
Existe una gran variedad de leds, tanto en tipo, forma, tamaño,
características ópticas, características eléctricas, etc. Por lo que es muy fácil el
LED idóneo para diseñar dispositivos de iluminación personalizados con
especificaciones exactas a los requerimientos de la aplicación.
El uso cada dia más generalizado de los Leds nos da opcion para
integrarlos en mayores aplicaciones de alumbrado general, ya los encontramos
en señalizaciones tanto de trafico como comercial, es natural que dia con dia
las aplicaciones se vallan multiplicando, por lo mismo y gracias a todas sus
bondades su campo de aplicación crece constantemente, es claro que con los
consumos de energía, tamaño y color el futuro de los LEDS es
espectacularmente amplio.
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VIII
JUSTIFICACIÓN
El incremento de la demanda de energía eléctrica en los últimos años ha
provocado que surja la necesidad del ahorro de energía, pues los recursos
naturales empleados para la generación de energía en su mayoría son del tipo
no renovable, el área de iluminación es la parte del sistema de distribución en
donde se ha puesto más énfasis en el ahorro de energía tanto para el área
industrial, residencial y comercial, esta última la llevamos de forma más
específica al uso en interiores que es el contexto en donde hay una mayor
demanda de energía. Es por este motivo que se deben implementar
dispositivos que brinden ahorro de energía y al mismo tiempo ayuden a mejorar
la calidad de la energía, sin dejar a un lado los parámetros que se deben
cumplir para la iluminación, según el área a iluminar.
En la actualidad se han implementado lámparas ahorradoras o
compactas, que permiten satisfacer la necesidad de ahorro de energía,
cumpliendo con los parámetros de iluminación; pero su instalación afecta a la
calidad de la energía, porque depende del uso de balastros, los cuales
provocan distorsiones en la onda senoidal de tension y corriente.
Recientemente se pretende implementar la instalación de un sistema de
iluminación por medio de leds, los cuales permiten un mayor ahorro de energía
que las lámparas convencionales.
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IX
HIPOTESIS.
La aplicación de un sistema de iluminación por medio de leds, permitirá
obtener ahorro de energía y la calidad se verà afectada, debido a que su
construcción es a base de dispositivos electrónicos, los cuales son necesarios
para el funcionamiento de dicha tecnología. Pero es más conveniente que un
sistema de iluminación tradicional, porque esté emplea menos dispositivos
electrónicos que son los que provocan distorsión en la onda senoidal de
corriente y de tension, las cuales son conocidas como armonicas.
El análisis de costo beneficio de un sistema de iluminación por medio de
LEDS, permitirá determinar si es una buena opción para el ahorro y calidad de
la energía.
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X
OBJETIVO GENERAL
Analizar que tan conveniente y rentable es el empleo en un sistema de
iluminación el utilizar tecnología de leds, con el fin de mejorar la calidad de la
energía en la iluminación de interiores y de esta forma determinar si es posible
sustituir el sistema de iluminación tradicional; en este último la calidad se ve
afectada por el empleo de balastros, debido a que estos son dispositivos
electrónicos y, la frecuencia se ve afectada por la presencia de armónicas.
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XI
OBJETIVOS PARTICULARES
• Conocer que tan factible es implementar este tipo de tecnología.
• Conocer la problemática, en cuanto a calidad de la energía con la
instalación de esta tecnología.
• Comparar las ventajas y desventajas de los sistemas de iluminación
tradicionales contra los basados en LEDS.
• Conocer las curvas de distribución tanto de las lámparas convencionales
como de las lámparas de LEDS.
• Desarrollar un análisis de costo-beneficio, al implementar tecnología de
LEDS.
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XII
PIRÁMIDE CONCEPTUAL
ESTUDIO DE
FACTIBILIDAD DE COSTO
ÁREA DE ESTUDIO Y
APLICACIÓN: USO EN INTERIORES
SISTEMA DE SISTEMA DE ILUMINACIÓN ILUMINACIÓN TRADICIONAL BASADA EN LED (BALASTROS) (CONVERTIDORES)
SISTEMA DE ILUMINACION
SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN
CALIDAD DE LA ENERGIA
(Dispositivos Electrónicos)
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XIII
SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN
Esta es la área del sistema eléctrico que se va analizar, la cual le
compete más al usuario, es por ello que debe de centrase en este contexto
para poder obtener beneficios y el fundamental que es la continuidad del
servicio eléctrico
CALIDAD DE LA ENERGIA
En cuanto a calidad se deben considerar varios aspectos, ya que como
anteriormente se menciono, no se cuenta con balastros, pero será necesario
emplear convertidores, los cuales son también elementos electrónicos, pero
hay que desarrollar un análisis más detallado, el cual nos pueda determinar
cual serían severos, si las distorsiones por medio de convertidores o por
balastros. La calida de la energía debe considerar, para poder mantener la
continuidad del servicio eléctrico.
SISTEMA DE ILUMINACIÒN
Es un conjunto de elementos interconectados (luminarias, lámparas,
etc.), cuya finalidad es iluminar determinada área, de trabajo.
SISTEMA DE ILUMINACIÒN TRADICIONAL
Este sistema, consiste el emplear lámparas y elementos que integren
una luminaria, que ya se han ido empleando de elementos, ya vendidos en el
mercado, es decir con lámparas ya conocidas, como son: incandescentes, de
vapor de sodio y de vapor de mercurio, ambas de alta y baja presión, mixtas
entre otras, las cuales proporcionan ahorro de energía.
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XIV
Para la mayoría de estas es necesario el empleo de un balastro, el cual es un
elemento electrónico el cual suministra armónicos a la red, lo cual provoca
que no exista calidad de energía en el suministro de energía, por dicho
motivo es necesario buscar nuevas alternativas que además de permitir el
ahorro de energía, no se vea afectada la calidad de ala energía.
SISTEMA DE ILUMINACIÒN BASADO EN LEDS
Este tipo de iluminación esta basado en leds los cuales proporcionan
ahorro de energía para estos no se tiene la necesidad de emplear balastros,
pero será necesario instalar convertidores que permitan transformar la corriente
alterna que proporciona la compañía suministradora, en corriente continua con
la cual funcionan los ledas; este tipo de tecnología no ha sido aplicada en
nuestro país en oficinas, solo se empleado en semáforos es por ello que se
debe analizar en otros lugares del mundo donde ya hallase ya desarrollado. Y
de esta forma analizar si es o no conveniente instalar en nuestro país este tipo
de iluminación, hay que considerar que aunque hay que instalar convertidores
son en menor cantidad que los balastros instalados en un sistema de
iluminación tradicional, otras consideraciones a tomar es que el mantenimiento
de los leds es menor, y el ahorro de energía es mayor en comparación con el
sistema tradicional.
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XV
ÁREA DE APLICACIÓN: INTERIORES
Esta es el área la cual va a ser analizado, ya que esta es una en las cual
es más empleada la iluminación, ya que en esta, es donde la mayor parte del
día esta iluminada, y es por ello que es aquí donde se debe emplear el ahorro
de energía en el aspecto de iluminación.
Hay que considerar al mismo tiempo que es aquí donde se tienen más
aparatos electrónicos que pueden proporcionar armónicos.
ANALISIS DE COSTO BENEFICIO
Es necesario que para determinar si es factible o no la instalación de
este tipo de sistema de iluminación es necesario determinar si los costos, son
convenientes si se considera los beneficio. Aunque no se emplean balastros
para obtener una buena curva de distribución del flujo luminoso es necesario el
empleo de difusores, los cuales son de gran costo, además de que es el
funcionamiento de las lámparas leds, es necesario contar con una fuente de
alimentación de corriente directa, de cual no se cuenta en el país, ya que el
servicio eléctrico, es en corriente alterna, por lo cual será necesario emplear
convertidores, lo cual provocará un gasto más, además de que no hay que
olvidar que los convertidores, también son elementos electrónicos pero se
emplearan menos dispositivos, y el mantenimiento de los leds será menor,
ocuparán menos espacio, el ahorro de energía es mayor y si el costo de la
compra de convertidores será menor a largo tiempo. En análisis permite
determinar que es muy conveniente instalar este tipo de tecnología, y es mejor
que el sistema tradicional.
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XVI
Para realizar el análisis comparativo entre un sistema de iluminación
convencional y uno utilizando tecnología LEDS aplicado en interiores es
necesario realizar diferentes tipos de pruebas que nos ayuden a determinar la
factibilidad de cada sistema en este caso se realizaron dos pruebas que son las
siguientes:
� Obtención de la curva de distribución para los diferentes tipos de
lámparas.
� Efectos de una lámpara mediante la variación de tension.
Esto para conocer si es conveniente y rentable el empleo en un sistema de
iluminación el utilizar tecnología LEDS, esto con el fin de mejorar la calidad de
energía y asimismo el ahorro de energía.
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CAPITULO 1
SISTEMA ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN.
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18
1.1 DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN
¿Qué es lo que en realidad significa el término sistemas de distribución?
Se define como el conjunto de instalaciones desde 120 V hasta
tensiones de 34.5 kV encargadas de entregar la energía eléctrica a los usuarios
a los niveles de tensión normalizados y en las condiciones de seguridad
exigidas por los reglamentos.
1.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION
En función de su construcción estos se pueden clasificar en:
- Sistemas aéreos.
- Sistemas subterráneos.
- Sistemas mixtos.
1.2.1 Sistemas aéreos: estos sistemas por su construcción se caracterizan por
su sencillez y economía, razón por la cual su utilización está muy generalizada.
Se emplean principalmente para:
1.- Zonas urbanas con:
a) Carga residencial
b) Carga comercial
c) Carga industrial
2- Zonas rurales con:
a) Carga doméstica
b) Carga de pequeñas industrias
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Los sistemas aéreos están constituidos por transformadores, cuchillas,
apartarrayos, cortacircuitos fusibles, cables desnudos, etc. Los que se instalan
en postes o estructuras de distintos materiales.
La configuración mas sencilla para los sistemas aéreos es del tipo
arbolar, la cual consiste en conductores desnudos de calibre grueso en el
principio de la línea y de menor calibre en las derivaciones a servicios o al final
de la línea. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio
es posible utilizar configuraciones más elaboradas.
Los movimientos de carga se llevan a cabo con juegos de cuchillas de
operación con carga, que son instaladas de manera conveniente para efectuar
maniobras tales como: trabajos de emergencia, ampliaciones del sistema,
conexión de nuevos servicios, etc. En servicios importantes tales como:
Hospitales, edificios públicos, fábricas que por la naturaleza de su
proceso de producción no permiten la falta de energía eléctrica en ningún
momento; se instalan dos circuitos aéreos, los cuales pueden pertenecer a la
misma subestación de distribución, o de diferentes subestaciones, esto se
realiza independientemente a que la mayoría de estos servicios cuentan con
plantas de emergencia con capacidad suficiente para alimentar sus áreas más
importantes.
1.2.2 Sistemas subterráneos: Estos sistemas se construyen en zonas
urbanas con alta densidad de carga y fuertes tendencias de crecimiento,
debido a la confiabilidad de servicio y la limpieza que estas instalaciones
proporcionan al paisaje. Naturalmente, este aumento en la confiabilidad y en la
estética involucra un incremento en el costo de las instalaciones y en la
especialización del personal encargado de construir y operar este tipo de
sistema.
Los sistemas subterráneos están constituidos por transformadores tipo
interior o sumergibles, cajas de conexión, interruptores de seccionamiento,
interruptores de seccionamiento y protección, cables aislados, etc. los que se
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instalan en locales en interior de edificios o en bóvedas, registros y pozos
construidos en banquetas.
Los principales factores que se deben analizar al diseñar un sistema
subterráneo son:
* Densidad de carga
* Costo de la instalación
* Grado de confiabilidad
* Facilidad de operación
1.2.3 Sistemas mixtos: este sistema es muy parecido al sistema aéreo, siendo
diferente únicamente en que los cables desnudos sufren una transición a
cables aislados. Dicha transición se realiza en la parte alta del poste y el cable
aislado es alojado en el interior de ductos para bajar del poste hacia un registro
o pozo y conectarse con el servicio requerido.
Este tipo de sistema tiene la ventaja de eliminar una gran cantidad de
conductores, favoreciendo la estética del conjunto, disminuyendo notablemente
el número de fallas en el sistema de distribución y por ende aumentando la
confiabilidad del mismo.
1.3 PRINCIPALES COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION
Los principales elementos componentes de un sistema de distribución son:
a) Alimentadores primarios de distribución.
b) Transformadores de distribución.
c) Alimentadores secundarios.
d) Acometidas.
e) Equipo de medición.
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1.3.1 Alimentadores Primarios De Distribución
Son los encargados de llevar la energía eléctrica desde las
subestaciones de potencia hasta los transformadores de distribución. Los
conductores van soportados en poste cuando se trata de instalaciones aéreas y
en ductos cuando se trata de instalaciones subterráneas.
Los componentes de un alimentador primario son:
* Troncal.
* Ramal.
* Troncal, es el tramo de mayor capacidad del alimentador que transmite la
energía eléctrica desde la subestación de potencia a los ramales. En los
sistemas de distribución estos conductores son de calibres gruesos 336, 556 y
hasta 795 MCM, ACSR (conductor de aluminio con alma de acero),
dependiendo del valor de la densidad de carga.
* Ramal, es la parte del alimentador primario energizado a través de un troncal,
en el cual van conectados los transformadores de distribución y servicios
particulares suministrados en media tensión. Normalmente son de calibre
menor al troncal.
Los alimentadores primarios normalmente se estructuran en forma
radial, en un sistema de este tipo la forma geométrica del alimentador semeja
la de un árbol, donde por el grueso del tronco, el mayor flujo de la energía
eléctrica se transmite por toda una troncal, derivándose a la carga a lo largo de
los ramales.
Los alimentadores primarios por el número de fases e hilos se pueden clasificar
en:
- Trifásicos tres hilos.
- Trifásicos cuatro hilos.
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- Monofásicos dos hilos.
- Monofásicos un hilo.
- Los alimentadores primarios trifásicos con tres hilos requieren una menor
inversión inicial, en lo que a material del alimentador se refiere, sin embargo
debido a que estos sistemas de distribución tienen un coeficiente de
aterrizamiento mayor que uno trifásico cuatro hilos, permiten que los equipos
que se instalen en estos sistemas de distribución tengan niveles de aislamiento
mayores con costos mayores. Una característica adicional de estos sistemas
es que los transformadores de distribución conectados a estos alimentadores
son de neutro flotante en el lado primario.
Por lo que se refiere a detección de fallas de fase a tierra en estos
sistemas de distribución es más difícil detectar estas corrientes, en
comparación con los sistemas trifásicos cuatro hilos ya que al ser mayor la
impedancia de secuencia cero de los alimentadores, las corrientes de falla son
menores. Estos alimentadores se utilizan en zonas urbanas.
- Los alimentadores primarios trifásicos con cuatro hilos requieren una mayor
inversión inicial, ya que se agrega el costo del cuarto hilo (neutro) al de los tres
hilos de fase, sin embargo debido a que estos sistemas de distribución tienen
un coeficiente de aterrizamiento menor de la unidad, los equipos que se
conecten a estos alimentadores requieren de un menor nivel de aislamiento
con menor costo de inversión. Estos sistemas se caracterizan por que a ellos
se conectan transformadores con el neutro aterrizado a tierra en el devanado
primario y transformadores monofásicos cuya tensión primaria es la de fase a
neutro.
En estos sistemas de distribución es más fácil detectar las corrientes de
falla de fase a tierra ya que estos pueden regresar por el hilo neutro. Estos
alimentadores se utilizan en zonas urbanas.
- Los alimentadores primarios monofásicos de dos hilos se originan de
sistemas de distribución trifásicos, de hecho son derivaciones de alimentadores
trifásicos tres hilos que sirven para alimentar transformadores monofásicos que
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reciben la tensión entre fases en el devanado primario. Este sistema de
distribución es usado en zonas rurales o en zonas de baja densidad.
- Los alimentadores primarios monofásicos de un hilo son derivaciones de
sistemas trifásicos que permiten alimentar transformadores monofásicos
usándose estos alimentadores en zonas rurales, debido a la economía que
representa en costo.
1.3.2 Transformadores De Distribución
Los transformadores de distribución son los equipos encargados de
cambiar la tensión primaria a un valor menor de tal manera que el usuario
pueda utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas.
En si el transformador de distribución es la liga entre los alimentadores
primarios y los alimentadores secundarios.
La capacidad del transformador se selecciona en función de la magnitud
de la carga, debiéndose tener especial cuidado en considerar los factores que
influyen en ella, tales como el factor de demanda y el factor de coincidencia.
El número de fases del transformador es función del número de fases de
la alimentación primaria y del número de fases de los elementos que componen
la carga. En muchas ocasiones la política de selección del número de fases de
los transformadores de distribución que decida emplear una compañía, señala
el número de fases que deben tener los motores que se conecten en el lado
secundario de los transformadores, dictando así una política de desarrollo de
fabricación de motores en una cierta zona de un país o en un país entero.
La magnitud del porciento de impedancia de un transformador afecta la
regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen
por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios. A menores
valores de impedancia mayores valores de regulación y de corriente de corto
circuito; es por ello que el valor del porciento de impedancia se debe
seleccionar tratando de encontrar un punto económico de estos dos factores,
debiéndose tomar en cuenta que la calidad de tensión que se entrega a los
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usuarios se puede variar con los cambiadores de derivación de que
normalmente se provee a un transformador.
La conexión del transformador trifásico es uno de los puntos de mayor
interés cuando se trata de seleccionar un transformador para un sistema de
distribución de energía eléctrica. Las opciones que se le presentan al ingeniero
que diseñara dicho sistema, son en forma general entre seleccionar
transformadores con neutro flotante o con neutro aterrizado. El transformador
con neutro flotante es una necesidad cuando el sistema primario es trifásico
tres hilos y el de neutro aterrizado cuando se trata de un sistema trifásico
cuatro hilos. Al utilizar transformadores conectados en delta en el lado primario
se disminuye el riesgo de introducir corrientes armónicas (magnitud sinusoidal
de frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental de la corriente o de la
tensión) de orden impar (especialmente en tercer orden) a los alimentadores
primarios y se incrementa el riesgo de tener sobretensiones por fenómenos de
ferrorresonancia (efecto producido en el núcleo cuando la fuerza electromotriz
tiene una frecuencia muy próxima a las oscilaciones libres que se producen en
el mismo) en el transformador. Estas sobretensiones se vuelven especialmente
críticas en sistemas subterráneos de distribución.
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1.3.3 Alimentadores Secundarios
Los alimentadores secundarios distribuyen la energía desde los
transformadores de distribución hasta las acometidas a los usuarios.
En la mayoría de los casos estos alimentadores secundarios son
circuitos radiales, salvo en los casos de las estructuras subterráneas malladas
(comúnmente conocidas como redes automáticas) en las que el flujo de
energía no siempre sigue la misma dirección. Los alimentadores secundarios
de distribución, por el número de hilos, se pueden clasificar en:
1- Monofásico dos hilos.
2- Monofásico tres hilos.
3- Trifásico cuatro hilos.
Para conocer las ventajas técnicas y económicas inherentes a los
alimentadores secundarios de distribución se deben realizar estudios
comparativos que esclarezcan estos méritos y permitan seleccionar el sistema
de distribución más
1.3.4 Acometidas
Las acometidas son las partes que ligan al sistema de distribución de la
empresa suministradora con las instalaciones del usuario.
Las acometidas se pueden proporcionar a la tensión primaria (media
tensión) o la tensión secundaria (baja tensión), esto depende de la magnitud de
la carga que el usuario requiera ante la empresa suministradora.
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1.4 ELEMENTOS SECUNDARIOS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION
Entre los elementos secundarios de una red de distribución se tienen:
1- Cuchillas.
2- Reactores.
3- Interruptores.
4- Capacitadores.
5- Fusibles.
6- Restauradores.
7- Seccionadores.
1.4.1 Las cuchillas son los elementos que sirven para seccionar o abrir
alimentadores primarios de distribución, su operación es sin carga y su
accionamiento de conectar y desconectar es por pértiga, abriendo o cerrando
las cuchillas una por una o en grupo según el tipo de la misma; su montaje en
poste puede ser horizontal o vertical.
1.4.2 Los reactores son dispositivos utilizados para introducir reactancia en
alimentadores primarios de distribución con el propósito de limitar la corriente
que fluye en un circuito, bajo condiciones de cortocircuito, se conectan en serie
con el alimentador.
1.4.3 Los interruptores, son dispositivos que permiten conectar o desconectar
con carga un alimentador primario de distribución, son instalados en poste o
estructura en juegos de tres interruptores, son operados en grupo con
mecanismo reciprocante de operación manual.
1.4.4 Los capacitores, son dispositivos cuya función primordial es introducir
capacitancia, corrigiendo el factor de potencia en alimentadores primarios de
distribución.
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1.4.5 Los fusibles, son dispositivos de protección que interrumpen el paso de
la corriente eléctrica fundiéndose cuando el amperaje es superior a su valor
nominal, protegen transformadores de distribución y servicios interiores de
media tensión contra sobrecorriente y corriente de cortocircuito, van colocados
dentro del tubo protector del cortacircuito fusible.
1.4.6 Los restauradores, son equipos que sirven para reconectar
alimentadores primarios de distribución. Normalmente el 80 % de las fallas son
de naturaleza temporal, por lo que es conveniente restablecer el servicio en la
forma más rápida posible para evitar interrupciones de largo tiempo. Para estos
casos se requiere de un dispositivo que tenga la posibilidad de desconectar un
circuito y conectarlo después de fracciones de segundo.
Los restauradores son dispositivos autocontrolados para interrumpir y
cerrar automáticamente circuitos de corriente alterna con una secuencia
determinada de aperturas y cierres seguidos de una operación final de cierre ó
apertura definitiva.
En caso de que la falla no fuera eliminada, entonces el restaurador
opera manteniendo sus contactos abiertos. Los restauradores están diseñados
para interrumpir en una sola fase o en tres fases simultáneamente.
Los restauradores monofásicos tienen control hidráulico y los trifásicos
pueden estar controlados hidráulicamente ó electrónicamente.
Los siguientes requisitos son básicos para asegurar la efectiva operación
de un restaurador:
1- La capacidad normal de interrupción del restaurador deberá ser igual o
mayor de la máxima corriente de falla.
2- La capacidad normal de corriente constante del restaurador deberá ser igual
o mayor que la máxima corriente de carga.
3- El mínimo valor de disparo seleccionado deberá permitir al restaurador ser
sensible al cortocircuito que se presente en la zona que se desea proteger.
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Los seccionadores, son elementos que no están diseñados para
interrumpir corrientes de cortocircuito ya que su función es el de abrir circuitos
en forma automática después de cortar y responder a un numero
predeterminado de impulsos de corriente de igual a mayor valor que una
magnitud previamente predeterminada, abren cuando el alimentador primario
de distribución queda desernegizado, tratándose de la desconexión de cargas
se puede hacer en forma manual.
En cierto modo el seccionador permite aislar sectores del sistema de
distribución llevando un conteo de las operaciones de sobrecorriente del
dispositivo de respaldo.
Es importante hacer notar que debido a que interrumpe corrientes de
corto circuito, no tienen una curva característica de tiempo-corriente por lo que
no intervienen en la coordinación de protecciones, pudiéndose instalar entre
dos dispositivos de protección.
Por su principio de operación el medio aislante de interrupción puede ser
aire, aceite o vació y en cuanto al control es similar al caso de los
restauradores o sea puede ser hidráulico, electrónico ó electromecánico.
Por lo general el registro de las sobretensiones se efectúa cuando la
corriente a través del seccionador cae bajo de un valor de alrededor del 40 %
de la corriente mínima con que se activa al seccionador.
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1.5 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE
DISTRIBUCION.
El diseño del sistema de distribución que abastece los componentes de
carga implica ciertas consideraciones básicas. Estas son:
� seguridad.
� Confiabilidad.
� Costo.
� nivel y característica de voltaje.
� facilidad de mantenimiento.
� Flexibilidad de servicio.
1.5.1 Seguridad. Abarca dos aspectos: protección de la vida y el equipo y la
propiedad. La protección de la vida es de máxima importancia y puede
realizarse mas eficazmente utilizando:
� Componentes eléctricos adecuados de alta calidad.
� Disposiciones de sistema adecuadas y fáciles de operar.
� Construcción con cubierta metálica e interbloqueo apropiado.
� Aislamiento apropiado o salvaguarda de conductores energizados.
� Conexión a tierra del sistema y equipo en forma apropiada.
� Practicas de instalación y programas de mantenimiento adecuados.
� Capacidades de protección contra cortocircuitos de los equipos de
interrupción y dispositivos protectores coordinados apropiadamente, a fin
de garantizar la supresión selectiva de los componentes del sistema en
caso de falla.
1.5.2 Confiabilidad. Implica no solo el uso de componentes de alta calidad con
bajos índices de falla para áreas criticas, si no también, en algunos casos, la
provisión de fuentes alternativas de energía en caso desperfecto del equipo o
para su reparación.
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1.5.3 Costo. La decisión de incluir una fuente alternativa, o de redundancia de
equipo, se basa en una evaluación de todos los aspectos de ingeniería,
incluyendo los costos y las consecuencias de la perdida de energía eléctrica.
Los diseños de sistemas simples también son menos susceptibles a los errores
de operación durante una emergencia que los diseños complicados debido a
los incrementos esperados en el costo de energía, no solo deben considerarse
primero los costos de un sistema, si no que también se deben investigar la
eficiencia de sus componentes y las disposiciones de los circuitos.
1.5.4 Nivel y características de voltaje. Intervienen la magnitud, frecuencia,
armónicos y, en el caso de tres frases, el equilibrio de las magnitudes de
voltaje entre fases. Lo ideal es una onda senoidal pura con magnitud y
frecuencias constantes. Se deben hacer consideraciones de diseño sobre la
fluctuación y regulación de voltaje, y sobre los dispositivos de carga que
producen armónicos en las ondas de forma de tensión y de corriente y
transitorios en el sistema. Tales dispositivos son los convertidores electrónicos,
algunos dispositivos de control de velocidad y de voltaje, y las operaciones de
interrupción bajo carga.
1.5.5 Mantenimiento. Es necesario para mejorar la seguridad y la
confiabilidad, y el diseñador de un sistema debe incorporar las características
que faciliten el mantenimiento e inspección de rutina.
1.5.6 Flexibilidad de servicio. Significa que el diseño debe tener aspectos
que le permitan admitir cambios fáciles en la ubicación, magnitud o carácter de
la carga. En el diseño original se deben planear la disposición del espacio
suficientemente que permita una expansión sin producir la reorganización
indebida de los circuitos.
Debido ala naturaleza diversa de los requisitos de energía eléctrica de
diferentes usuarios, deben investigarse varias disposiciones de circuito básicas
para logar la más apropiada. Sin embargo es necesario considerar ciertos
factores antes de tomar una decisión.
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Las cargas deben de analizarse en cuanto a su magnitud, ubicación
dentro de la instalación, variación durante el día y sus tipos y sus tipos son
como resistivas, inductivas, capacitivas, de motor, etc.
Las cargas pueden describirse en función de diferentes características:
factor de demanda, factor de carga, factor de diversidad, demanda máxima,
carga pico y carga promedio. Las tres primeras se utilizan en la determinación
de la carga efectiva de un grupo de dispositivos dados.
1.5.7 Factor de demanda. Es la razón de la demanda máxima sobre un
sistema entre la carga total conectada (suma de las capacidades continuas de
los dispositivos conectados al sistema).
1.5.8 Factor de carga. Es la razón de la carga medida en un periodo especifico
de tiempo entre la carga pico que ocurre durante ese periodo.
1.5.9 Factor de diversidad. Es la razón de la suma de las demandas máximas
en los diversos componentes en los diversos componentes del sistema entre la
demanda máxima de este (el factor de diversidad es ≥1).
1.5.10 Demanda máxima. Es la mayor carga integrada que ocurre en un
periodo específico de tiempo de tiempo, generalmente lapsos de 15 o 30
minutos.
La demanda máxima se determina aplicando los factores de demanda y
de diversidad de la carga conectada.
El factor de demanda varía considerablemente con cargas diferentes y
se basa en la experiencia obtenida en aplicaciones similares. Entonces la
demanda sobre el sistema es igual a la carga total conectada, multiplicada por
el factor de demanda, suponiendo un factor de diversidad igual a 1. Si se
conoce este factor, entonces la demanda así obtenida debe dividirse entre el
factor de diversidad para obtener la demanda real en muchos casos se desea
utilizar un factor de diversidad de 1 para tener en cuenta la suma de cargas y
de expansión.
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CAPITULO 2
CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA.
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2.1 CALIDAD DE LA ENERGIA ELÈCTRICA.
La definición de la calidad de la energía es muy amplia. Pero finalmente
es un problema que concierne al consumidor y el punto de vista del consumidor
toma entonces importancia, luego entonces; se puede definir como la ausencia
de interrupciones, sobrevoltaje, deformaciones producidas por armónicas en la
red y variaciones de voltaje suministrado al usuario. Además le concierne la
estabilidad del voltaje, la frecuencia y la continuidad del servicio eléctrico.
En los últimos años es común que las instalaciones eléctricas interiores
y comerciales tengan cargas con controles y dispositivos electrónicos; como
es el caso de los electrodomésticos (con elementos en estado sólido),
computadoras personales, lámparas personales, lámparas ahorradoras, etc.;
es decir dispositivos con cargas no lineales, la cual su intensidad de corriente,
no tiene la misma forma sinusoidal que la tensión que la alimenta. Mientras
las cargas lineales como las lámparas incandescentes, calentadores de agua,
transformadores de baja potencia, etc. Llamados así porque la intensidad de
corriente que circula por esta carga tiene la misma forma sinusoidal que la
alimenta.
La presencia de estas cargas ha originado perturbaciones en las ondas
de tensión y corriente, tanto en su forma como en su magnitud, ocasionando
daños en los equipos y malestar en los usuarios. Por eso, es necesario tener
un suministro eléctrico que conserve los niveles de calidad según la
normalidad existente y hacer conocer a los usuarios cuáles cargas son más
sensibles, capaces de generar perturbaciones y la forma de atenuarlas para
obtener un mejor servicio.
En el suministro de energía, la tensión debería tener una forma de onda
sinusoidal pura, sin alteraciones en amplitud, frecuencia o fase como si
proviniera de una barra infinita.
La calidad de la energía es un concepto que indica el grado de pureza
de la energía eléctrica, pureza medida según los siguientes parámetros de la
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señal de voltaje en cualquier instante de tiempo: continua, senoidal,
frecuencia y amplitud constante
.
CAL ID AD DE LA ENERG IA CAL IDAD DE LA TEN SION=
Puede haber definiciones completamente diferentes para el término
calidad de la energía dependiendo del marco de referencia en que se ubique.
Por ejemplo, las compañías suministradoras definen la calidad de la energía
como la confiabilidad de la red eléctrica y muestran estadísticas demostrando
que el sistema es 99.98 % confiable. El diseñador de equipo define la calidad
de la energía como aquellas características de la fuente de alimentación que
habilitan al equipo para trabajar propiamente. Esto puede ser muy diferente
para diferentes diseñadores de equipo. El nivel de calidad de la energía
requerido es el nivel al cual resultará la operación propia del equipo para una
compañía suministradora en particular. La calidad de la energía, al igual que la
calidad en otros bienes y servicios es difícil de cuantificar.
Los disturbios no solo afectan al equipo de los consumidores, sino que
también perjudican la operación de la red de suministro. Los disturbios causan
problemas como los que se citan a continuación:
• Operación incorrecta de controles remotos.
• Sobrecalentamiento de cables.
• Incremento de las pérdidas reactivas de los transformadores y motores.
• Errores de medición.
• Operación incorrecta de los sistemas de protección.
• Entre otros más.
Debido a estos problemas, algún componente de un equipo conectado a
la red eléctrica puede sufrir un daño considerable al presentarse algún disturbio
(situación para la cual dicho equipo no está diseñado) que supere su nivel de
aislamiento.
Se puede decir que el objetivo de la calidad de la energía es encontrar
caminos efectivos para corregir los disturbios y las variaciones de voltaje en el
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lado del cliente y, proponer soluciones para corregir las fallas que se presentan
en el lado del sistema de las compañías suministradoras de energía eléctrica,
para lograr con ello un suministro de energía eléctrica con calidad.
La razón última por la que se debe estar interesado en la calidad de la
energía es por el aspecto económico. Hay un impacto económico en las
compañías suministradoras, sus consumidores y sus proveedores de equipo.
La calidad de la energía puede tener un impacto económico directo en muchos
consumidores industriales. Recientemente ha habido un gran énfasis en
revitalizar la industria con mas automatización y equipo más moderno, esto
usualmente significa que está electrónicamente controlado, es decir; el equipo
es más eficiente pero al mismo tiempo, es a menudo mucho más sensible a las
variaciones en la fuente de alimentación que sus predecesores
electromecánicos. Grandes cantidades de dinero están asociadas a los
disturbios en la industria, ya que la salida de operación de una línea de
producción que requiere varias horas para operar nuevamente, se traduce en
pérdidas económicas.
Los consumidores residenciales típicamente no sufren de pérdidas
financieras directas o de incapacidad de obtener un beneficio como resultado
de muchos problemas de calidad de la energía, pero ellos pueden ser una
potente fuerza cuando perciben que la compañía suministradora les está
brindando un servicio pobre.
2.2 DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA.
La distorsión de la forma de onda es definida como una desviación del
estado estable de la forma ideal senoidal del sistema. Estos son los algunos
tipos primarios de distorsión.
• Armónicas
• Interarmónicas
• Notching
• Noise (ruido)
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2.2.1 ARMÒNICAS
Las armónicas deforman la señal de corriente y/o tensión, perturbando
la distribución eléctrica o potencia y disminuyendo la calidad de la energía
eléctrica.
Las armónicas son ondas de tensión o corriente, cuya frecuencia es un
múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la red (60Hz).
“La armónica de rango h (generalmente denominado armónico h) es la
componente senoidal de una señal, cuya frecuencia es h veces la frecuencia
fundamental”.
Si f fundamental = 60 hz
f armónica = h x 60 hz
Figura 2.1 Armónicas de una onda senoidal.
1.El valor de la frecuencia fundamental (o armónica de rango1) es 60Hz.
2.El segundo (rango) armónica tiene una frecuencia de120 Hz.
3.El tercer (rango) armónica tiene una frecuencia de180 Hz.
4.El cuarto (rango) armónica tiene una frecuencia de240 Hz.
5.Una señal deformada es la resultante de la suma de las diferentes
armónicas.
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2.2.1.1 PERTURBACIONES ARMÒNICAS
El flujo de intensidades armónicas, a través de las impedancias de la
instalación, generan armónicos de tensión, que deforman la tensión de
alimentación.
“La impedancia de un conductor aumenta en función a la frecuencia, es
decir de la intensidad que circula por él. Para cada armónico de rango h ,
existe por tanto, una impedancia Zh del circuito de alimentación”.
Figura 2.2 Incremento de la impedancia del conductor
dependiendo al incremento de la frecuencia.
Para entender mejor el fenómeno de las intensidades armónicas,
puede ser imaginarse que las cargas no lineales inyectan intensidades
armónicas en la dirección de la fuente.
Figura 2.3 Inyección de intensidades armónicas a la fuente.
El flujo de armónicos en una instalación reduce la calidad de la energía
y origina:
• Sobrecarga de la red por incremento de corriente eficaz.
• Sobrecarga en los conductores de neutro debido a la suma de los
armónicas de rango 3.
• Perturbación de las redes de comunicación o de las líneas telefónicas.
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• El envejecimiento prematuro de los equipos obliga a reemplazarlos
con antelación, a menos que se hallan sobredimensionado
inicialmente.
• Las sobrecargas de la instalación obligan a aumentar la potencia
contratada, y si no se sobredimensiona a instalación, las pérdidas
aumentan.
• Las perturbaciones en intensidad producen disparos intempestivos y la
interrupción de las actividades.
• El fenómeno de las armónicas no se ha tenido en cuenta hasta hace
aproximadamente 15 años, pues sus efectos eran poco importantes,
debido a que se contaba con menor cantidad de carga no lineal.
• Las armónicas son, en muchas ocasiones, difíciles de reducir, pues son
originados por equipos vitales para la actividad de una empresa.
Figura 2.4 Inyección de armónicas por cargas no lineales, (las
cargas lineales no inyectan armónicas).
En el alumbrado la mayoría de las balastras electromagnéticas están
siendo reemplazadas por balastras de estado sólido, las cuales generan un
30% mas de armónicas en los circuitos de alumbrado. Como ejemplo se tiene
que las armónicas de alumbrado, equipo electrónico y de oficina provocan una
sobrecarga del neutro debido a la 3a armónica principalmente.
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ARMÒNICAS EN LA ONDA SENOIDAL DE CORRIENTE DE LÀMPARAS AHORRADORAS
Tabla 2.1. Datos de lámpara ahorradora Lights of America
, 27 W, FP. 0.95, THD 23
Voltaje Corriente
W 28.10 RMS 134.32 0.25 VA 33.15 Pico/rms 1.4 1.98 Var 13.01 THD Fund 0.74 29.74 FP 0.85 Fdespl 0.90
Figura 2.5. Corriente armónica de lámpara Lights of America Tabla 2.2. Datos de lámpara ahorradora Philips 13W, 300 mA
Voltaje Corriente
W 28.10 RMS 134.55 0.36 VA 48.15 Pico/Rms 1.4 1.50
VAr 37.01 THD Fund
0.73 14.67
FP 0.59 Fdesp 0.61
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Figura 2.6. Corriente armónica de lámpara Philips.
En la industria, además del alumbrado y el equipo de oficina, las
armónicas son producidas por los variadores de velocidad. Los variadores han
sido creados para controlar la energía de los motores y requieren que la
corriente alterna sea convertida a corriente directa por medio de rectificadores,
que contribuyen con la generación de armónicas. Los rectificadores de 6 y 12
pulsos contribuyen con la 5ª y 11ª armónica, las cuales son de secuencia
negativa y producen un par negativo en los motores de inducción expuestos a
estas armónicas. En general, los problemas con la distorsión armónica
comienzan a presentarse cuando las cargas no lineales (computadoras,
variadores de velocidad, equipo electrónico) se aproximan al 30% de la
capacidad del transformador.
2.2.2 MEDICIÓN DE LAS ARMÓNICAS.
En redes trifásicas, los armónicos que hallamos con más frecuencia y
por tanto, los más problemáticos, son los armónicos de rango impar. Por
encima del rango de 50, las intensidades armónicas son reducidas y su
medida no es significativa.
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2.2.2.1 FACTOR DE POTENCIA (FP).
El factor de potencia se define como la relación entre la potencia activa
P y la potencia aparente S.
S
PFP = Ec. 2.1
En la jerga eléctrica, el factor de potencia es frecuentemente
confundido con el coseno phi (cosϕ), cuya definición es:
1
1cosS
P=ϕ
Ec. 2.2
1P = Potencia activa de la onda fundamental.
1S = Potencia aparente de la onda fundamental.
Una indicación de la presencia significativa de armónicos la notamos
cuando el factor de potencia medido es diferente del (cosϕ), es decir, el factor
de potencia será menor a este, (FP<cosϕ).
2.2.2.2 FACTOR DE CRESTA (F.C.)
Es la relación entre el valor de cresta de corriente o de tensión (Im o
Vm) y el valor eficaz (rms).
Vrms
VmCFo
IrmsCF == ..
Im..
Ec. 2.3
Este es particularmente útil para detectar la presencia de valores e
cresta excepcionales con respecto al valor eficaz.
El valor de cresta típico de corrientes absorbidas por cargas no lineales
es mucho mayor que √2: puede tomar valores iguales a 1,5 ó 2, llegando
incluso a 5 en casos críticos.
Un factor de cresta muy elevado implica sobre intensidades puntuales
importantes.
Estas sobre intensidades, detectadas por los dispositivos de protección,
pueden ser el origen de desconexiones indeseadas.
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2.2.2.3 POTENCIA ACTIVA (P).
La potencia activa P de una señal distorsionada por armónicos es la
suma de las potencias activas correspondientes a las tensiones e
intensidades del mismo orden.
La descomposición de la tensión y la intensidad en sus componentes
armónicos puede ser escrita como:
hh
h
h IUP ϕcos1
••=∑∞
= Ec. 2.4
hϕ: desfase entre la tensión y la intensidad del armónico de orden h.
2.2.2.4 POTENCIA REACTIVA (Q).
La potencia reactiva se define únicamente para la fundamental y viene
dado por la ecuación:
ϕsenIVQ 11 •= Ec. 2.5
Consideremos que la potencia aparente S:
IrmsVrmsS •= Ec. 2.6
En presencia de armónicos, se puede reescribir la ecuación como:
•
= ∑∑
∞
=
∞
=
2
1
2
1
2
h
n
h
n
IVS Ec. 2.7
2.2.2.5 POTENCIA DE DISTORSIÓN (D).
Como consecuencia, en presencia de armónicos, la relación
222 QPS += no es válida.
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Se define la potencia de distorsión D de tal forma:
2222 DQPS ++= Ec. 2.8
222 QPSD −−= Ec. 2.9
2.2.2.6 TASA DE DISTORCIÓN DE ARMÓNICAS
Cada aparato que causa armónicos tiene sus propias corrientes
armónicas con amplitudes y desfases diferentes, valores muy importantes en
el análisis de la distorsión armónica.
La distorsión armónica individual se define como el nivel de distorsión,
en porcentaje de orden h, con respecto a la fundamental.
1001001
(%)
1
(%) •=•=
I
II
V
VV h
h
h
h
Ec. 2.10
El espectro en frecuencia, es un método gráfico muy práctico que
permite la representación de los armónicos que componen una señal
periódica.
El valor eficaz de una corriente o de tensión se calcula en función de
los valores eficaces de los diferentes órdenes de armónicos.
∑∑∞
=
∞
=
==
1
2
1
2
h
h
h
h VVrmsIIrms
Ec. 2.11
La tasa de distorsión armónica es frecuentemente utilizada para definir
la importancia del contenido armónico de una señal alternativa. Las armónicas
son descritas por su magnitud y ángulo de fase nnV θ∠ . Es también común
usar una simple cantidad, que es la distorsión total armónica
( ) ( ) ( ) ( ) ...........3cos2coscos 332211 ++++++= θθθ wtVwtVwtVtv
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%1002
2
2
xV
VTHD
i N
i∑∞
=
= Ec. 2.12
Donde:
Vi = Es el valor eficaz (rms) de la tensión armónica “i”.
VN = Es la tensión nominal del punto de medición.
2.2.2.7 TASA DE DISTORSIÓN ARMÓNICA DE TENSIÒN (THDV)
La THDV medida proporciona información sobre fenómenos
observados en una instalación:
Un valor THDV inferior a 5% se considera normal. No existe riesgo de
mal funcionamiento en los equipos.
Un valor THDV comprendido entre 5% y 8% indica distorsión armónica
significativa. Se pueden dar funcionamientos anormales en los equipos.
Un valor THDV superior 8% revela una distorsión armónica importante.
Los funcionamientos anormales en los equipos son probables. Un análisis
profundo y un sistema de atenuación se hacen necesarios.
2.2.2.8 TASA DE DISTORSIÓN ARMÓNICA DE CORRIENTE (THDI)
Para identificar la carga que causa la distorsión, la THDI, debe medir a
la entrada y en cada una de las salidas de los diferentes circuitos.
La THDV medida proporciona información sobre fenómenos
observados en una instalación:
Un valor THDV inferior a 10% se considera normal. No existe riesgo
de mal funcionamiento en los equipos.
Un valor THDV comprendido entre 10% y 50% indica distorsión
armónica significativa. Se pueden dar funcionamientos anormales en los
equipos.
Un valor THDV superior 8% revela una distorsión armónica importante.
Los funcionamientos anormales en los equipos son probables. Un análisis
profundo y un sistema de atenuación se hacen necesarios.
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2.2.3 INTERARMÓNICAS.
Las interarmónicas son señales de voltajes o corrientes que tienen
componentes de frecuencia mayores a las del sistema, pero que no son
múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). Ellas pueden
aparecer como frecuencias discretas.
Las interarmónicas pueden ser encontradas en las redes de todos los
niveles de voltajes. La principal fuente de distorsión de forma de onda de
interarmónicas son los convertidores estáticos de frecuencia, ciclo
convertidores, motores de inducción, y hornos de arco.
2.2.4 FLICKER (Parpadeo de las fuentes luminosas)
Las fluctuaciones de voltaje son variaciones sistemáticas del voltaje o
series de cambios de voltaje, la magnitud permisibles de estas fluctuaciones no
debe de excederse de los rangos de voltajes especificados por el ANSI C84.1-
1982 de 0.9 hasta 1.1 pu.
Las cargas grandes presentan variaciones rápidas en la magnitud de la
corriente, pueden causar estas variaciones de voltaje que son a menudo
referidos como flicker (parpadeo). El término flicker es derivado del impacto de
la fluctuación de voltaje sobre lámparas tal que su impacto es percibido por el
ojo humano como un parpadeo, una sensación desagradable (molestia visual).
Para ser técnicamente más correcto, fluctuaciones de voltaje es un fenómeno
electromagnético mientras que un flicker es un resultado no deseado de la
fluctuación de voltaje en algunas cargas.
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2.2.4.1 ORÍGENES DEL FLICKER
• Hornos de arco.
• Máquinas de cargas fluctuantes.
• Equipos de soldadura.
• Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación.
• Interarmónicas.
• Molinos trituradores.
• Ventiladores de mina.
• Laminadores.
• Compresores.
2.2.4.1.1 Hornos de Arco.
Los hornos de arco son los principales generadores de flicker. Su
normal funcionamiento provoca fluctuaciones de tensión y estas son mayores
cuanto más elevada es la potencia de los hornos.
El retraso en el encendido del arco, y sobre todo su característica
negativa (resistencia no lineal) hacen que el arco eléctrico pueda considerarse
como una importante fuente perturbadora conectada a la red.
En la fase inicial de fusión las perturbaciones son máximas. Mediciones
efectuadas en diferentes hornos de arco muestran que las intensidades
contienen casi todos los armónicos.
La señal del flicker es definida por la magnitud rms expresada como un
porcentaje de la componente a frecuencia fundamental. El flicker es medido
con respecto a la sensibilidad del ojo humano. Típicamente, las magnitudes
son tan bajas como 0.5 por ciento que pueden ser perceptibles en las lámparas
dentro del rango de frecuencias de 6 hasta 8 Hz.
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Figura 2.7 Ejemplo de un flicker de voltaje causado por la operación de un
horno de arco eléctrico.
2.2.4.1.2 Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación.
Los fluorescentes con balastro electrónico son generalmente
insensibles a las variaciones de tensión de alimentación. Existen balastros
que pueden utilizar reguladores con mando por ángulo de fase, en este caso
se han podido observar parpadeos en presencia de armónicos.
Las lámparas fluorescentes tienen una sensibilidad a las variaciones de
tensión 2 o 3 veces menor de que las lámparas de incandescencia. Así pues
se presentan como la mejor elección.
Tabla 2.3 Consideraciones para elección de una lámpara ahorradora.
DESVENTAJAS:
• Factor de potencia cercano a
50%.
• Corrientes armónicas muy
importantes: h3= 30%h1.
VENTAJAS:
• Mejoran la eficacia en 10%.
• Reducen el consumo de
energía en 20%.
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2.2.5 NOTCHING.
El notching es un periodo de disturbio del voltaje causado por la
operación normal de convertidores electrónicos cuando la corriente es
conmutada desde una fase a otra (período de conmutación) Como los notching
pueden ser tratados como un efecto en estado estable, esto puede ser
caracterizado a través de su contenido armónico. Sin embargo, esto es
generalmente tratado como un caso especial. Las componentes de frecuencia
asociadas con los notching pueden ser realmente elevadas y no ser
prontamente caracterizadas por los equipos de medición convencionales.
Figura 2.8 Ejemplo de notches de voltaje causado por un convertidor
trifásico.
2.2.6 RUIDO
El ruido es definido como una señal eléctrica no deseada con contenido
espectral de ancho de banda menor de 200 KHz sobrepuesto al voltaje o
corriente de fase del sistema eléctrico, o sobre los conductores del neutro,
también este ruido se presenta en los sistemas de comunicaciones.
El ruido en los sistemas eléctricos puede ser causado por dispositivos
electrónicos, circuitos de control, equipo de arco eléctrico, cargas con
rectificadores de estado sólido, y apertura y/o cierre de los suministros de
energía. Básicamente, el ruido consiste de cualquier distorsión no deseada de
la señal eléctrica, esto no puede ser clasificada como distorsión armónica o
transitorio. El disturbio del ruido puede ser provocado por los dispositivos
electrónicos tal como microcomputadoras y controles programables. El
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problema puede ser mitigado usando filtros, aislando los transformadores y un
buen sistema de tierras.
2.3 SOLUCIONES GENERALES
Para limitar la propagación de los armónicos en la red, se deben tomar
medidas, especialmente cuando se diseña una nueva instalación.
1. Ubicar las cargas perturbadoras lo más cercano a la fuente.
• La perturbación armónica global aumenta a medida que la potencia de
corto circuito disminuye.
• Consideraciones económicas aparte, es preferible conectar las cargas
perturbadoras lo más cercano a la fuente.
•
Figura 2.9 Ubicación de las cargas perturbadoras lo más cercano a
la fuente, para disminuir los daños.
2. Reagrupar las cargas perturbadoras.
• Separar, en la medida de lo posible, los equipos perturbadores de los
otros: el la práctica, se deberían alimentar las cargas perturbadoras y
las no perturbadoras con juegos de barras diferentes.
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• Reagrupando las cargas perturbadoras, aumenta la posibilidad de
recomposición angular. Esto es debido a que la suma vectorial de las
corrientes armónicas es menor que la suma algebraica.
• También se debe de hacer un esfuerzo para evitar la circulación de
corrientes armónicas en los cables, limitando las caídas de tensión y el
aumento de temperatura de cables.
Figura 2.10 Reagrupación de las cargas perturbadoras.
3. Separar las fuentes.
• Alimentando con transformadores separados, como se muestra en el
siguiente esquema, minimiza los armónicos.
• El inconveniente de la solución es el aumento en el costo de
instalación.
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Figura 2.11 Fuente de alimentación separada, una para carga lineal y la
otra para cargas no lineales
4.Utilizar transformadores en conexiones particulares.
5.Instalar inductancias.
6.Elegir un esquema de enlace adaptado a tierra.
• CASO DE RÉGIMEN TNC.
En el caso de régimen TNC, un solo conductor (PEN) asegura la
protección en el caso de defecto de (tierra) y asegura l tránsito de las
corrientes de desequilibrio.
En régimen permanente, las corrientes armónicas circulan a través del
PEN. Sin embargo una cierta impedancia del PEN, implica pequeñas
diferencias de potencial (del orden de algunos volts) entre aparatos, y puede
acarrear el mal funcionamiento de los equipos electrónicos.
El régimen de neutro TNC debe ser utilizado únicamente para la
alimentación de circuitos de potencia, en cabecera de la instalación, y nunca
se debe utilizar para la alimentación de cargas sensibles.
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Figura 2.12 Caso de régimen TNC, protección por el conductor PEN, en
caso de fallas a tierra.
• CASO DE RÉGIMEN TNS.
El conductor del neutro y el conductor de protección PE están
completamente separados, asegurando de este modo una tensión en el
sistema mucho más estable. Este es el sistema recomendado en el caso de
presencia de armónicos.
Figura 2.13 Caso de régimen TNS, el conductor del neutro y el conductor
de protección PE están completamente separados
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CAPITULO 3
SISTEMAS DE ILUMINACIÓN.
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3.1 CLASIFICACION DE LAS FUENTES DE LUZ ARTIFICIAL
Desde el punto de vista de la ingeniería existen dos formas principales
de producir luz artificial por medios eléctricos: por incandescencia y por
descarga eléctrica o arco voltaico, existiendo variantes dentro de estas
categorías.
• Lámparas incandescentes.
a) Con argo o nitrógeno.
b) Con gas halógeno o de cuarzo.
• Lámparas de descarga o arco voltaico.
a) Descarga en aire o arco de carbón.
b) Descarga en gas a baja presión.
� Lámparas fluorescentes.
� Lámparas de sodio de baja presión.
c) Descargas en gas a alta presión.
� Lámparas de vapor de mercurio.
� Lámparas de aditivos metálicos.
� Lámparas de vapor de sodio a alta presión.
El primer método consiste en la incandescencia producida por el paso de
una corriente de electrones por un hilo conductor, que generalmente es de
tungsteno, que se encuentra dentro de un bulbo con un gas inerte como el
argón para evitar la evaporación del filamento.
La energía de la radiación electromagnética emitida por unidades de
tiempo depende de la temperatura y naturaleza de la superficie del material
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luminoso. El flujo luminoso emitido por lámparas incandescentes es una mezcla
de radiaciones de diferente longitud de onda.
Figura 3.1 Lámpara incandescente (19 lúmenes/watt)
A la temperatura de 800 ºC un cuerpo emite bastante energía radiante,
visible para ser luminoso por si mismo y parecer incandescente, no obstante, la
mayor parte de la energía emitida se transporta por las ondas infrarrojas. A
300 ºC, que es casi la temperatura del filamento de un foco incandescente, la
energía radiante contiene bastantes longitudes de ondas visibles, de las
comprendidas entre 400 nm y 700 nm, de modo que el cuerpo parece rojo-
blanco y los objetos iluminados reflejan bien los colores rojos y amarillos,
mientras que las lámparas fluorescentes resaltan mas los colores azules y
violáceos.
El segundo método consiste en la iluminación producida por la descarga
de electrones en un arco entre dos electrodos, ya sea directamente o a través
de una pantalla fosforescente.
Los tipos principales de producir luz artificial en forma de arco eléctrico
de descarga son:
• Fluorescente
• Vapor de mercurio
• Vapor de sodio a baja presión
• Vapor de sodio a alta presión
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• Aditivos metálicos
• Arco de electrodos de carbón
3.2 FUENTES LUMINOSAS
Se pueden considerar, con ciertas reservas, como fuentes de luz
puntuales a la mayoría de las luminarias que se utilizan actualmente para
alumbrado. A continuación describimos la constitución y el funcionamiento de
las diferentes luminarias que se fabrican, así como sus ventajas, desventajas y
otras características técnicas.
3.2.1 Lámparas incandescentes
El filamento de una lámpara incandescente es un filo hilo de tungsteno
arrollado en forma de bobina, se encuentra en el interior de un bulbo de cristal
con un gas inerte en su interior (argón o xenón) para evitar su desintegración
por oxidación. El rendimiento de estas lámparas es bajo, pues del 100% de la
potencia absorbida por el filamento sólo del 10 al 12% son radiaciones visibles
y el resto son radiaciones infrarrojas que se manifiestan en forma de calor.
Las principales desventajas de la lampara incandescente son:
• Corta vida (de 750 a 1000 horas).
• Baja eficiencia (alrededor de 19 lúmenes por watt).
• Gran disipación de calor.
Las principales ventajas de la lámpara incandescente que la hacen
todavía utilizable en áreas pequeñas y de bajos niveles de iluminación son:
• Tamaño compacto.
• Bajo costo inicial.
• Flujo luminoso inalterable por la temperatura circundante.
• No utiliza accesorios de arranque o reactores.
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• Luz calida de la lámpara que resalta todos los colores, pero mas los
rojos anaranjados y amarillos, dando a las cosas una apariencia familiar
y acogedora.
• Flujo luminoso controlable en una gran variedad de distribuciones
luminosas.
• Operación en corriente continua y corriente alterna.
Las lámparas incandescentes son de diferentes formas, tamaños y tipos
dependiendo del uso que se les de. De manera general se consideran dos
grandes grupos:
a) Lámparas de uso general. Utilizadas para proporcionar niveles
luminosos para una tarea visual determinada, en servicio domestico
o alumbrado general.
b) Lámparas de usos especiales. Empleadas para proporcionar efectos
especiales, por ejemplo, en alumbrado decorativo, señalización,
fotografía, aparatos de proyección, etc.
Las lámparas de uso general y de servicio domestico utilizan un bulbo
tipo “A” para potencias de 200 watts o menores y de tipo cuello recto para
potencias mayores utilizadas en otros sitios.
Los bulbos difusores se utilizan en la mayor parte de los proyectos de
alumbrado general. Para conseguir la difusión del cristal, este se esmerila con
acido, pero lo mas común es recubrir el interior por medio de una capa, de
sílice blanca, la cual absorbe aproximadamente el 2% de la luz emitida.
Para lámparas de mayor potencia (de 300 a 500 watts) se utilizan bulbos
esmerilados o transparentes. Las lámparas de bulbo, proyectoras y reflectoras,
forman en el mismo bulbo la fuente de luz y un reflector parabólico de alta
eficiencia. El reflector consiste en un baño de aluminio o plata vaporizados y
aplicado en la parte interior del bulbo. Los bulbos de estas lámparas se
constituyen también de cristal refractario para usarse a la intemperie, pero solo
para lámparas menores o de 150 watts.
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3.2.2 Lámparas incandescentes halógenas
Otro tipo de lámparas incandescentes para uso general y especial son
las halógenas o de yodo-cuarzo. En ellas se emplea un bulbo de cuarzo y yodo
en su interior con el fin de producir un ciclo químico con el filamento de
tungsteno sublimado para mantener el bulbo limpio. El bulbo de cuarzo permite
una constitución compacta, resistente a los cambios bruscos de temperatura,
alta eficiencia y un mantenimiento casi nulo durante su vida. Las lámparas de
yodo-cuarzo se construye en forma tubular y en diferentes longitudes, se
utilizan en aviación, fotocopiadoras e iluminación con proyectores. Su eficiencia
luminosa es de 122 lúmenes por watt.
Las lámparas de usos especiales son de diversos tamaños y formas
dependiendo del uso al que estén destinadas. Por ejemplo, en las lámparas
decorativas se utilizan bulbos coloreados aplicando una capa pigmentada al
interior del bulbo transparente o fundiendo un esmalte en la superficie exterior,
también se usa el revestimiento interior de sílice ligeramente coloreado en rosa
para proporcionar efectos calidos.
Existe otro tipo de bulbo con cristal de color natural que se obtiene al
añadir productos químicos a los ingredientes del vidrio. Por ejemplo, las
lámparas de luz de dia o azul cielo que reducen la preponderancia del color
rojo y amarillo de la luz de las lámparas incandescentes. En estas lámparas se
absorbe un 35% de la luz generada, su costo es elevado por lo que para fines
fastuosos y decorativo de prefiere las de bulbo recubierto.
Existen en el mercado un tipo de lámpara tubular en la que el filamento
esta a lo largo del tubo, son menos eficientes y de mayor potencia. Algunas
tienen la mitad de su superficie cubierta con un baño de una sustancia
reflectora y por su disposición lineal se usan en el alumbrado de escaparates.
3.2.3 Lámparas infrarrojas
Son fuentes de energía radiante que es emitida en el rango de los 760
nm a los 500 nm, es decir, en la zona infrarroja del espectro electromagnético.
Estas lámparas son similares a las incandescentes de uso general solo que su
filamento trabaja a bajas temperaturas, lo cual trae como consecuencia una
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baja emisión luminosa (8 lúmenes/watt) pero en cambio una gran duración
(mas de 5000 horas) el tipo de bulbo de estas lámparas es el “R” con reflector
interno, bulbo transparente o bulbo tubular de cuarzo (véase figura 3.2).
Figura 3.2 Lámpara infrarroja
Las lámparas infrarrojas tienen en su interior un reflector de forma
parabólica, además, poseen un casquillo E-26 para facilitar su instalación, se
presentan en acabado claro o rubificado. (Véase tabla 3.1).
Tabla 3.1 Datos técnicos
Potencia Tensión Duración Bombilla
W
250*
375
V
127
127
h
5 000
5 000
R-40
R-40
* Rubificada o clara.
3.2.3.1 Aplicaciones:
• Terapéuticas. Reumatismo, dolores musculares, lumbago, resfriados,
contusiones, entumecimiento, luxaciones y masajes.
• Industriales. Hornos industriales, secado de tintas e impresiones graficas
y textiles, secado de películas y negativos.
• Pecuarias. Cría de aves, lechones, becerros y en tiendas de mascotas.
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3.2.3.2 Casquillos
Los casquillos tiene por objeto conectar y fijar la lámpara con el “socket”,
su forma y tamaño están en función del uso y potencia de la lámpara. Así, en
lámparas incandescentes de alumbrado general mayores de 300 watts se
utilizan los casquillos tipo mogul de rosca. Los focos de menor potencia usan
casquillos de rosca media, en tanto que los utilizados en señalización, fanales
luminosos y decoración emplean casquillos de rosca de candelabro o
intermedia. Cuando se requiere una posición determinada del filamento
respecto de una lente o reflector, como en fanales de autos, proyectores o
instrumentos de óptica, se utilizan casquillos de bayoneta, prefocales o
biclavillos.
3.2.3.3 Filamentos
Los filamentos han evolucionado en gran medida desde que Tomas Alva
Edison inicio en sus primeros experimentos en 1879. Este genial físico
probablemente utilizo como filamentos conductores metálicos rectos de gran
resistencia para lograr la incandescencia. Posteriormente, en 1905 introdujo el
hilo de seda recubierto con polvo de carbono, el cual proporcionaba una gran
resistencia y elevado punto de fusión (3700 ºC) y, por consiguiente, una lenta
oxidación, dentro de una ampolla de cristal al vació. Tiempo después se
reemplazo el filamento de carbono por el de tungsteno. Metal de alta
resistividad (5.5 ohms-cm), elevado punto de fusión y otras características
mecánicas ventajosas.
Al introducir un gas inerte dentro del bulbo, la presión del gas ejercida
sobre el filamento retarda considerablemente la evaporación del tungsteno, lo
que hizo posible el diseño de lámparas de mayor temperatura del filamento y,
por lo tanto, de mayor potencia (ya que P=I2R). Posteriormente, se descubre
que arrollando el filamento se obtenía mayor temperatura y mayor resistencia
mecánica. En 1968 se inventa el filamento arrollado en doble espiral, lo que
aumenta la eficiencia de las lámparas incandescentes a 15 lúmenes/watt. Hoy
en dia se acepta que el desarrollo de las lámparas incandescentes ha llegado a
su máximo.
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Para determinar las dimensiones del filamento se utilizan las siguientes
formulas:
R
VI = Ec. 3.1
RIVIP 2== Ec. 3.2
A
LR ρ= Ec. 3.3
En donde:
V Es la tension en volts.
I La intensidad de la corriente en amperes.
P La potencia en watts.
R La resistencia en ohms.
ρ La resistividad del material en ohms-cm.
L La longitud del filamento en cm.
A La sección transversal del filamento en cm2.
Figura 3.3 Diferentes tipos de bulbos.
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Figura3.4 Arreglo de filamentos en los soportes.
Figura 3.5 Bases para lámparas incandescentes.
Figura 3.6 Tipo de casquillos
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3.2.3.4 Bulbos de lámparas incandescentes
Las diferentes formas que han adoptado los bulbos de las lámparas
incandescentes, obedecen a su uso más que a razones de fabricación. Así, se
fabrican en tamaño pequeño, pero de gran potencia como las utilizadas para
proyectores de cine; también se fabrican de gran tamaño y potencia como las
tipo “par”, cuyo bulbo adopta la forma de reflector parabólico. Los hay en forma
de flama, para usarse en decoración o también globulares para el mismo fin.
3.2.3.5 Base mecánica
La mayoría de las lámparas incandescentes tienen la base adherida al
vidrio del bulbo con un cemento especial, lo que proporciona suficiente
resistencia mecánica durante su uso y vida normales, sin embargo, en ciertas
lámparas de gran potencia, como de alumbrado general, proyectores para
exteriores (PAR-38), infrarrojo y de mercurio, la base es sometida a altas
temperaturas y humedad que recosen el cemento y deterioran y lo deterioran
anulando las propiedades de adherencia de este y ocasionando en
consecuencia que base y bulbo se suelten. Para proporcionar mayor
resistencia en este tipo de lámparas se utilizan bases mecánicas. Esto consiste
en una base de latón roscada y un casquillo interior con 4 orejas que lo
posicionan a manera de mordaza sobre las correspondientes muescas en el
cuello del bulbo. Después que la base exterior ha sido colocada sobre el
casquillo interior se practican 3 incisiones que obligan a ciertas partes del latón
de la base a introducirse a la incisión correspondiente del casquillo, resultando
con esto la unión mecánica de la base con el bulbo.
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Figura 3.7 Energía espectral de las lámparas incandescentes.
En la figura 3.7 se muestra la distribución de energía espectral de una
lámpara incandescente. Nótese la gran cantidad de rojo, pues en este caso la
luz es producida por calor.
3.2.3.6 Energía espectral de las lámparas incandescentes
La luz de las lámparas incandescentes es muy parecida a la luz solar y
reproduce casi toda la gama del espectro visible, en cambio la luz de las
lámparas de sodio de baja presión es monocromática, es decir, produce
energía radiante correspondiente, a un solo color, en este caso el amarillo.
Un sistema de iluminación será mas eficiente cuanto menos energía
eléctrica consuma para un mismo nivel de iluminación, pero en otro aspecto,
cuanto mejor reproduzca los colores del espectro visible, mejor será su utilidad
práctica.
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3.3 LÁMPARAS FLUORESCENTES
Por su gran eficiencia y larga vida, el alumbrado fluorescente ha llegado
a ser de uso normal en la iluminación de grandes áreas a bajas alturas de
montaje. Se utiliza en escuelas, edificios públicos y oficinas.
Las lámparas fluorescentes son del tipo de fuente de luz de descarga
eléctrica, en estas la luz se produce por la fluorescencia del fósforo excitado
por la energía de los rayos ultravioleta, energía que proviene del choque de la
descarga de electrones con los átomos de mercurio vaporizado.
Las lámparas de este tipo están formadas por un tubo de vidrio con un
electrodo de tungsteno en cada extremo, además, llevan en su interior una
pequeña gotita de mercurio y un gas inerte a baja presión, o una mezcla de
gases para el encendido. Las paredes interiores del tubo están recubiertas con
una capa de fósforo en polvo.
Figura 3.8 Partes de una lámpara fluorescente La figura 3.9 muestra el principio de funcionamiento de las lámparas fluorescentes:
Figura 3.9 Funcionamiento de la lámpara fluorescente
• Los electrones (2) que parten del electrodo (1) chocan con los átomos
de mercurio (3).
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• De este modo son excitados los electrones de este átomo de mercurio
(4), y éstos ceden a su vez unos rayos ultravioletas (5).
• Los rayos ultravioletas son convertidos, dentro del recubrimiento a base
de polvo fluorescente (6), en luz visible (7).
3.3.1 Ventajas y desventajas
Las desventajas de este tipo de lámparas son:
• Su gran tamaño en relación con su potencia (una lámpara de 1.22 m
consume 40 watts).
• La necesidad de un reactor o balastra que le proporcione una corriente y
tension adecuada y una reducción de flujo luminoso a bajas
temperaturas ambientales.
Sus ventajas son:
• Alta eficiencia luminosa (mas de 67 lúmenes/watts)
• Realce de los colores azules, violeta, y opacamiento del rojo y
anaranjado, lo cual puede ser también una desventaja.
• Gran duración (12 000 horas en comparación con las 750-1000 horas de
las lámparas incandescentes).
3.3.2 Tipos
Las lámparas fluorescentes pueden ser clasificadas en dos grupos:
a) Lámparas que utilizan arrancador para su encendido, llamadas también
lámparas precalentadas o de encendido con interruptor.
b) Lámparas sin dispositivo de encendido. En este tipo de lámparas, la
balastra o reactor es el único equipo auxiliar utilizado para proporcionar
la tension y la corriente adecuada para encender la lámpara. Se
subdividen a su vez en los siguientes tipos:
• Lámparas “Slim Line”
• Lámparas de encendido instantáneo.
• Lámparas de encendido rápido.
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• Lámparas de precalentamiento de encendido rápido.
• Lámparas de alta emisión.
• Lámparas “Power Groove”.
• Lámparas “Circ Line” (circulares).
En lámparas tipo “Slim Line” se emplean balastras de elevada tension,
de manera que son encendidas instantáneamente. Los cátodos de estas
lámparas están diseñados especialmente para soportar la tension de arranque.
Normalmente, a las lámparas “Slim Line” se les denomina de “encendido
instantáneo”, pero dicho termino se refiere en realidad a las lámparas con
casquillo biclavillo que no requieren arrancador, es decir, aquellas de 40 watts
en bulbos T-5 T-12. Los electrodos de estas lámparas están en corto circuito,
de manera que no se puede utilizar el circuito de precalentamiento de las
lámparas del primer grupo. Al igual que las lámparas “Slim Line”, las de
encendido instantáneo requieren de una balastra que les proporcione
relativamente la tension necesaria para su encendido.
Las lámparas de encendido rápido tienen sus electrodos (cátodos)
conectados al circuito de caldeo de la balastra durante el periodo de encendido
y de operación de la lámpara.
Las lámparas de precalentamiento o de encendido rápido pueden
utilizarse con o sin arrancador, es decir, por medio de circuitos de
precalentamiento o de arranque rápido son una combinación de lámparas de
40 watts precalentadas y las de 40 watts de encendido rápido.
Las lámparas fluorescentes de alta emisión operan igual que las
anteriores, pero relativamente a altas corrientes. La base de doble contacto
retardado fue especialmente diseñada para esta lámpara. En cuanto a las
lámparas Power Groove, son las de mayor potencia fabricadas hasta ahora;
también operan con el principio de las de encendido rápido, se caracterizan por
las típicas curvas en longitud, de manera que el arco que se forma dentro de la
lámpara es forzado a seguir una trayectoria ondulada, lo que equivale a tener
una lámpara mas larga. Se emplea en lugares donde se requiere de altos
niveles de iluminación a bajo costo; también utiliza la base de doble contacto
retardado y se fabrican en tamaños de 2.44, 1.22 y 1.83 metros.
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Las lámparas “Circ Line” utilizan bases de cuatro clavillos y trabajan también con el principio de las de arranque rápido. 3.3.3 Lámparas Fluorescentes Compactas
Figura 3.10 Tipos de lámparas fluorescentes compactas.
• Las lámparas fluorescentes compactas son más cortas que las lámparas
fluorescentes corrientes.
• Tienen básicamente las mismas propiedades que las lámparas
fluorescentes convencionales, ante todo una elevada eficacia luminosa y
larga duración de vida.
• El volumen relativamente pequeño del depósito de descarga permite
producir luz concentrada mediante el reflector de una luminaria
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Beneficios De La Lámparas Fluorescentes Compactas
� Vida útil nominal de 10000 Hrs.
� Eficiencia 50-60 lm/W
� Menor consumo 60-75 %
� Menor aportación de calor
� Vida útil nominal de 1000 Hrs.
� Eficiencia 12-15 lm/W
Figura 3.11 Lámparas fluorescentes vs. Incandescentes.
Figura 3.12 Tipos de lámparas compactas (sencilla, doble y triple).
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3.3.4 Métodos de encendido
Existen tres formas de encendido de las lámparas fluorescentes que
dependen del tipo de electrodos que se utilizan:
a) Lámparas de cátodo caliente o de precalentamiento con arrancador de
gas neón.
b) Lámparas de cátodos de precalentamiento a base de un circuito de
caldeo dentro del reactor. A este método se le denomina de “encendido
rápido”.
c) Lámparas de encendido instantáneo o de “cátodo frío”.
El cátodo de las lámparas de precalentamiento consiste en un filamento
de tungsteno arrollado en doble espiral y bañado con un material emisor (bario,
estroncio y óxido de calcio) que permite la emisión termoiónica, es decir, que el
material emisor incandescente emite una nubecilla de electrones que, en virtud
de la tensión aplicada, se dirige hacia el electrodo de carga contraria.
El método de encendido es el siguiente: Cuando se establece a través
de la lámpara una diferencia de potencial de unos 110 volts de C.A., el voltaje
está aplicado a los electrodos de la pequeña ampolla de neón o arrancador. El
neón se enciende y circula una pequeña corriente que calienta a los electrodos
y al elemento bimetálico, éste se desdobla y se cierra el circuito dando lugar al
paso de una corriente considerable por ambos filamentos de la lámpara, los
cuales al calentarse comienzan a emitir cierta cantidad de electrones que son
atraídos por el electrodo opuesto debido a las propiedades conductoras de la
mezcla argón-mercurio (la cual se dice tiene una resistencia “negativa”, pero
que en realidad es muy baja).
Una vez mantenida esta emisión, la diferencia de potencial en los
filamentos es tan pequeña que impide accionar el arrancador.
La balastra o reactor para encendido con precalentamiento sirve para
limitar el paso de la corriente, debida a la “resistencia negativa” y cuando la
tensión de alimentación no es suficiente para iniciar el arco. La reactancia
(balastra) incluye un autotransformador elevador para dar la tención necesaria.
Debido a la inductancia de los reactores, el factor de potencia cos θ se abate a
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valores muy bajos (cos θ = 0.45 a 0.60), por lo que es necesario incluir
condensadores (de unos 0.35 micro farads) para elevarlo a valores aceptables.
En lámparas de precalentamiento de encendido rápido los electrodos
también se precalientan para iniciar la descarga; el precalentamiento lo
suministra un devanado especial de reactor, no existiendo ningún interruptor
para abrir el circuito cuando salta el arco. La corriente de caldeo fluye a través
de las terminales de los dos electrodos de la lámpara durante el tiempo que
esta encendida. En condiciones normales el encendido se verifica en menos de
un segundo.
Los reactores de encendido rápido para dos lámparas son del tipo
secuencia–serie, es decir, las lámparas se encienden sucesivamente quedando
en serie cuando alcanzan su régimen normal. El encendido se reproduce en
tres fases previas al establecimiento de una ionisacion suficiente en los
electrodos, para la tension disponible de circuito abierto haga saltar el arco.
Primera fase. Se aplica la tension total de circuito abierto a la primera lámpara,
iniciando la desgarrar de electrones en esta.
Segunda fase. La corriente que circula por la primera lámpara esta limitada por
la impedancia en paralelo con la segunda lámpara. El voltaje aplicado en los
bornes de esta impedancia en paralelo inicia el arco en la segunda lámpara.
Tercera fase. Cuando la impedancia de la primera lámpara decrece hasta
alcanzar la intensidad de régimen de funcionamiento de cátodo caliente, las
dos lámparas son alimentadas en serie con corrientes cada vez mayores.
Las lámparas que utilizan este tipo de encendido son:
• Circulares.
• Curvalume.
• Estándar (de 20 y 40 watts).
• VHO (de muy alta emisión).
• “Power Groove” (de 110, 160 y 215 watts).
Existen también reactores para el encendido de una sola lámpara se
instala una tira de lamina puesta a tierra de unos 25 mm de ancho a todo lo
largo y a menos de 25 mm de distancia de la lámpara.
Las lámparas de encendido instantáneo o de “cátodo frió” se encienden
directamente al aplicar una diferencia de potencial suficiente para que salte el
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arco sin ningún calentamiento previo de los electrodos, por lo que también se
denomina de “cátodo frió”. Este tipo de lámparas necesitan solo un contacto
eléctrico en cada extremo, ya que no hay circuito de precalentamiento.
Los reactores para estas lámparas son del tipo adelanto-retraso o de
secuencia-serie. Con los reactores de secuencia-serie la primera lámpara
enciende por el voltaje suministrado por el arrollamiento auxiliar. La corriente
resultante para a través del condensador modificando la relación de fase entre
los devanados auxiliar y secundario, de manera que los voltajes de cada uno
se suman. La diferencia de potencial resultante es suficiente para encender la
segunda lámpara.
Las lámparas que emplean este sistema de encendido son las del grupo
“Slim Line” de 38, 55, y 74 watts, las tres con emisión en blanco frió o luz de
dia. Hay también lámparas de 40 watts de encendido instantáneo pero con
casquillos de doble espiga puenteados.
El espectro radiante de las lámparas fluorescentes depende de la capa
de fósforo que cubre la pared interior del tubo. La curva de distribución
espectral consiste en 2 componentes:
• Una porción suave debida a la energía ultravioleta sobre el fósforo, y
• Las barras que representan la luz visible generada directamente por el
arco de mercurio.
El espectro radiante de las lámparas fluorescentes puede ser modificado
al cambiar la mezcla de fósforos usados en la capa interior del tubo. Hay
varios tipos de lámparas fluorescentes de color blanco en el mercado:
• Blanco frió.
• Blanco calido.
• Blanco.
• Blanco frió de lujo.
• Blanco calido de lujo.
• Luz de dia.
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Existe una estrecha relación entre los lúmenes producidos por una
lámpara fluorescente y el color o rendimiento en los colores producidos. Las
lámparas blanco frió, blanco calido y blanco son más eficiente en cuanto a flujo
luminoso, pero son débiles en el color rojo. Las lámparas blanco frió de lujo y
blanco calido de lujo están diseñadas para dar un mejor rendimiento de color.
Esto se obtiene añadiendo fósforo rojo a la mezcla. Sin embargo, esto significa
una reducción del flujo luminoso de un 30% aproximadamente.
Si partimos de que el flujo luminoso de las lámparas fluorescentes es el
resultado de convertir la radiación ultravioleta en luz por medio del
recubrimiento fosforescente, se puede dar a esa luz cualquier temperatura de
color usando diferentes clases de polvos fosforescentes.
Los ojos interpretan el color de la luz artificial como natural cuando esta
armoniza con radiadores térmicos tales como: fuego, velas lámparas
incandescentes o cuando armoniza con la luz del dia. Con este principio de
base para la gama de lámparas fluorescentes de color “TL” Philips ha creado
tres grupos diferentes de lámparas cada uno con su temperatura de color
propia, a saber:
a) Lámparas “TL” para usar en combinación con lámparas incandescentes.
Temperaturas de color de 3 000 K aproximadamente.
b) Lámparas “TL” para usar en combinación con luz de dia. 4 500 K de
temperatura de color.
c) Lámparas “TL” para usar en combinación con luz de dia o en lugar de
esta. 6 500 K de temperatura de color.
Respecto al rendimiento de color de las lámparas fluorescentes, “TL”
Philips ha creado una extensa gama para diferentes aplicaciones,
agrupándolas en tres categorías.
• Lámparas “TL” con índice entre 60 y 80 (rendimiento de color regular).
• Lámparas “TL” con índice entre 80 y 90 (rendimiento de color bueno).
• Lámparas “TL” con índice entre 90 y 100 (rendimiento de color muy
bueno).
Al seleccionar el color de una lámpara fluorescente “TL” para cierta
aplicación, se debe considerar las tres características siguientes: temperatura
de color, flujo luminoso y rendimiento de color.
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3.4 CARACTERÍSTICAS A DESTACAR DE UNA LÁMPARA
Tiempo de encendido.
Es el tiempo que pasa desde que pulsamos el interruptor hasta que la
lámpara adquiere el 70% de su emisión. Su utilidad fotográfica es relativa. El
caso concreto de las lámparas de destellos (flash) lo vamos a tratar en un
artículo aparte dedicado solo a los flashes.
Por lo general la lámpara tarde cierto tiempo hasta que alcanza un nivel
de luz aceptable. No se trata solo de alcanzar un nivel de emisión de luz
determinado sino además de que se estabilice la corriente eléctrica (ver mas
adelante). Hay luces, como las incandescentes, que son casi inmediatas
mientras que otras pueden tardar varios minutos en encenderse.
3.4.1 Sobretensión y Sobreintensidad.
Al cerrar el interruptor los electrones empiezan a moverse por el cable.
La cantidad de electrones que se va a mover en los primeros momentos puede
ser bastante mayor que la cantidad de electrones que se mueven cuando la
lámpara lleva ya un rato encendido. A estos dos periodos los llamamos fase
transitoria de encendido y fase estacionaria. El número de electrones que se
mueven por segundo se mide en amperios y se denomina intensidad eléctrica.
A este mayor flujo de electrones durante los primeros momentos de encendido
de un circuito se le denomina sobreintensidad. Hay que tener en cuenta que los
efectos caloríficos de la electricidad se deben principalmente a la cantidad de
electrones que se mueven, o sea a la intensidad. La capacidad para aguantar
una cierta intensidad es limitada. Al moverse los electrones producen calor.
Puede suceder que se muevan tantos electrones que el calor rompa el cable.
Este es un caso típico. Lo mismo que puede dañarse un conductor se puede
dañar algún otro componente. Así que no se puede aplicar cualquier intensidad
a un circuito. De hecho los fusibles son trozos de cable especialmente débil
que supone un punto de ruptura cierto. Si va a fallar es mejor dejar de
antemano establecido donde va a fallar que permitir que el circuito se rompa
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por otro sitio, quizás inalcanzable (piénsese en un cable roto a la mitad de una
pared). Los problemas de la sobre intensidad no son solo los derivados de
romper elementos de circuitos. Se podría decir que este es el menor de los
males, puede suceder que el calor generado no rompa nada pero provoque un
incendio. Por ello los circuitos siempre se calculan para una intensidad máxima.
Por ejemplo los enchufes llamado chuko, esas clavijas gordas que entran en la
base, son clavijas para 15 amperes y no deberíamos conectar equipos de alto
consumo (de mucha potencia) en estas bases con enchufes mas débiles. De
esta corriente (intensidad) máxima que esperamos depende el grosor de los
cables, el grosor de los aislamientos y el tipo concreto de elementos (clavijas,
interruptores etc...). La intensidad depende en gran manera de la potencia de
equipo de manera que: para una misma tensión eléctrica (voltios) al aumentar
la potencia aumenta la intensidad y para un mismo equipo al aumentar la
electricidad disminuye la intensidad. Un circuito resulta tanto mas caro cuanta
mayor sea la intensidad que esperamos que pase, ya que los componentes
deben ser mas grandes, de mayor potencia, los cables de mas diámetro, los
aislantes mas gruesos, por tanto todo pesa mas con lo que hay que aumentar
el tamaño de los soportes.
Como ya hemos dicho el circuito puede estar en tres fases: una es
apagada, otra mientras se enciende y otra cuando ya lleva un rato encendido.
La fase transitoria, esto es, mientras se enciende, supone una intensidad por lo
general mayor que la fase estacionaria, cuando ya se ha encendido. Por ello
durante la fase estacionaria es cuando mas peligro corre un circuito. La
cantidad de electrones que pasa en el primer momento es mayor y si no se
tiene esto en cuenta podemos tener problemas. Por ello cada lámpara tiene
una característica que es la sobre intensidad de encendido, sobre intensidad
que es distinta para cada tipo de lámpara y que debe tenerse en cuenta al
proyectar una instalación. Así puede suceder que la intensidad aumente de un
15 a un 20% por encima de la de trabajo. A esto se le dice que tiene un pico de
encendido del 20%. Por ejemplo, si nuestra instalación está dimensionada para
2000 vatios y ponemos tres lámparas incandescentes de 650 W el total será de
3x650=1950 W. Una vez encendidas las luces la energía que suministra la
instalación está por debajo de la máxima. Sin embargo, en el momento de
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encenderse las luces la potencia absorbida es mayor. En el caso del ejemplo
un 20% mayor, lo que supone que al pulsar el interruptor de encendido se
piden 2340 w, con lo que estamos superando la potencia máxima. Según las
protecciones que tengamos lo mas probable es que, al tratarse de un pico de
poca duración y no muy alto no suceda nada, pero también pueden saltar las
protecciones, no siempre las sobre intensidades no son del 20%.
3.4.2 Efecto estroboscópico
A menudo la emisión de luz no es constante en un intervalo de tiempo
pequeño y varia. Este efecto depende en gran manera de la inercia de la
lámpara. Es algo como lo siguiente: la red de alimentación eléctrica tiene una
frecuencia de 50 hercios, esto significa que realiza 50 ciclos de encendido por
segundo, parte de 0, alcanza el valor máximo, vuelve a 0, se hace negativo
(nuevamente un valor máximo de corriente eléctrica pero con los electrones
moviéndose en dirección contraria por los cables) y se vuelve a hacer 0. Lo
podemos ver como si los electrones cambiaran de dirección en su caminar por
los conductores. Como se puede ver hay dos pasos por cero y dos máximos.
Para una frecuencia de red de 50 ciclos habrá 100 encendidos y 100
apagados. En Estados unidos y en los países que tienen una frecuencia de red
de 60 ciclos habrá 120 apagados. Si la lámpara tiene poca inercia se notará
este ir y venir, si la lámpara tiene mucha inercia se notará menos o no se
notará. Lámparas de poca inercia, en las que por tanto no hay vaivén de la luz
son las incandescentes mientras que las lámparas de descarga se nota algo
más, dependiendo siempre del tipo concreto de lámpara que sea.
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3.4.3 Cuestiones visuales
En el puesto de trabajo deben estar iluminados adecuadamente tanto el
documento que se está utilizando (escrito, manual, etc.) como el monitor.
Las magnitudes que afectan a la iluminación adecuada son:
— Nivel de iluminación.
— Brillo.
— Rendimiento de color.
— Temperatura de color.
3.4.3.1 Nivel de iluminación o iluminancia.
Es el flujo luminoso (energía luminosa visible) que llega al área de trabajo
por unidad de superficie. Se mide en lux. El luxómetro es un aparato de medida
bastante frecuente, sobre todo entre los aficionados a la fotografía. Las normas
españolas sobre seguridad e higiene en el trabajo (IRANOR: Instituto de
Racionalización y Normalización) fijan los niveles de iluminación más
adecuados para cada tipo de tarea. Como orientación, los más adecuados para
un aula de dibujo están entre 500 y 750 lux; en una oficina, para las tareas de
mecanografía, entre 400 y 800. La iluminancia más adecuada para trabajar
sobre la pantalla del ordenador puede estar entre 250 y 500 lux.
3.4.3.2 Luminancia o brillo.
Es la intensidad luminosa que llega al observador por unidad de superficie
aparente del foco emisor. (Se define la intensidad luminosa como el flujo
luminoso emitido por un foco en una dirección por unidad de ángulo sólido; su
unidad es la candela: 1 cd =1 lumen/estereoradián.)
Más familiar que la definición resulta la noción de brillo, que asociamos
con deslumbramiento, cuando una intensidad luminosa relativamente grande
proviene de un foco que vemos con una superficie relativamente pequeña.
Todos estamos acostumbrados a las pantallas difusoras, o a las bombillas
opalinas, que permiten que un determinado flujo luminoso se difunda desde un
foco de mayor superficie que un tubo fluorescente desnudo o el filamento de
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una bombilla. Otro ejemplo es la iluminación indirecta de las habitaciones,
enviando los haces de luz hacia el techo para que la luz nos llegue desde una
superficie mucho mayor. La luminancia elevada y, por tanto, el
deslumbramiento pueden llegar también por luz reflejada (hay que tener
especial cuidado con evitar reflejos de la luz en la pantalla del ordenador si ésta
no es antirreflectante).
Una sensación visual tan incómoda como el deslumbramiento por brillo
puede ser debida al excesivo contraste entre las luminancias percibidas desde
las distintas zonas que se encuentran dentro de nuestro campo visual. Esta
sensación de fatiga visual se comprueba muy bien (y es bastante usual sufrirla)
cuando se observa la televisión con el fondo de la habitación que queda detrás
muy oscuro.
En el entorno de trabajo se pueden distinguir tres zonas de iluminación:
— Superficie de trabajo, sobre la que se fija la atención principal de nuestra
tarea (el papel sobre el que escribimos, la hoja que leemos, la pantalla del
ordenador, etc.).
— La mesa de trabajo, sobre la que se encuentra una serie de objetos que
están dentro de nuestro campo visual, más o menos enfocados.
— El fondo, que normalmente, aunque esté dentro del campo visual, no se
encuentra enfocado.
Los niveles de iluminación de estas tres zonas deben estar dentro de
unas relaciones próximas a las siguientes, para que no se produzca
incomodidad visual:
— Superficie de trabajo/mesa de trabajo, 3:1.
— Superficie de trabajo/fondo, 10:1.
Estas relaciones son orientativas: indican simplemente que los valores
reales no deben estar muy lejos de los dados. Por ejemplo, si el fondo de la
habitación estuviera iluminado de un forma similar a la superficie de trabajo, se
produciría una falta de concentración en la tarea, al no ser necesaria la
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adaptación a una luminancia distinta para quitar la vista de la superficie de
trabajo.
Si la luminancia que llega del fondo fuera demasiado baja, se produciría
fatiga visual debida al excesivo contraste dentro del campo visual. Otra
precaución que hay que tener en cuenta es evitar que haya focos luminosos
directos en el techo dentro de un ángulo inferior a 30° respecto de la horizontal
de nuestros ojos.
3.4.3.3 El color
Para hacernos una idea de como afecta la luz al color consideremos una
habitación de paredes blancas con muebles de madera de tono claro. Si la
iluminamos con lámparas incandescentes, ricas en radiaciones en la zona roja
del espectro, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes
tendrán un tono amarillento. En conjunto tendrá un aspecto cálido muy
agradable. Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con lámparas
fluorescentes normales, ricas en radiaciones en la zona azul del espectro, se
acentuarán los tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un
aspecto frío a la sala. En este sencillo ejemplo hemos podido ver cómo afecta
el color de las lámparas (su apariencia en color) a la reproducción de los
colores de los objetos (el rendimiento en color de las lámparas).
La apariencia en color de las lámparas viene determinada por su
temperatura de color correlacionada. Se definen tres grados de apariencia
según la tonalidad de la luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado,
luz neutra para las que dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono
blanco rojizo.
A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar qué
sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible
hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable y una
con lámparas cálidas desagradable aumentando el nivel de iluminación de la
sala. El valor de la iluminancia determinará conjuntamente con la apariencia en
color de las lámparas el aspecto final.
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3.4.3.4 Rendimiento en color
De las lámparas es una medida de la calidad de reproducción de los
colores. Se mide con el Índice de Rendimiento del Color (IRC o Ra) que
compara la reproducción de una muestra normalizada de colores iluminada con
una lámpara con la misma muestra iluminada con una fuente de luz de
referencia. Mientras más alto sea este valor mejor será la reproducción del
color, aunque a costa de sacrificar la eficiencia y consumo energéticos. La CIE
ha propuesto un sistema de clasificación de las lámparas en cuatro grupos
según el valor del IRC.
Ahora que ya conocemos la importancia de las lámparas en la
reproducción de los colores de una instalación, nos queda ver otro aspecto no
menos importante: la elección del color de suelos, paredes, techos y muebles.
Aunque la elección del color de estos elementos viene condicionada por
aspectos estéticos y culturales básicamente, hay que tener en cuenta la
repercusión que tiene el resultado final en el estado anímico de las personas.
Los tonos fríos producen una sensación de tristeza y reducción del
espacio, aunque también pueden causar una impresión de frescor que los hace
muy adecuados para la decoración en climas cálidos. Los tonos cálidos son
todo lo contrario. Se asocian a sensaciones de exaltación, alegría y amplitud
del espacio y dan un aspecto acogedor al ambiente que los convierte en los
preferidos para los climas cálidos.
De todas maneras, a menudo la presencia de elementos fríos (bien sea
la luz de las lámparas o el color de los objetos) en un ambiente cálido o
viceversa ayudarán a hacer más agradable y/o neutro el resultado final.
Para poder realizar una tarea en condiciones visuales adecuadas no es
suficiente con tener un buen nivel de iluminación. Además, si el trabajo que
realizamos requiere una cierta precisión en la identificación de los colores, la
luz debe tener un espectro de potencias suficientemente uniformes dentro de
las frecuencias visibles. En efecto, la luz visible es una radiación
electromagnética de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm (1 nm
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= 10-9 m) del violeta y los 780 nm del rojo. El ojo humano percibe mejor la luz
de una longitud de onda próxima a los 555 nm, que corresponde a un amarillo
verdoso. Esto hace que los fabricantes de lámparas industriales consigan
mejores rendimientos luminosos (flujo luminoso visible al ojo humano/vatio de
potencia eléctrica consumida) con focos que emiten potencia luminosa
principalmente a esa frecuencia, con lo que los otros colores se distinguen peor
que con la luz natural. Ésta se toma como referencia en unas determinadas
condiciones, diciéndose que tiene un rendimiento de color del 100%.
Un ejemplo muy conocido de esto son las luminarias de vapor de sodio
usadas en alumbrado viario, que dan ese característico color anaranjado,
permitiendo distinguir las formas, pero mucho peor los colores. Por otra parte,
los tubos fluorescentes de luz fría usados en muchas instalaciones industriales
permiten distinguir muy bien los colores de baja longitud de onda, como el azul
o el violeta (fríos), pero no los colores cálidos o de alta longitud de onda, como
el rojo.
En el trabajo con el ordenador, sobre todo si se trata de trabajo con
gráficos en color, el rendimiento de color de la iluminación no debe bajar del
85%. La mayoría de los tubos fluorescentes, las lámparas incandescentes
normales, y sobre todo las halógenas, cumplen este requisito.
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el índice de rendimiento
de color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra de colores
normalizada iluminada con nuestra fuente con la reproducción de la misma
muestra iluminada con una fuente patrón de referencia.
3.4.3.5 La temperatura de color
Hace referencia al color de la fuente luminosa. Su valor coincide con la
temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la
de la fuente considerada. Esto se debe a que sus espectros electromagnéticos
respectivos tienen una distribución espectral similar. Conviene aclarar que los
conceptos temperatura de color y temperatura de filamento son diferentes y no
tienen porque coincidir sus valores.
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Solo útil en lámparas incandescentes. Supongamos que tenemos un
objeto negro ideal. Ósea un artefacto que absorbe absolutamente toda la
energía que puede pasar por el. Si lo calentamos veremos que empieza a
encenderse cambiando de color. Conforme aumentamos la temperatura el
color del objeto negro pasa de ser de un anaranjado a un azulado. Podemos
coger una lámpara incandescente y ponerla junto al objeto negro. Cuando la
luz de ambos, lámpara y objeto negro, sea igual en color miramos la
temperatura a la que hemos calentado el objeto. A esta temperatura se le llama
"temperatura de color". Se mide en Kelvin (no en grados kelvin) ya que es la
unidad de medida de temperatura.
Si cogemos una lámpara de descarga y la colocamos junto al objeto
negro veremos que nunca se consigue el mismo color. Esto significa que no
puede hablarse de temperatura de color si no es con lámparas incandescentes,
o sea, objetos que dan luz por estar calientes (no solo son luces
incandescentes las lámparas artificiales sino también las velas, la leña, ósea
todos los tipos de fuego así como los objetos calentados que luces, hierro al
rojo, etc.)
Temperatura de color la temperatura de color de una lámpara se calcula
por comparación con la temperatura absoluta (Kelvin) a la que habría que
elevar un cuerpo gris patrón para obtener un espectro similar. En definitiva, la
luz más rojiza tiene una temperatura de color más baja (una bombilla
incandescente, unos 2500 K), mientras que los tubos fluorescentes de luz “fría”,
los que dan una luz muy blanca, casi azulada, pueden llegar a los 5.000 K de
temperatura de color. Las lámparas halógenas pueden llegar a una
temperatura de color próxima a los 3000 K, debido a que la atmósfera interior
de gas halógeno retarda la volatilización del filamento de wolframio,
permitiendo temperaturas más elevadas. Se observa que en las lámparas
incandescentes la temperatura de color guarda relación con la temperatura del
filamento. Sin embargo, esto no sucede en las fluorescentes, porque la emisión
producida en cada descarga es invisible al ojo humano, y es el polvo que
recubre el tubo el que determina el espectro visible emitido. Hasta hace pocos
años se conseguían en los tubos fluorescentes buenos rendimientos luminosos
sólo con temperaturas de color elevadas, que daban lugar a rendimientos de
color bajos, y además a ambientes poco acogedores. Las técnicas actuales
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permiten muy buenos rendimientos luminosos con cualquier temperatura de
color.
En definitiva, la recomendación que se puede hacer es vigilar las posibles
causas de fatiga visual debida a brillos, excesivos contrastes en las
luminancias dentro del campo visual, inadecuado nivel de iluminación, y
asegurarse de que tenemos buen rendimiento de color y de que la temperatura
de color de las lámparas no está demasiado lejos de los 3000 K.
Tabla 3.2 Temperatura de color correlacionada
Temperatura
de Color
Correlacionada
(K)
Aspecto
cromático
Observaciones
Menor que
3.300
Cálido
(blanco
rojizo)
Lámparas incandescentes o
fluorescentes confortables de
color relajante. Ambas se
mezclan bien entre sí pero no
con la luz del día.
3.300 - 5.000 Intermedio
(blanco)
Este tipo de lámparas se utilizan
para instalaciones
suplementarias con la luz diurna
o donde se requiera un
ambiente fresco y natural.
Mayor que
5.000
Frío (blanco
azulado)
Lámparas utilizadas para
comparar colores o para
conseguir un alumbrado
particularmente frío en zonas
calientes
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3.5 FUENTES DE LUZ Y APLICACIONES ESPECIALES
3.5.1 Iluminación de interiores
La determinación de los niveles de iluminación adecuados para una
instalación no es un trabajo sencillo. Hay que tener en cuenta que los valores
recomendados para cada tarea y entorno son fruto de estudios sobre
valoraciones subjetivas de los usuarios (comodidad visual, agradabilidad,
rendimiento visual...). El usuario estándar no existe y por tanto, una misma
instalación puede producir diferentes impresiones a distintas personas. En
estas sensaciones influirán muchos factores como los estéticos, los
psicológicos, el nivel de iluminación, etc.
Como principales aspectos a considerar trataremos:
� El deslumbramiento
� Lámparas y luminarias
� El color
� Sistemas de alumbrado
� Métodos de alumbrado
� Niveles de iluminación
� Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento
3.5.1.1 Deslumbramiento
El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la
luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que
ocurre cuando miramos directamente una bombilla o cuando vemos el reflejo
del sol en el agua.
Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. El
primero consiste en la aparición de un velo luminoso que provoca una visión
borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa; un
ejemplo muy claro lo tenemos cuando conduciendo de noche se nos cruza un
coche con las luces largas.
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El segundo consiste en una sensación molesta provocada porque la luz
que llega a nuestros ojos es demasiado intensa produciendo fatiga visual. Esta
es la principal causa de deslumbramiento en interiores.
Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es
por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las
luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes
como ocurre cuando las vemos reflejada en alguna superficie (una mesa, un
mueble, un cristal, un espejo, etc.)
Figura 3.13 Tipos de deslumbramiento
Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse.
Entre las medidas que podemos adoptar tenemos ocultar las fuentes de luz del
campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados
mates en paredes, techos, suelos y muebles para evitar los reflejos, evitar
fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo y/o cuidar la
posición de las luminarias respecto a los usuarios para que no caigan dentro de
su campo de visión.
3.5.1.2 Lámparas y luminarias
Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos
los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes,
etc.). Las lámparas escogidas, por lo tanto, serán aquellas cuyas
características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de
instalación y mantenimiento, etc.) mejor se adapte a las necesidades y
características de cada instalación (nivel de iluminación, dimensiones del local,
ámbito de uso, potencia de la instalación, etc.)
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Figura 3.14 Ejemplos de luminarias
Tabla 3.3 Ámbitos de uso de las lámparas mas utilizadas
Ámbito de uso Tipos de lámparas más utilizadas Doméstico • Incandescente
• Fluorescente
• Halógenas de baja potencia
• Fluorescentes compactas
Oficinas • Alumbrado general: fluorescentes
• Alumbrado localizado: incandescentes y halógenas de baja tensión
Comercial (Depende de las dimensiones y características del comercio)
• Incandescentes
• Halógenas
• Fluorescentes
• Grandes superficies con techos altos: mercurio a alta presión y haluros metálicos
Industrial • Todos los tipos
• Luminarias situadas a baja altura ( 6 m): fluorescentes
• Luminarias situadas a gran altura (>6 m): lámparas de descarga a alta presión montadas en proyectores
• Alumbrado localizado: incandescentes
Deportivo • Luminarias situadas a baja altura: fluorescentes
• Luminarias situadas a gran altura: lámparas de vapor de mercurio a alta presión, haluros metálicos y vapor de sodio a alta presión
La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada
y el entorno de trabajo de esta. Hay muchos tipos de luminarias y sería difícil
hacer una clasificación exhaustiva. La forma y tipo de las luminarias oscilará
entre las más funcionales donde lo más importante es dirigir el haz de luz de
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forma eficiente como pasa en el alumbrado industrial a las más formales donde
lo que prima es la función decorativa como ocurre en el alumbrado doméstico.
Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su ámbito de
aplicación básico en la iluminación doméstica. Por lo tanto, predomina la
estética sobre la eficiencia luminosa. Sólo en aplicaciones comerciales o en
luminarias para iluminación suplementaria se buscará un compromiso entre
ambas funciones. Son aparatos que necesitan apantallamiento pues el
filamento de estas lámparas tiene una luminancia muy elevada y pueden
producir deslumbramientos.
En segundo lugar tenemos las luminarias para lámparas fluorescentes.
Se utilizan mucho en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes,
industrias con techos bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa. Así
pues, nos encontramos con una gran variedad de modelos que van de los más
simples a los más sofisticados con sistemas de orientación de la luz y
apantallamiento (modelos con rejillas cuadradas o transversales y modelos con
difusores).
Por último tenemos las luminarias para lámparas de descarga a alta
presión. Estas se utilizan principalmente para colgar a gran altura (industrias y
grandes naves con techos altos) o en iluminación de pabellones deportivos,
aunque también hay modelos para pequeñas alturas. En el primer caso se
utilizan las luminarias intensivas y los proyectores y en el segundo las
extensivas.
3.5.1.3 El color
Para hacernos una idea de como afecta la luz al color consideremos una
habitación de paredes blancas con muebles de madera de tono claro. Si la
iluminamos con lámparas incandescentes, ricas en radiaciones en la zona roja
del espectro, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes
tendrán un tono amarillento. En conjunto tendrá un aspecto cálido muy
agradable.
Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con lámparas fluorescentes
normales, ricas en radiaciones en la zona azul del espectro, se acentuarán los
tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un aspecto frío a la sala.
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En este sencillo ejemplo hemos podido ver cómo afecta el color de las
lámparas (su apariencia en color) a la reproducción de los colores de los
objetos (el rendimiento en color de las lámparas).
3.5.1.4 Apariencia en color
De las lámparas viene determinada por su temperatura de color
correlacionada. Se definen tres grados de apariencia según la tonalidad de la
luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado, luz neutra para las que
dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono blanco rojizo.
Tabla 3.4 Niveles de temperatura de color
Temperatura de color
correlacionada
Apariencia de
color
Tc> 5.000 K Fría
3.300 Tc 5.000 K Intermedia
Tc< 3.300 K Cálida
A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar qué
sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible
hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable y una
con lámparas cálidas desagradable aumentando el nivel de iluminación de la
sala. El valor de la iluminancia determinará conjuntamente con la apariencia en
color de las lámparas el aspecto final.
Tabla 3.5 Apariencia de color de la luz
Apariencia del color de la luz Iluminancia (lux)
Cálida Intermedia Fría
E 500
500 < E < 1.000
1.000 < E < 2.000
2.000 < E < 3.000
E 3.000
agradable
estimulante
no natural
neutra
agradable
estimulante
fría
neutra
agradable
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3.5.1.5 Rendimiento en color
De las lámparas es una medida de la calidad de reproducción de los
colores. Se mide con el Índice de Rendimiento del Color (IRC o Ra) que
compara la reproducción de una muestra normalizada de colores iluminada con
una lámpara con la misma muestra iluminada con una fuente de luz de
referencia. Mientras más alto sea este valor mejor será la reproducción del
color, aunque a costa de sacrificar la eficiencia y consumo energéticos. La CIE
ha propuesto un sistema de clasificación de las lámparas en cuatro grupos
según el valor del IRC.
Tabla 3.6 Índice de rendimiento en color
Grupo de rendimiento
en color
Índice de rendimiento en color (IRC)
Apariencia de color
Aplicaciones
Fría Industria textil, fábricas de pinturas, talleres de imprenta
Intermedia Escaparates, tiendas, hospitales
1 IRC 85
Cálida Hogares, hoteles, restaurantes
Fría Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas cálidos)
Intermedia Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas templados)
2 70 IRC < 85
Cálida Oficinas, escuelas, grandes almacenes, ambientes industriales críticos (en climas fríos)
3 Lámparas con IRC <70 pero con propiedades de rendimiento en color bastante aceptables para uso en locales de trabajo
Interiores donde la discriminación cromática no es de gran importancia
S (especial) Lámparas con rendimiento en color fuera de lo normal
Aplicaciones especiales
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3.5.1.6 Apariencia de color y rendimiento en color (CIE)
Ahora que ya conocemos la importancia de las lámparas en la
reproducción de los colores de una instalación, nos queda ver otro aspecto no
menos importante: la elección del color de suelos, paredes, techos y muebles.
Aunque la elección del color de estos elementos viene condicionada por
aspectos estéticos y culturales básicamente, hay que tener en cuenta la
repercusión que tiene el resultado final en el estado anímico de las personas.
3.5.1.7 Influencia del color en el ambiente
Los tonos fríos producen una sensación de tristeza y reducción del
espacio, aunque también pueden causar una impresión de frescor que los hace
muy adecuados para la decoración en climas cálidos. Los tonos cálidos son
todo lo contrario. Se asocian a sensaciones de exaltación, alegría y amplitud
del espacio y dan un aspecto acogedor al ambiente que los convierte en los
preferidos para los climas cálidos.
De todas maneras, a menudo la presencia de elementos fríos (bien sea
la luz de las lámparas o el color de los objetos) en un ambiente cálido o
viceversa ayudarán a hacer más agradable y/o neutro el resultado final.
Figura 3.15 Elección de colores de techos, paredes y suelos
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3.5.1.8 Sistemas de alumbrado
Cuando una lámpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los
objetos de la sala directamente o indirectamente por reflexión en paredes y
techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los
diferentes sistemas de iluminación con sus ventajas e inconvenientes.
Luz directa
Luz indirecta
proveniente del techo
Luz indirecta
proveniente de las paredes
Figura 3.16 Sistemas de alumbrado
La iluminación directa se produce cuando todo el flujo de las lámparas
va dirigido hacia el suelo. Es el sistema más económico de iluminación y el que
ofrece mayor rendimiento luminoso. Por contra, el riesgo de deslumbramiento
directo es muy alto y produce sombras duras poco agradables para la vista. Se
consigue utilizando luminarias directas.
En la iluminación semidirecta la mayor parte del flujo luminoso se
dirige hacia el suelo y el resto es reflejado en techo y paredes. En este caso,
las sombras son más suaves y el deslumbramiento menor que el anterior. Sólo
es recomendable para techos que no sean muy altos y sin claraboyas puesto
que la luz dirigida hacia el techo se perdería por ellas.
Si el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre procedencia directa e
indirecta hablamos de iluminación difusa. El riesgo de deslumbramiento es
bajo y no hay sombras, lo que le da un aspecto monótono a la sala y sin relieve
a los objetos iluminados. Para evitar las pérdidas por absorción de la luz en
techo y paredes es recomendable pintarlas con colores claros o mejor blancos.
Cuando la mayor parte del flujo proviene del techo y paredes tenemos la
iluminación semiindirecta. Debido a esto, las pérdidas de flujo por absorción
son elevadas y los consumos de potencia eléctrica también, lo que hace
imprescindible pintar con tonos claros o blancos. Por contra la luz es de buena
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calidad, produce muy pocos deslumbramientos y con sombras suaves que dan
relieve a los objetos.
Por último tenemos el caso de la iluminación indirecta cuando casi
toda la luz va al techo. Es la más parecida a la luz natural pero es una solución
muy cara puesto que las pérdidas por absorción son muy elevadas. Por ello es
imprescindible usar pinturas de colores blancos con reflectancias elevadas.
3.5.1.9 Métodos de alumbrado
Los métodos de alumbrado nos indican cómo se reparte la luz en las
zonas iluminadas. Según el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres
casos: alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado
localizado.
Alumbrado general Alumbrado general localizado Alumbrado localizado
Figura 3.17 Alumbrado general, general localizado y localizado.
El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda
el área iluminada. Es un método de iluminación muy extendido y se usa
habitualmente en oficinas, centros de enseñanza, fábricas, comercios, etc. Se
consigue distribuyendo las luminarias de forma regular por todo el techo del
local
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Figura 3.18 Ejemplos de distribución de luminarias en alumbrado general
El alumbrado general localizado proporciona una distribución no
uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo.
El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con
una luz más tenue. Se consiguen así importantes ahorros energéticos puesto
que la luz se concentra allá donde hace falta. Claro que esto presenta algunos
inconvenientes respecto al alumbrado general. En primer lugar, si la diferencia
de luminancias entre las zonas de trabajo y las de paso es muy grande se
puede producir deslumbramiento molesto. El otro inconveniente es qué pasa si
se cambian de sitio con frecuencia los puestos de trabajo; es evidente que si no
podemos mover las luminarias tendremos un serio problema. Podemos
conseguir este alumbrado concentrando las luminarias sobre las zonas de
trabajo. Una alternativa es apagar selectivamente las luminarias en una
instalación de alumbrado general.
Empleamos el alumbrado localizado cuando necesitamos una
iluminación suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo
concreto. El ejemplo típico serían las lámparas de escritorio. Recurriremos a
este método siempre que el nivel de iluminación requerido sea superior a 1000
lux., haya obstáculos que tapen la luz proveniente del alumbrado general,
cuando no sea necesaria permanentemente o para personas con problemas
visuales. Un aspecto que hay que cuidar cuando se emplean este método es
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que la relación entre las luminancias de la tarea visual y el fondo no sea muy
elevada pues en caso contrario se podría producir deslumbramiento molesto.
Figura 3.19 Relación entre el alumbrado general y el localizado.
3.5.1.10 Niveles de iluminación recomendados
Los niveles de iluminación recomendados para un local dependen de las
actividades que se vayan a realizar en él. En general podemos distinguir entre
tareas con requerimientos luminosos mínimos, normales o exigentes.
En el primer caso extraían las zonas de paso (pasillos, vestíbulos, etc.) o
los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria...) con
iluminancias entre 50 y 200 lx. En el segundo caso tenemos las zonas de
trabajo y otros locales de uso frecuente con iluminancias entre 200 y 1000 lx.
Por último están los lugares donde son necesarios niveles de iluminación muy
elevados (más de 1000 lx) porque se realizan tareas visuales con un grado
elevado de detalle que se puede conseguir con iluminación local.
3.5.1.11 Iluminancias recomendadas según la actividad y el tipo de local
En la tabla anterior tenemos un cuadro simplificado de los niveles de
iluminancia en función del tipo de tareas a realizar en el local. Existen, no
obstante, tablas más completas en la bibliografía donde se detallan las
iluminancias para todo tipo de actividades humanas.
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3.5.1.12 Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento
El paso del tiempo provoca sobre las instalaciones de alumbrado una
disminución progresiva en los niveles de iluminancia. Las causas de este
problema se manifiestan de dos maneras. Por un lado tenemos el
ensuciamiento de lámparas, luminarias y superficies donde se va depositando
el polvo. Y por otro tenemos la depreciación del flujo de las lámparas.
En el primer caso la solución pasa por una limpieza periódica de
lámparas y luminarias. Y en el segundo por establecer un programa de
sustitución de las lámparas. Aunque a menudo se recurre a esperar a que
fallen para cambiarlas, es recomendable hacer la sustitución por grupos o de
toda la instalación a la vez según un programa de mantenimiento. De esta
manera aseguraremos que los niveles de iluminancia real se mantengan dentro
de los valores de diseño de la instalación.
3.6 ¿QUÉ ES UN LED?
Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz)
es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es
decir, con un espectro muy angosto, cuando se polariza en directa y es
atravesado por una corriente eléctrica. El color, (longitud de onda), depende del
material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar
desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo,
recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).
En contra de otros sistemas, los LEDS no tienen filamentos u otras
partes mecánicas sujetas a rotura ni a fallos por “fundido”, no existe un punto
en que cesen de funcionar, sino que su degradación es gradual a lo largo de su
vida.
Se considera que a aproximadamente a las 50000 horas, es cuando su
flujo decae por debajo del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6
años en una aplicación de 24 horas diarias 365 días/año.
Esto permite una reducción enorme de costos de mantenimiento ya que
no se necesita reemplazarlas, por lo que el costo de Iluminación es mucho
menor.
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Asimismo, por su naturaleza el encendido se produce instantáneamente
al 100% de su intensidad sin parpadeos ni periodos de arranque, e
independientemente de la temperatura. A diferencia de otros sistemas no se
degrada por el número de encendidos.
El control de los LEDS es otro de los factores importantes. Dada su
naturaleza son fácilmente controlables, permiten producir efectos y controles de
energía que con otros dispositivos es más difícil y caro de obtener.
Por otra parte los dispositivos LEDS son ecológicos ya que no contienen
mercurio, tienen una duración mayor, ahorran gran cantidad de energía, un
punto significativo a tener en cuenta en las instalaciones y especialmente en
las de tipo público, y no producen casi contaminación lumínica, otro aspecto
importante en aplicaciones públicas y especialmente de tráfico.
3.7 HISTORIA DE LOS LEDS
60’s
Nick Holonyak Jr., inventó el primer diodo emisor de luz (LED) en los
laboratorios de General Electric. Estos primeros LEDS eran de color rojo y se
emplearon como indicadores.
70’s
Aparecen los LEDS de color verde, amarillos y naranjas. Un rango de
mercado más amplio empieza a utilizarlos en calculadoras, relojes digitales y
equipos de monitoreo.
80’s (Principios)
LEDS de mayor calidad fueron desarrollados con nuevas tecnologías,
estos eran más eficientes, consumiendo menor energía y generando 10 veces
más luz que las generaciones anteriores. Ahora se anexan las aplicaciones de
pizarrones de mensajes y señalización exterior.
80’s (Finales) – 90’s (Principios)
Se tienen grandes avances en control de calidad, permiten a los LEDS
entrar a mercados de uso rudo.
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90’s (Mediados)
El Dr. Nakamura inventa el LED de color azul en los laboratorios de
Nichia. Con estos LEDS con colores saturados y con la posibilidad de crear
rangos de color casi infinitos. La luz blanca se logra.
90’s (Finales)
El mercado se ha enfocado en 4 áreas principales:
� Artículos de control de tráfico (semáforos).
� Pizarrones de mensajes variables.
� Aplicaciones Automotrices.
� Iluminación arquitectónica y de Display’s.
El primer espectro visible práctico LED fue desarrollado en 1962, el
desarrollo de los LEDS ha alcanzado un nivel tan alto, que ha sido escogido
como la mejor alternativa al bulbo incandescente, a la luz de neón y al
fluorescente en muchas áreas. Se predice que con el ya remoto desarrollo de
LEDS las fuentes de iluminación mencionadas o convencionales actuales
cederán el paso a los LEDS en el futuro próximo. El futuro del ser humano será
más brillante ya que el empleo común de los LEDS supondrá ahorro en
energía, costos y tiempo.
Figura 3.20 Uso de LEDS en la industria automotriz
Nuevos Desarrollos para los LEDS azules y blancos junto con la
tecnología de color garantizan mayor uso de los LEDS en el mercado. Aunada
a su eficiencia, resistencia y versatibilidad, las lámparas LEDS han
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evolucionado de una tecnología incipiente a una alternativa de iluminación
seria.
3.8 PARTES DE UN LED
Figura 3.21 Partes componentes de un LED
1. Lente Epóxico
Este lente mantiene todo el paquete estructurado, determina el haz de
luz, protege al chip reflector, además de extraer el flujo luminoso.
2. Cable Conductor
Es un cable muy delgado de oro, el cual conecta cada terminal a cada
uno de los postes conductores.
3. Chip
Consiste en dos capas de material emisor semiconductor, cuando los
átomos son excitados por un flujo de corriente intercambiando electrones,
creando la luz.
4. Reflector
Está por debajo del Chip reflejando y proyectando luz hacia fuera sólo un
3% se queda atrapada.
5. Cátodo
Poste hecho de aleación de cobre y conduce carga negativa, el cátodo
es más corto que el ánodo para facilitar un ensamble más rápido y preciso en
el circuito.
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6. Ánodo
Poste hecho en aleación de cobre y conduce carga positiva.
3.9 ¿CÓMO FUNCIONAN LOS LEDS?
Un LED es un dispositivo semiconductor. Cuando se suministra corriente
a un LED, los electrones se mueven a través del material semiconductor y
algunos pasan a un estado energético más bajo. Durante el proceso, se emite
la energía "excedente" en forma de luz. La longitud de onda (y, por lo tanto, el
color) se puede ajustar utilizando diferentes materiales semiconductores y
procesos de manufacturado distintos. Es más, la difusión de la longitud de onda
de la luz emitida es relativamente corta, por lo que los colores son más puros.
Actualmente, la mayoría de los LEDS se fabrican con materiales
semiconductores compuestos tradicionales, como el nitrito de galio (GaN). Sin
embargo, también están empezando a aparecer los LEDS hechos de
materiales orgánicos (los OLED, Organic Light Emiting Diode). Los LEDS
fabricados a base de polímeros (normalmente llamados PLED o PolyLED)
ofrecen muchas de las ventajas de los LEDS tradicionales y a su vez pueden
convertirse en fuentes de luz flexibles.
3.10 RASGOS Y VENTAJAS DE LOS LEDS
Los rasgos inherentes de los LEDS lo definen para ser la mejor
alternativa a fuentes de iluminación convencionales, y proporcionar una más
amplia gama de uso.
Tamaño pequeño
Un LED puede ser sumamente pequeño y proporcionar un haz de luz de
altas prestaciones lumínicas.
Consumo de electricidad bajo
Los LEDS tienen un consumo de electricidad muy bajo. Generalmente,
un LED está diseñado para funcionar con una corriente de 0.02-0.03 A, a 2-3.6
V, esto significa que no necesita más de 0.1w para funcionar.
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Larga vida
Con funcionamiento a una tensión nominal, la corriente y el ambiente
adecuados los LEDS disfrutan de una larga vida aproximadamente 100,000
horas.
Alta eficacia luminosa y baja emisión de calor
Los LEDS puede convertir casi toda la energía usada en luz, y por lo
tanto el rendimiento de los mismos se traduce en una muy alta eficacia
luminosa y baja emisión de calor. Uno de los mejores LED en el mercado
actual emite 321 lm/w, que es casi dos veces tan eficiente como una bombilla
de filamento de tungsteno equivalente.
Protección de medio ambiente
Los LEDS están fabricados con materiales no tóxicos a diferencia de las
lámparas fluorescentes con el mercurio que contienen y que plantean un
peligro de contaminación. Los LEDS pueden ser totalmente reciclados.
Irrompible
El dispositivo electroluminescente de los LEDS esta completamente
encajado en un recinto de resina epoxi, lo hace mucho más robusto que la
lámpara de filamentos convencional y el tubo fluorescente; no hay ninguna
parte móvil dentro del recinto de epoxi sólido, es más resistente a vibraciones o
impactos. Esto hace que los LEDS sean altamente resistentes.
3.11 EL USO DE LOS LEDS
Las características propias de los LEDS mencionadas con anterioridad
determinan su conveniencia ideal en una amplia gama de uso.
3.11.1 Iluminación decorativa
Debido a la variedad rica en colores, el pequeño tamaño, la durabilidad,
los ahorros de energía, los leds son la fuente de iluminación perfecta para el
uso decorativo. Bien posicionados, sobre PCB, cable flexible, u otros materiales
deseados; los LEDS pueden ser usados para iluminación arquitectural,
perimetral, señalización, balizas, cartelería, etc.
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101
3.11.2 La Limpieza
No es necesario usar sustancias químicas para la limpieza y
mantenimiento de los LED, el uso inapropiado de las mismas podría dañar el
LED. Cuando la limpieza sea necesaria, simplemente aplicar alcohol, el tiempo
de limpieza debería ser menos de 30 segundos en ambientes normales de
temperatura.
Figura 3.22 LEDS usados en la iluminación decorativa.
Desventajas del LED
Precio: El mayor inconveniente que tiene el LED sin duda es su precio,
pero si evaluamos sus múltiples e inmejorables condiciones de funcionamiento,
y sobre todo su larga vida en comparación con los demás sistemas de
iluminación.
Uso actual de los LEDS
Actualmente, las lámparas semiconductoras o lámparas a LEDS tienen
múltiples usos:
• Decoración de interiores y exteriores por sus bellos colores y multiplicidad de
formas (Fig. 3.20).
Figura 3.23 Wuhan Asia Hotel
y Beijing Century City Building.
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102
• Señalizadores de diversos tipos, por ejemplo, en carreteras, edificios,
pantallas informativas, semáforos.
• En lugares lejos de la red o donde se quiera evitar conexión por cable, por
ejemplo, en jardines alimentados con energía fotovoltaica. (El uso de lámparas
en base a LEDS evita tener que transformar la corriente directa en alterna, por
cuanto los LEDS utilizan pequeñas cantidades de corriente directa y bajos
voltajes. O sea, tienen varias ventajas respecto a otras luminarias para su uso
con celdas solares).
• Por su color o dirección, en locales de trabajo que requieren de iluminación
especial.
• En maquinaria automatizada, para proporcionar determinado color que sea
«visto» mejor por la cámara o el sensor óptico.
• Para la iluminación de las naves espaciales.
3.12 PERSPECTIVAS FUTURAS
Estas lámparas no sustituyen aún a las fluorescentes en usos comunes
por su costo, pero sin duda lo harán, porque se trabaja para aumentar aún más
su eficiencia de convertir la corriente eléctrica en luz y para lograr materiales
más baratos (en este sentido son muy recientes las investigaciones en LEDS
orgánicos, conocidos como OLEDS). Por último, no hay otra fuente de luz, hoy
conocida, con las ventajas de los LEDS para ser utilizados con las celdas
solares fotovoltaicas; sin duda, en el futuro desempeñarán un papel
protagónico fundamental.
3.13 TECNOLOGÍA LED, COMO FUENTE DE ILUMINACIÓN.
La sensación de pasear sobre suelos de cristal completamente
iluminados o contemplar a nuestro paso, corredores de paredes iluminadas,
añadiendo una especial atmósfera en cualquier tipo de ambiente o escenario,
sólo se consigue con el System Tread o System Muro.
Estos sistemas de iluminación de interiores patentados ofrecen un alto
grado de resistencia al impacto, una iluminación decorativa uniforme, así como
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un excepcional comportamiento antideslizamiento en el caso de System Tread
o cristal iluminado para suelo.
3.14 ILUMINACIÓN DE INTERIORES
Proponemos una iluminación decorativa que va desde la emisión de luz
monocromática, pasando por el sistema RGB de cambio de color. Colores
vivos, rojo, amarillo, azul, verde, etc. Podemos crear con estos sistemas de
iluminación, suelos, paredes, techos, puentes, etc. una diversidad de
aplicaciones que se pueden ver en últimos proyectos realizados.
Figura 3.24 Iluminación decorativa con LEDS
Todos los sistemas de iluminación de interiores e iluminación de
exteriores son regulables en intensidad lumínica. El sistema Pure Colour o
placas iluminadas, nos ofrecen la posibilidad de iluminar espacios concretos,
decoración puntual y minimalista, todas las placas comprenden un grado de
protección IP68, su uso es idóneo tanto en decoración de interiores como
exteriores , son totalmente transitables, posibilidad de regulación y control
remoto
3.14.1 SYSTEM TREAD
System Tread es un sistema modular de suelo de cristal iluminado
resistente. Su diseño exclusivo proporciona una plataforma segura con
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iluminación uniforme. Bajo la superficie del cristal pueden colocarse gráficos,
texto o geles.
Cuando se precisen propiedades antideslizantes, puede tratarse el
cristal con chorro de arena, formando un diseño uniforme o selectivo.
Uniformidad y seguridad en un paquete de sólo 85 mm de profundidad.
3.14.2 SYSTEM MURO
Sistema único de construcción de paredes de perfil delgado en cristal
iluminado, con solamente 76 mm nominales de profundidad.
Un sistema modular que se combina para componer una plataforma
vertical de cristal uniformemente iluminado.
Su fácil mantenimiento y los paneles de cristal extraíbles permiten utilizar
System Muro como medio gráfico, ya sea desde una caja de luces única a una
pared completa.
Figura 3.25 Sistema RGB
GRADO DE PROTECCIÓN IP68
Significado de los dígitos:
6, como arriba.
8, protección contra penetración de agua al sumergirlo.
El ensayo de la estanqueidad se realiza conforme a la norma IEC 60068-
2-17, ensayo ql. A diferencia de la norma, el objeto a ensayar no se sumerge
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en agua sino se almacena en atmósfera con vapor, ya que esta forma de
almacenamiento supone mayores esfuerzos.
Parámetros:
7.4 Condiciones iniciales: distancia de detección con Tu = 25 °C ± 5 °C,
7.5.1 Líquido de ensayo: agua potable,
7.5.2 Temperatura del líquido de ensayo: 105 ºC – 5 ºC,
7.5.4 Presión de ensayo: 12 N/cm (1,2 bar),
7.5.5 Duración del ensayo: 5 días
7.6 Tratamiento posterior: secado hasta la temperatura ambiente y
refrigeración. La medición final se realiza tan pronto como el detector ensayado
alcance la temperatura ambiente.
7.7 Medición final: distancia de detección con Tu = 25 ºC ± 5 ºC. La
modificación permitida vale ± 10 % del estado inicial.
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CAPITULO 4
ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO
TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.
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4.1 OBTENCIÓN DE CURVA DE DISTRUBUCIÓN PARA DIFERENTES TIPOS DE LAMPARA.
En la presente prueba se va obtener las curvas de distribución de los
distintos tipos de lámparas a diferentes ángulos, donde se obtendrán los parámetros de flujo y rendimiento luminoso esto para realizar un análisis comparativo y determinar cual es la mejor lámpara de acuerdo a las características anteriores. OBJETIVO
Obtener la curva de distribución de los diferentes tipos de lámparas mediante la medición de de los lux en diferentes ángulos. MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO
� Lámpara incandescente de 75W � Lámpara incandescente de 100W � Lámpara ahorradora de 10W � Lámpara ahorradora de 20W � Lámpara ahorradora de 13W � Lámpara de leds � Luxómetro � Flexometro
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Potencia: 5.5W Marca: JACH Tensión de operación: 125/127 Casquillo: E26 Horas de vida: 100 000
Figura 4.1 Lámpara de LEDS
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Figura 4.2 Lámpara ahorradora
Potencia: 20W Marca: PROMI LIGHT Tensión de operación: 125/127 V Casquillo: E26 Horas de vida: 5000
Potencia: 13W Marca: Laiting Tensión de operación: 127-130 V Casquillo: E26 Horas de vida: 4000 Numero de lúmenes: 600
Figura 4.3 Lámpara ahorradora Potencia: 10W Marca: OSRAM Tensión de operación: 110/130 Casquillo: E26 Horas de vida: 3000 Numero de lúmenes:
Figura 4.4 Lámpara ahorradora
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Potencia: 100W Marca: philips Tensión de operación: 125/127 Casquillo: E26 Horas de vida: 1000 Numero de lúmenes: 1560
Figura 4.5 Lámpara incandescente
Potencia: 75W Marca: philips Tensión de operación: 125/127 V Casquillo: E26 Horas de vida: 1000 Numero de lúmenes: 1070
Figura 4.6 Lámpara incandescentes
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PROCEDIMIENTO
1. Conectar la lámpara y encenderla a su tensión nominal (ver figura 4.7) 2. Colocar debajo de la lámpara el luxómetro, y medir la distancia de la
lámpara al luxómetro con el flexometro. 3. Considerar que el punto donde se coloco el luxómetro por debajo de la
lámpara será el origen, es decir considerar esto como 0. 4. Mover el luxometro a 5 grados del origen y tomar la medición del
luxómetro. 5. Mover ahora a 10° y tomar las mediciones continuar tomando medidas
moviendo el luxómetro cada 5 grados hasta llegar a 90°. 6. Repetir estos pasos con los diferentes tipos de lámparas(ver figura 4.8 y
4.9) 7. Desarrollar los cálculos de flujo luminoso y rendimiento luminoso. 8. Graficar las mediciones obtenidas en hojas polares, considerando que
las mediciones obtenidas son 0° a 90°.
Figura 4.7 Conexión de las lámparas para la medición de lux.
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Figura 4.8 Incremento de 5 grados (º) partiendo del origen
Figura 4.9 Toma de lectura de las mediciones
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Ejemplo de los cálculos para el cálculo del flujo y rendimiento luminoso. Flujo luminoso
[ ]24 Dπερ =
Rendimiento Luminoso
W
ρη =
DONDE: W = Potencia Activa V = Tension A = Corriente ρ = Flujo Luminoso
ε = Lux D = Distancia del lente del luxometro a la lámpara en (m) η = Rendimiento Luminoso
Calculo Del Flujo Luminoso De Una Lámpara De 75 W
]4[= 2Dπερ
( ) ( )
( ) ( ) 1766.1335=5.2417=
7164.1413=5.2418=2
2
Mπρ
Mπρ
Calculo Del Rendimiento Luminoso De Una Lámpara De 75 W
Wρ
η =
8023.17=75
1766.1335=
8498.18=80
7164.1413=
η
η
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4.1.1 RESULTADOS OBTENIDOS
Tabla 4.1 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 75W.
LAMPARA INCANDESCENTE 75W. GRADOS (º) LUX FLUJO
LUMINOSO RENDIMIENTO
LUMINOSO
0 19 1492.2562 19.8967
5 19 1492.2562 19.8967
10 19 1492.2562 19.8967
15 19 1492.2562 19.8967
20 18 1413.7164 18.8495
25 19 1492.2562 19.8967
30 20 1570.796 20.9434
35 19 1492.2562 19.8967
40 19 1492.2562 19.8967
45 18 1413.7164 18.8495
50 18 1413.7164 18.8495
55 18 1413.7164 18.8495
60 17 1335.1766 17.8023
65 17 1335.1766 17.8023
70 17 1335.1766 17.8023
75 17 1335.1766 18.8495
80 17 1335.1766 18.8495
85 16 1256.6368 16.7551
90 15 1178.097 15.7079
Figura 4.10 Curva de distribución de una lámpara incandescente de 75W.
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Tabla 4.2 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de
una lámpara de 100W. LAMPARA INCANDESCENTE 100W.
GRADOS (º) LUX FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO LUMINOSO
0 26 2042.0348 20.4203
5 26 2042.0348 20.4203
10 27 2120.5746 21.2057
15 27 2120.5746 21.2057
20 26 2042.0348 20.4203
25 27 21.2057 21.2057
30 27 21.2057 21.2057
35 27 21.2057 21.2057
40 27 21.2057 21.2057
45 25 1963.495 19.6349
50 24 1884.9552 18.8495
55 23 1806.4154 18.0641
60 20 1570.796 15.7079
65 19 1492.2562 14.9225
70 17 1335.1766 13.3517
75 16 1256.6368 12.5663
80 15 1178.097 11.7809
85 14 1099.5572 10.9955
90 13 1021.0174 10.210174
Figura 4.11 Curva de distribución de una lámpara incandescente de 100W.
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Tabla 4.3 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso una
lámpara ahorradora de 10W. LAMPARA AHORRADORA 10W.
GRADOS (º) LUX FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO LUMINOSO
0 2 150.8592 15.0859
5 2 150.8592 15.0859
10 3 226.2888 22.6288
15 3 226.2888 22.6288
20 4 301.7184 30.1718
25 5 377.148 37.7148
30 5 377.148 37.7148
35 5 377.148 37.7148
40 6 452.5776 45.2577
45 6 452.5776 45.2577
50 7 528.0072 52.8007
55 7 528.0072 52.8007
60 7 528.0072 52.8007
65 7 528.0072 52.8007
70 7 528.0072 52.8007
75 7 528.0072 52.8007
80 7 528.0072 52.8007
85 7 528.0072 52.8007
90 7 528.0072 52.8007
Figura 4.12 Curva de distribución de una lámpara ahorradora de 10W.
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Tabla 4.4 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso una
lámpara ahorradora de 13W. LAMPARA AHORRADORA 13W.
GRADOS (º) LUX FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO LUMINOSO
0 2 149.6302 11.51
5 2 149.6302 11.51
10 3 224.4453 17.265
15 3 224.4453 17.265
20 4 299.2604 23.02
25 5 374.0755 28.775
30 6 448.8906 34.53
35 6 448.8906 34.53
40 7 523.7057 40.285
45 8 598.5208 46.04
50 8 598.5208 46.04
55 9 673.3359 51.795
60 9 673.3359 51.795
65 9 673.3359 51.795
70 9 673.3359 51.795
75 9 673.3359 51.795
80 9 673.3359 51.795
85 9 673.3359 51.795
90 9 673.3359 51.795
Figura4.13 Curva de distribución de una lámpara ahorradora de 13W.
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Tabla 4.5 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso
una lámpara ahorradora tipo espiral de 20W. LÁMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W
GRADOS (º) LUX FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO LUMINOSO
0 8 608.3728 30.4186
5 8 608.3728 30.4186
10 9 684.4194 34.2209
15 9 684.4194 34.2209
20 10 760.466 38.0233
25 11 836.5126 41.8256
30 11 836.5126 41.8256
35 11 836.5126 41.8256
40 12 912.5592 45.6279
45 11 836.5126 41.8256
50 11 836.5126 41.8256
55 11 836.5126 41.8256
60 10 760.466 38.0233
65 9 684.4194 34.2209
70 8 608.3728 30.4186
75 8 608.3728 30.4186
80 8 608.3728 30.4186
85 8 608.3728 30.4186
90 8 608.3728 30.4186
Figura 4.14 Curva de distribución de una lámpara ahorradora tipo espiral
de 20W.
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Tabla 4.6 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso una
lámpara de leds de 5.5 W.
Figura 4.15 Curva de distribución de una lámpara de leds de 5.5W.
LÁMPARA DE LEDS 5.5W. GRADOS
(º) LUX (Cd) FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO
LUMINOSO
0 242 18553.1962 3373.3084
5 230 17633.203 3206.0369
10 110 8433.271 1533.322
15 29 2223.3169 404.2394
20 13 996.6593 181.2107
25 10 766.661 139.3929
30 10 766.661 139.3929
35 8 613.3288 111.5143
40 7 536.6627 97.575
45 6 459.9966 83.6357
50 5 383.3305 69.6964
55 5 383.3305 69.6964
60 6 459.9966 83.6357
65 4 306.6644 55.7571
70 2 153.3322 27.8785
75 1 76.6661 13.9392
80 1 76.6661 13.9392
85 0 0 0
90 0 0 0
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4.2 EFECTOS DE UNA LAMPARA MEDIANTE LA VARIACION DE
TENSION.
En la presente prueba se van obtener las curvas de tension y corriente y por lo tanto se determinara los efectos que se presenten al variar la tension, que es lo que sucede con la curva de corriente, las distorsiones o perturbaciones que presenta esta onda senoidal en los diferentes tipos de lámparas.
OBJETIVO
Obtener la curva de tensión y corriente y verificar los efectos que tienen al variar la tensión, que sucede con la curva de corriente.
MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO
� Lámpara incandescente de 75W � Lámpara incandescente de 100W � Lámpara ahorradora de 10W � Lámpara ahorradora de 20W � Lámpara ahorradora de 13W � Lámpara de leds � Luxómetro � Flexometro � Ampermetro analógico � Voltmetro analógico � Scope Meter 123/124 � Multimetro digital
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PROCEDIMIENTO
1. Conectar la lámpara a la misma distancia considerada de la práctica
anterior, porque la posición de las lámparas será de forma horizontal. 2. Se debe desarrollar la siguiente conexión para poder obtener
mediciones de potencia, tensión, corriente y lux.
Figura 4.16 Conexión para obtener las mediciones respecto a la variación
de tensión 3. Encender la lámpara a 130V, tomar medición de corriente, potencia y
lux. 4. Variar la tensión a 127V y tomar nuevamente las mediciones de tensión,
corriente y lux. 5. Variar la tensión a 120V, tomar mediciones de tensión, corriente y lux. 6. Variar ahora la tensión a 110V, tomar mediciones de tensión, corriente y
lux. 7. Continuar con la variación de tensión de 10V en 10V hasta llegar a 80V
y tomar mediciones de tensión, corriente y lux. 8 Con las mediciones obtenidas calcular factor de potencia, rendimiento
luminoso y flujo luminoso. 9 Las mediciones de corriente y tensión también las realizamos con un
Osciloscopio fluke 123/124, esto fue para verificar que las mediciones tomadas con los aparatos de medición fueron correctas.
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Figura 4.17 Verificación de las mediciones de tensión y corriente
4.2.1 RESULTADOS OBTENIDOS Tabla 4.7 Resultados de las mediciones con el Scopemeter
Lámpara Incand 75 W
Lámpara Incand 100 W
Lámpara Ahorradora Esp. 20 W
Lámpara Ahorradora
10 W
Lámpara Ahorradora
13 W
Lámpara LEDS 5.5 W
Tensión (V)
(A)
(W)
(A)
(W)
(A)
(W)
(A)
(W)
(A)
(W)
(A)
(W)
130 0.590 80 0.768 110 0.231 23 0.159 8 0.158 10 0.277 8
127 0.586 75 0.763 105 0.220 23 0.159 7.5 0.158 10 0.273 7.5
120 0.560 75 0.751 95 0.220 22 0.158 7 0.157 9.5 0.247 7
110 0.555 60 0.706 85 0.219 22 0.157 6.5 0.156 8 0.238 6
100 0.538 55 0.671 70 0.219 22 0.156 5.5 0.156 7 0.200 5
90 0.507 50 0.628 60 0.217 21.5 0.155 5 0.155 6.5 0.175 4.5
80 0.464 40 0.597 50 0.201 20.5 0.154 5 0.155 5.5 0.147 4
Parámetros A= 50 kV/div B= *500 mA/div t= 5 ms/div
• Se tomo esta escala para las mediciones de corriente de las lámparas incandescentes de 75 y 100 watts así como también para las lámparas ahorradoras de 20 watts y de LEDS de 5.5 watts. Para las lámparas ahorradoras de 10 y 13 watts se tomo la escala de 100 mA/div debido a que la corriente en estas era más pequeña y no se distinguía claramente su onda senoidal por lo que fue necesario hacer este ajuste de escala.
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123
4.3 LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y CORRIENTE Y LOS EFECTOS DE LA VARIACION DE TENSION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE LAMPARAS.
Tabla 4.8 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara incandescente de 75 W.
CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA INCANDESCENTE 75W.
0
20
40
60
80
100
120
80 90 100 110 120 127 130
TENSIÒN(%)
(F.P
, F.L
.,R.L
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOS
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.18 Características de la variación de tension de una lámpara
incandenceste de 75 W.
LÁMPARA INCANDESCENTE 75W.
TENSIÓN (V)
LUX POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO
(Cd/m2)
RENDIMIENTO LUMINOSO
80 2 40 0.464 1.07758621 157.0796 2.0943
90 4 50 0.507 1.09577033 314.1592 4.1887
100 7 55 0.538 1.02230483 549.7786 7.3303
110 10 60 0.555 0.98280098 785.398 10.4719
120 14 75 0.56 1.11607143 1099.1766 14.6604
127 17 75 0.586 1.00776652 1335.1766 17.8023
130 18 80 0.59 1.04302477 1413.7164 18.8495
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
124
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA INCANDESCENTE DE 75W.
Figura 4.19 Medición a 130V
Figura 4.20 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
125
Figura 4.21 Medición a 120V
Figura 4.22 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
126
Figura 4.23 Medición a 100V
Figura 4.24 Medición a 90V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
127
Figura 4.25 Medición a 80V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
128
Tabla 4.9 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara incandescente de 100 W.
LÁMPARA INCANDESCENTE 100W.
TENSIÓN (V)
LUX POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO
(Cd/m2)
RENDIMIENTO LUMINOSO
80 4 50 0.597 1.04690117 314.1592 3.1415
90 7 60 0.628 1.06157113 549.7786 5.4977
100 10 70 0.61 1.14754098 785.398 7.8539
110 14 85 0.706 1.09451455 1099.5572 10.9955
120 20 95 0.751 1.05415002 1570.796 15.7079
127 24 105 0.763 1.08358015 1884.9552 18.8495
130 26 110 0.768 1.10176282 2042.0348 20.4203
CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA INCANDESCENTE 100W
0
20
40
60
80
100
120
140
80 90 100 110 120 127 130
TENSIÒN(%)
(F.P
.,F.L
.,R.L
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOSOS
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.26 Características de la variación de tension de una lámpara
incandescente de 100 W.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
129
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA INCANDESCENTE DE 100W.
Figura 4.27 Medición a 130V
Figura 4.28 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
130
Figura 4.29 Medición a 120V
Figura 4.30 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
131
Figura 4.31 Medición a 100V
Figura 4.32 Medición a 90V
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
132
Figura 4.33 Medición a 80V
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
133
Tabla 4.10 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 10 W.
LÁMPARA AHORRADORA 10W.
TENSIÒN (V)
LUX POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO
(Cd/m2)
RENDIMIENTO LUMINOSO
80 3 5 0.154 0.40584416 226.2888 22.6288
90 4 5 0.153 0.36310821 301.7184 30.1718
100 5 5.5 0.156 0.3525641 377.148 37.7148
110 5 6.5 0.157 0.37637522 377.148 37.7148
120 6 7 0.158 0.36919831 452.5776 45.2577
127 6 7.5 0.159 0.37141584 452.5776 45.2577
130 6 8 0.159 0.38703435 452.5776 45.2577
CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA AHORRADORA 10W.
0
20
40
60
80
100
120
80 90 100 110 120 127 130
Tensiòn(%)
(F.L
.,R.L
.,F.P
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOSO
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.34 Características de la variación de tension de una lámpara
ahorradora de 10 W.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
134
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA DE 10W.
Figura 4.35 Medición a 130V
Figura 4.36 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
135
Figura 4.37 Medición a 120V
Figura 4.38 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
136
Figura 4.39 Medición a 100V
Figura 4.40 Medición a 90V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
137
Figura 4.41 Medición a 80V
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
138
Tabla 4.11 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 13 W.
LAMPARA AHORRADORA 13W. TENSIÓN
(V) LUX (Cd)
POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO (Cd/m2)
RENDIMIENTO
LUMINOSO
80 4 5.5 0.155 0.44354839 299.2604 23.02
90 5 6.5 0.155 0.46594982 374.0755 28.775
100 6 7 0.156 0.44871795 448.8906 34.53
110 7 8 0.156 0.46620047 523.7075 40.285
120 7 9.5 0.157 0.50424628 523.7075 40.285
127 8 10 0.158 0.49835543 578.5208 46.04
130 8 10 0.158 0.48685492 578.5208 46.04
CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA AHORRADORA 13W.
0
20
40
60
80
100
120
80 90 100 110 120 127 130
Tensiòn(%)
(F.P
.,F.L
.,R.L
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOSO
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.42 Características de la variación de tension de una lámpara
ahorradora de 13 W.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
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“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
139
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA DE 13W.
Figura 4.43 Medición a 130V
Figura 4.44 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
140
Figura 4.45 Medición a 120V
Figura 4.46 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
141
Figura 4.47 Medición a 100V
Figura 4.48 Medición a 90V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
142
Figura 4.49 Medición a 80V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
143
Tabla 4.12 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 20 W.
LÁMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W TENSIÓN
(V) LUX (Cd)
POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO
(Cd/m2)
RENDIMIENTO LUMINOSO
80 3 7.5 0.201 0.46641791 228.1398 11.4069
90 4 9 0.217 0.46082949 304.1864 15.2093
100 6 10.5 0.219 0.47945205 456.2796 22.8139
110 7 11.5 0.219 0.4773765 532.3262 26.6163
120 8 12 0.22 0.45454545 608.3728 30.4186
127 8 13 0.22 0.46528275 608.3728 30.4186
130 9 14 0.231 0.46620047 684.4194 34.2209
CARATERÌSTICAS DE LA VARIACIOÒN DE TENSIÒN DE UNA LAMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W.
0
20
40
60
80
100
120
80 90 100 110 120 127
Tensiòn(%)
(F.P
.,F.L
.,F.P
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOSO
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.50 Características de la variación de tension de una lámpara
ahorradora de 20 W.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
144
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL DE 20W.
Figura 4.51 Medición a 130V
Figura 4.52 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
145
Figura 4.53 Medición a 120V
Figura 4.54 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
146
Figura 4.55 Medición a 100V
Figura 4.56 Medición a 90V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
147
Figura 4.57 Medición a 80V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
148
Tabla 4.13 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara de LEDS de 5.5 W.
LÁMPARA DE LEDS 5.5W. TENSIÓN
(V) LUX (Cd)
POTENCIA (W)
CORRIENTE (A)
F.P. FLUJO LUMINOSO
(Cd/m2)
RENDIMIENTO LUMINOSO
80 134 4 0.147 0.34013605 10273.2574 1867.8649
90 153 4.5 0.175 0.28571429 11729.9133 2132.7115
100 174 5 0.2 0.25 13339.9014 2425.4366
110 192 6 0.238 0.22918258 14719.8912 2676.3438
120 209 7 0.247 0.23616734 16023.2149 2913.3118
127 220 7.5 0.273 0.21631911 16886.542 3066.644
130 226 8 0.277 0.22216051 17326.5386 3150.2797
CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA DE LEDS 5.5W.
0
20
40
60
80
100
120
80 90 100 110 120 127 130
Tensiòn(%)
(F.P
.,F.L
.,R.L
.)(%
)
FACTOR DE POTENCIA
FLUJO LUMINOSO
RENDIMIENTO LUMINOSO
Figura 4.58 Características de la variación de tension de una lámpara de
LEDS de 5.5 W.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
149
LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y
CORRIENTE DE UNA LAMPARA DE LEDS DE 5.5 W.
Figura 4.59 Medición a 130V
Figura 4.60 Medición a 127V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
150
Figura 4.61 Medición a 120V
Figura 4.62 Medición a 110V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
151
Figura 4.63 Medición a 100V
Figura 4.64 Medición a 90V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
152
Figura 4.65 Medición a 80V
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
153
4.4 RESULTADOS OBTENIDOS DE LOS CALCULOS DE LOS EFECTOS DE
LA VARIACION DE TENSION. Tabla 4.14 Efectos de variación de tensión
Lámpara Incandescente
75 W
Lámpara Incandescente
100W.
Lámpara Ahorradora Tipo Espiral
20W.
Lámpara Ahorradora
10W.
Lámpara Ahorradora
13W.
Lámpara De Leds 5.5W.
TENSIÓN (V)
FACTOR DE POTENCIA
130 1.04302477 1.10176282 0.46620047 0.38703435 0.48685492 0.22216051
127 1.00776652 1.08358015 0.46528275 0.37141584 0.49835543 0.21631911
120 1.11607143 1.05415002 0.45454545 0.36919831 0.50424628 0.23616734 110 0.98280098 1.09451455 0.4773765 0.37637522 0.46620047 0.22918258
100 1.02230483 1.14754098 0.47945205 0.3525641 0.44871795 0.25
90 1.09577033 1.06157113 0.46082949 0.36310821 0.46594982 0.28571429
80 1.07758621 1.04690117 0.46641791 0.40584416 0.44354839 0.34013605
EFecto de la Variación de Ténsión (V vs. F.P.)
0
20
40
60
80
100
120
140
80 90 100 110 120 127 130
Tensión (V)
F.P
.(%
)
Lámpara Incandescente
75W.
Lámpara Incandescente
100W.
Lámpara Ahorradora 10W.
Lámpara Ahorradora 13W.
Lámpara Ahorradora Tipo
Espiral 20W
Lámpara de Leds 5.5W.
Figura 4.66 Efectos de la variación de tension.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
154
Tabla 4.15 Efectos de variación de tensión
Lámpara Incandescente
75 W
Lámpara Incandescente
100W.
Lámpara Ahorradora Tipo Espiral
20W
Lámpara Ahorradora
10W.
Lámpara Ahorradora
13W.
Lámpara De Leds 5.5W.
TENSIÓN (V)
FLUJO LUMINOSO
130 1413.7164 2042.0348 684.4194 452.5776 578.5208 17326.5386
127 1335.1766 1884.9552 608.3728 452.5776 578.5208 16886.542
120 1099.1766 1570.796 608.3728 452.5776 523.7075 16023.2149 110 785.398 1099.5572 532.3262 377.148 523.7075 14719.8912
100 549.7786 785.398 456.2796 377.148 448.8906 13339.9014
90 314.1592 549.7786 304.1864 301.7184 374.0755 11729.9133
80 157.0796 314.1592 228.1398 226.2888 299.2604 10273.2574
Efectos de la variación de Tensión (V vs. F.L.)
0
5000
10000
15000
20000
80 90 10 11 12 12 13
Tensión (V)
Flu
jo L
um
ino
so (
lux.
m2)
Lámpara Incandescente
75W.
Lámpara Incandescente
100W.
Lámpara Ahorradora 10W.
Lámpara Ahorradora 13W.
Lámpara Ahorradora Tipo
Espiral 20W.
Lámpara de Leds 5.5W.
Figura 4.67 Efectos de variación de tension
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
155
Tabla 4.16 Efectos de variación de tensión
Lámpara Incandescente
75 W
Lámpara Incandescente
100w.
Lámpara Ahorradora Tipo Espiral
20w
Lámpara Ahorradora
10w.
Lámpara Ahorradora
13w.
Lámpara De Leds
5.5w.
TENSIÓN (V)
RENDIMIENTO LUMINOSO
130 18.8495 20.4203 34.2209 45.2577 46.04 3150.2797
127 17.8023 18.8495 30.4186 45.2577 46.04 3066.644
120 14.6604 15.7079 30.4186 45.2577 40.285 2913.3118 110 10.4719 10.9955 26.6163 37.7148 40.285 2676.3438
100 7.3303 7.8539 22.8139 37.7148 34.53 2425.4366
90 4.1887 5.4977 15.2093 30.1718 28.775 2132.7115
80 2.0943 3.1415 11.4069 22.6288 23.02 1867.8649
Efectos de la Variación de Tensión (V vs. R.L.)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
80 90 100 110 120 127 130
Tensión (V)
R.L
.(L
ux.
m2/
W)
Lámpara Incandescente
75W.
Lámpara Incandescente
100W.
Lámpara Ahorradora 10W
Lámpar Ahorradora 13W.
Lámpara Ahorradora Tipo
Espiral 20W.
Lámpara de Leds 5.5W.
Figura 4.68 Efectos de variación de tension
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156
4.5 ANALISIS DE LA VIDA UTIL Y COSTOS DE LAS LAMPARAS Tabla 4.17 Vida útil de diferentes tipos de lámparas. Lámpara Potencia (W) Vida útil (Hrs)
De Leds 5.5 100000
Ahorradora 10 3000
Ahorradora 13 4000
Ahorradota Tipo Espiral 20 5000
Incandescente 75 1000
Incandescente 100 1000
0
20000
40000
60000
80000
100000
Hrs
5.5 10 13 20 75 100
Potencia (W)
Vida Util (Hrs)
Figura 4.69 Horas de vida útil de los diferentes tipos de lámparas
Para el cálculo de los costos de energía se utilizo la siguiente formula:
( )( )( )
1000
...
WTarifaoperaciondeHrsEC =
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157
Tabla 4.18 Análisis comparativo de costo de la energía.
Parámetros
Lámpara Incan. 75W
Lámpara Incan 100W
Lámpara Ahorradora
10W.
Lámpara Ahorradora
13W.
Lámpara Ahorradora. tipo espiral
20w.
Lámpara Ahorradora LEDS 5.5W.
Precio de la lámpara ($) $3.00 $3.00 $24.00 $16.00 $18 $650.00 Vida en (hrs) 1000 1000 3000 4000 5000 100, 000
Lámparas por años 2 2 1 1 1 1 Costo total de las lámparas $6.0 $6.0 $24.0 $16.0 $18.0 $650.0 Costo diario de energía ($) $0.3 $0.4 $0.0 $0.1 $0.1 $0.0 Costo mensual de energía ($) $9.1 $12.2 $1.2 $1.6 $2.4 $0.7 Costo anual de energía ($) $109.4 $145.9 $14.6 $19.0 $29.2 $8.0 Costo total $115.4 $151.9 $38.6 $35.0 $47.2 $658.0
ANÁLISIS A 6 AÑOS Lámparas totales a 6 años 12 12 3 3 2 1 Costo total de lámparas a 6 años $36.0 $36.0 $72.0 $48.0 $36.0 $650.0 Costo de energía a 6 años $656.4 $875.2 $87.5 $113.8 $175.0 $48.1
Costo total a 6 años $692.4 $911.2 $159.5 $161.8 $211.0 $698.1
ANÁLISIS A 10 AÑOS Lámparas totales a 10 años 20 20 5 4 4 1
Costo Total de lámparas a 10años $60.0 $60.0 $120.0 $64.0 $72.0 $650.0 Costo de energía a 10 años $1,094.0 $1,458.7 $145.8 $189.6 $291.7 $80.2
Costo total a 10 años $1,154.0 $1,518.7 $265.8 $253.6 $363.7 $730.2
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GLOSARIO DE TERMINOS Brillo Sensación producida en el ojo humano a causa de las diferencias de luminancia de los objetos luminados y luminosos. Bulbo Envolvente externo de una fuente luminosa constituido usualmente de vidrio y cuarzo. Candela (Cd) Unidad de intensidad luminosa en el sistema internacional, la candela= 1lumen por estereoradian. Estereoradian Unidad de medida de un ángulo solidó que teniendo su vértice en el centro de una esfera, recorta en la misma una superficie igual a la de un cuadrado cuyo lado tuviese el mismo tamaño que el radio de la esfera. Flujo Luminoso Es la energía luminosa radiada por una fuente en la unidad de tiempo, su unidad es el lumen; es la potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo es sensible 1 wat-luz a 555nm = 683 lm Fotometría Es la medida de intensidad luminosa de una fuente de luz, o de la cantidad de flujo luminoso que incide sobre la superficie. Las ondas de luz estimulan el ojo humano en diferentes grados según su longitud de onda. Los fotómetros fotoeléctricos necesitan filtros coloreados especiales para responder igual que el ojo humano. Los radiómetros toda la energía radiante. La intensidad de una fuente de luz se mide en candelas, la fotometría es la parte de la física que trata de la medida de la luz en su aspecto cuantitativo considerando dos factores, uno objetivo (el espectro visible) y otro subjetivo. Un manantial luminoso es cualquier cuerpo que radia energía, la luz es una forma de radiación electromagnética comprendida entre los 380 nm y los 760 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano
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Fotómetro Es un instrumento que nos permite medir la cantidad de luz que hay en una escena, la mayoría utilizan una célula fotoeléctrica, existen dos tipos diferentes de células. Iluminancia Es el flujo luminoso recibido sobre una superficie, su símbolo es e y su unidad el lux (lx) que es un lm/m al cuadrado También existe el foot-candle (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya relación con el lux es 1fc = 10 lx; 1lx =0.1 fc Intensidad Luminosa Es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta, su símbolo es i y su unidad es la candela (cd) Lumen Se define como el flujo luminoso emitido en un ángulo solidó de un estereoradian por un manantial luminoso cuya intensidad luminosa es igual a una candela. Luminancia: 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 la cd/cm cuadrado. Lux Unidad de intensidad de iluminación del sistema internacional. se define como la iluminación de una superficie de un metro cuadrado que recibe uniformemente repartida el flujo de un lumen. Luz Forma de energía radiante que se evalúa en cuanto a su capacidad para producir la sensación de la visión. Rendimiento Luminoso O Eficiencia Luminosa Es el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica que tienen las lámparas. No toda la energía eléctrica consumida por una lámpara se transforma en luz visible, parte se pierde por calor, en forma de radiación no visible (infrarrojo, ultravioleta)
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Transmisión La propiedad de transmisión de luz de un material viene determinada por su factor de transmisión. Si este es igual para todas las longitudes de onda, estamos ante un filtro nd (densidad neutra), si no es así tendremos un filtro de color.
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CONCLUSIONES
En base a las pruebas y características de las lámparas se puede
concluir lo siguiente:
El flujo y rendimiento de la lámpara de LEDS es mucho mejor en
comparación a las lámparas ahorradoras y las incandescentes, el único
problema de esta es que la iluminación es directa, por lo tanto la curva de
distribución es muy corta y no alcanza a cubrir perfectamente los 180 grados
del área de trabajo, por lo que es necesario emplear un reflector que permita
cubrir esta característica primordial.
Para la industria el problema de la curva de distribución no sería tomado
en consideración, ya que la iluminación para determinadas áreas es directa, y
en todo caso una posible solución, sería colocar a una altura mayor a las
lámparas, esto es posible ya que estas áreas tienen alturas suficientes para
desarrollar esta modificación. La iluminación que proporciona de acuerdo a la
temperatura del color es correcta, debido a que es luz fría y por consiguiente es
la adecuada para un área de producción, debido a que esta no provoca sueño
a los trabajadores y por el contrario los mantiene más activos.
Mientras en el área residencial es posible que sea necesario emplear un
reflector que nos permita mejorar la curva de distribución, este tipo de lámparas
es recomendable colocarlas en lugares donde se requiera permanecer activos,
por lo tanto en las recamaras no sería muy conveniente. Esta puede ser
instalada en un estudio, o en un lugar de la casa que sea destinado para
desarrollar trabajo de oficina.
En el análisis del ahorro de energía, es evidente que la mejor es la
lámpara de LEDS, en primer lugar porque el consumo de energía es mucho
menor en comparación con las lámparas incandescentes y con las ahorradoras
también, el consumo es casi de la mitad de la lámpara ahorradora de menor
potencia que es de 10 W, contra la de LEDS de 5.5 W, por consiguiente el
costo de energía es menor.
En cuanto a calidad de la energía, con las gráficas de tensión y corriente
se pudo determinar las perturbaciones que inyecta cada una de las lámparas,
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esto hay que mencionar que las incandescentes por ser cargas lineales no
proporcionan perturbaciones, es decir armónicas, mientras que las ahorradoras
por tener dispositivos electrónicos en su construcción inyectan perturbaciones,
la comparación en estas, es que las ahorradoras proporcionan una mayor
perturbación en la onda de corriente, que la lámpara de leds, por lo tanto en
calidad de loa energía es más conveniente la lámpara incandescente, pero se
consideramos una segunda posición tendríamos a la lámpara de leds; ahora si
deseamos elegir entre ambas es mejor la de leds, ya que con esta se tiene un
menor consumo de energía el cual es un punto importante para los
consumidores de energía eléctrica.
Para todas las lámparas analizadas la onda de tensión no se ve
distorsionada y permanece limpia. Por lo tanto no es necesario desarrollar un
análisis.
En base a estas consideraciones podemos decir que si es conveniente y
factible instalar lámparas leds, ya que además de consumir menos energía,
tiene un mayor tiempo de vida y en cuanto a calidad de la energía es mucho
mejor que las lámparas ahorradoras. En tanto a la inversión, aunque es mucho
mayor a la de las otras lámparas, la podemos compensar con la vida útil de la
lámpara, porque si consideramos un análisis a 10 años aun ahí no se ve
redituada la inversión, pero si lo trasladamos a un periodo de tiempo mayor es
considerable el ahorro que se tendrá, y lo más importante la calidad de la
energía se verá afectada en menor proporción.
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ANEXOS
Calculo De Las Candelas y Lúmenes
( )
LUMENlm
CANDELAS Cd
5
(FT). ENLÁMPARA LAALUXOMETRODELLENTEDELDISTANCIAD
LUXε
:
)(
D x εCd
1
1
FT
=
=
°=
°=
=
=
−=
=
+
+
DECOSENOELESCos
ODECOSENOELESCos
DONDE
CosCosCdlm
X
X
XX
θ
θ
θθ
Calculo De Las Candelas De Un Lámpara De 75 W
( )( )
( )( ) 35.12091862.6718Cd
53.12761862.6719Cd
==
==
Calculo De Los Lúmenes De Un Lámpara De 75 W
( )
( ) ( ) ( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ] 87.20420-15235.1209Im
52.305-0253.1276Im
)(2 1
=°°=
=°°=
−=+
CosCos
CosCos
CosCosCdlmXX
π
π
θθπ
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Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara incandescente
de 75 W. Grados(º)
Lámpara
Incandescente 75 W.
Candelas (cd)
Lúmenes
0 19 1276.53951 5 19 1276.53951 30.52078314
10 19 1276.53951 91.33129578
15 19 1276.53951 151.4473709 20 18 1209.35322 204.8723635 25 19 1276.53951 260.7241584 30 20 1343.7258 331.5971952 35 19 1276.53951 385.8524088 40 19 1276.53951 425.9620864
45 18 1209.35322 460.2829261 50 18 1209.35322 488.7347074 55 18 1209.35322 525.9078067 60 17 1142.16693 543.5468281 65 17 1142.16693 555.32613 70 17 1142.16693 578.4081815 75 17 1142.16693 597088321.7
80 17 1142.16693 611.2237796 85 16 1074.98064 602.4965493 90 15 1007.79435 570.2804545 95 15 1007.79435 551.8843108
100 16 1074.98064 565.9816069 105 17 1142.16693 593.2466096
110 17 1142.16693 597.0883217 115 17 1142.16693 578.4081815 120 17 1142.16693 555.32613 125 17 1142.16693 528.0169187 130 18 1209.35322 511.2992565 135 18 1209.35322 488.7347074 140 18 1209.35322 447.842847
145 19 1276.53951 414.7525578 150 19 1276.53951 375.9587572 155 20 1343.7258 331.5971952 160 19 1276.53951 274.8173561 165 18 1209.35322 204.8723635 170 19 1276.53951 147.4619138
175 19 1276.53951 91.33129578 180 19 1276.53951 30.52078314
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Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de 10 W.
Grados(º)
Lámpara Ahorradora
10 W.
Candelas (cd)
Lúmenes
0 2 129.0714 5 2 129.0714 3.85746013
10 3 193.6071 11.543178
15 3 193.6071 22.9693527 20 4 258.1428 37.2305163 25 5 322.6785 60.9174092 30 5 322.6785 81.6705737 35 5 322.6785 95.0333357 40 6 387.2142 118.440273
45 6 387.2142 143.391614 50 7 451.7499 169.524861 55 7 451.7499 196.451124 60 7 451.7499 208.841268 65 7 451.7499 219.642608 70 7 451.7499 228.772022 75 7 451.7499 236160392
80 7 451.7499 241.751248 85 7 451.7499 245.52065 90 7 451.7499 247.385473 95 7 451.7499 247.385473
100 7 451.7499 245.52065 105 7 451.7499 241.751248
110 7 451.7499 236.160392 115 7 451.7499 228.772022 120 7 451.7499 219.642608 125 7 451.7499 208.841268 130 7 451.7499 196.451124 135 7 451.7499 182.565235 140 6 387.2142 155.340915
145 6 387.2142 129.20757 150 5 322.6785 104.536669 155 5 322.6785 81.6705737 160 5 322.6785 67.6860102 165 4 258.1428 47.8678066 170 3 193.6071 26.7975782
175 3 193.6071 13.8518136 180 2 129.0714 3.85746013
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Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de
13 W. Grados(º)
Lámpara
Ahorradora 13 W.
Candelas (cd)
Lúmenes
0 2 128 5 2 128 3.82544
10 3 192 11.44736
15 3 192 22.778688 20 4 256 36.921472 25 5 320 60.411744 30 6 384 89.091904 35 6 384 113.093376 40 7 448 138.81296
45 8 512 177.75168 50 8 512 206.914048 55 9 576 236.567648 60 9 576 266.281344 65 9 576 280.053504 70 9 576 291.693888 75 9 576 301114368
80 9 576 308.242944 85 9 576 313.049088 90 9 576 315.426816 95 9 576 315.426816
100 9 576 313.049088 105 9 576 308.242944
110 9 576 301.114368 115 9 576 291.693888 120 9 576 280.053504 125 9 576 266.281344 130 9 576 250.483392 135 8 512 219.846176 140 8 512 189.601792
145 7 448 160.1688 150 6 384 122.517824 155 6 384 97.191168 160 5 320 73.836576 165 4 256 47.470464 170 3 192 26.575136
175 3 192 13.736832 180 2 128 3.82544
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Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de
20 W. Grados(º)
Lámpara
Ahorradora 20 W.
Candelas (cd)
Lúmenes
0 8 520.428 5 8 520.428 13.2205951
10 9 585.4815 39.5617005
15 9 585.4815 69.4609397 20 10 650.535 101.865064 25 11 715.5885 143.281082 30 11 715.5885 181.116881 35 11 715.5885 210.750831 40 12 780.642 249.634837
45 11 715.5885 277.039047 50 11 715.5885 289.190065 55 11 715.5885 311.185824 60 10 650.535 315.775349 65 9 585.4815 300.478083 70 8 520.428 280.023474 75 8 520.428 272063105
80 8 520.428 278.503922 85 8 520.428 282.846373 90 8 520.428 284.9947 95 8 520.428 284.9947
100 8 520.428 282.846373 105 8 520.428 278.503922
110 8 520.428 272.063105 115 8 520.428 263.551505 120 9 585.4815 268.848811 125 10 650.535 285.701506 130 11 715.5885 297.041014 135 11 715.5885 289.190065 140 11 715.5885 264.993871
145 12 780.642 249.634837 150 11 715.5885 220.330415 155 11 715.5885 181.116881 160 11 715.5885 150.103991 165 10 650.535 112.587702 170 9 585.4815 73.3198808
175 9 585.4815 41.8888594 180 8 520.428 13.2205951
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Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara de LEDS de
5.5 W. Grados(º)
Lámpara
LEDS 5.5 W.
Candelas (cd)
Lúmenes
0 242 15871.1828 5 230 15084.182 266.565697
10 110 7214.174 797.679089
15 29 1901.9186 540.762055 20 13 852.5842 227.009594 25 10 655.834 158.205163 30 10 655.834 165.992897 35 8 524.6672 173.837065 40 7 459.0838 164.131476
45 6 393.5004 157.862785 50 5 327.917 145.772846 55 5 327.917 142.600282 60 6 393.5004 166.753468 65 4 262.3336 159.434557 70 2 131.1668 99.636859 75 1 65.5834 51427354.3
80 1 65.5834 35.096563 85 0 0 17.8218954 90 0 0 0 95 0 0 0
100 0 0 0 105 1 65.5834 17.5482815
110 1 65.5834 34.2849029 115 2 131.1668 49.8184295 120 4 262.3336 95.6607342 125 6 393.5004 151.594062 130 5 327.917 156.86031 135 5 327.917 132.520769 140 6 393.5004 133.576203
145 7 459.0838 142.247279 150 8 524.6672 144.864221 155 10 655.834 149.393607 160 10 655.834 137.569707 165 13 852.5842 124.314778 170 29 1901.9186 163.395729
175 110 7214.174 326.109981 180 230 15084.182 266.565697
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica
“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando
Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”
REFERENCIAS
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eléctricas en baja tensión”. Editorial Limusa. S.A. México. D.F. 1990.
• Charles Belove. “Enciclopedia electrónica de ingeniería y técnica”.
Editorial Océano.
• Jorge Chapa Correón. “Manual de instalaciones de alumbrado y
fonometría”. Editorial Limusa.
• Méndez Valdés, 14 y 65. “Manual de alumbrado de Philips”. Madrid
1967.
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mayer.com/ Catálogo de lámparas incandescentes.
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incandescentes.
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• http://www.gponecaxa.com.mx/ilumina.htm#ILUMINACION Iluminación.
• http://edison.upc.es/curs/llum/lamparas/ldesc2.html Tipos de lámparas de
descarga. Fichas técnicas de gran interés. Se recomienda su lectura.
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
No. de figuras
y/o tablas.
Descripción
Pagina
Figura 1.1 pirámide conceptual XII Capitulo 2
Figura 2.1 Armónicas de una onda senoidal. 36 Figura 2.2 Incremento de la impedancia del conductor
dependiendo al incremento de la frecuencia. 37
Figura 2.3 Inyección de intensidades armónicas a la fuente. 37 Figura 2.4 Inyección de armónicas por cargas no lineales,
(las cargas lineales no inyectan armónicas). 38
Figura 2.5 Corriente armónica de lámpara Lights of America. 39 Figura 2.6 Corriente armónica de lámpara Philips. 40 Figura 2.7 Ejemplo de un flicker de voltaje causado por la
operación de un horno de arco eléctrico. 47
Figura 2.8 Ejemplo de notches de voltaje causado por un convertidor trifásico.
48
Figura 2.9 Ubicación de las cargas perturbadoras lo más cercano a la fuente, para disminuir los daños.
49
Figura 2.10 Reagrupación de las cargas perturbadoras. 50
Figura 2.11 Fuente de alimentación separada, una para carga lineal y la otra para cargas no lineales.
51
Figura 2.12 Caso de régimen TNC, protección por el conductor PEN, en caso de fallas a tierra.
52
Figura 2.13
Caso de régimen TNS, el conductor del neutro y el conductor de protección PE están completamente separados.
52
Tabla 2.1 Datos de lámpara ahorradora Lights of America. 39
Tabla 2.2 Datos de lámpara ahorradora Philips 13W, 300 mA.
39
Tabla 2.3 Consideraciones para elección de una lámpara ahorradora.
47
Capitulo 3 Figura 3.1 Lámpara incandescente (19 lúmenes/watt). 55 Figura 3.2 Lámparas infrarrojas. 59
Figura 3.3 Diferentes tipos de bulbos. 61 Figura 3.4 Arreglo de filamentos en los soportes. 62 Figura 3.5 Bases para lámparas incandescentes. 62 Figura 3.6 Tipos de casquillos. 62 Figura 3.7 Energía espectral de las lámparas
incandescentes. 64
Figura 3.8 Partes de una lámpara fluorescente. 65 Figura 3.9 Funcionamiento de una lámpara fluorescente. 65
Figura 3.10 Tipos de lámparas compactas. 68 Figura 3.11 Lámparas fluorescentes vs incandescentes. 69 Figura 3.12 Tipos de lámparas compactas (sencilla, doble y
triple). 69
Figura 3.13 Tipos de deslumbramiento. 83
Figura 3.14 Ejemplos de luminarias. 84 Figura 3.15 Elección de los colores de techos, paredes y
suelos. 88
Figura 3.16 Sistema de alumbrado. 89 Figura 3.17 Alumbrado general, general localizado y
localizado. 90
Figura 3.18 Ejemplos de distribución de luminarias en alumbrado general.
91
Figura 3.19 Relación entre alumbrado general y el localizado 92 Figura 3.20 Uso de leds en la industria automotriz. 95
Figura 3.21 Partes componentes de un led. 96 Figura 3.22 Leds usados en la iluminación decorativa. 99
Figura 3.23 Wuhan Asia hotel y Beijing century city building. 100 Figura 3.24 Iluminación decorativa de LEDS. 102 Figura 3.25 Sistema RGB. 103
Tabla 3.1 Datos técnicos de las lámparas. 59 Tabla 3.2 Temperatura de color correlacionada. 83 Tabla 3.3 Ámbitos de uso de las lámparas más utilizadas. 86 Tabla 3.4 Niveles de temperatura de color. 88 Tabla 3.5 Apariencia de color de la luz. 88 Tabla 3.6 Índice de rendimiento en color. 89
Capitulo 4 Figura 4.1 Lámparas leds. 108 Figura 4.2 Lámparas ahorradoras tipo espiral. 109
Figura 4.3 Lámpara ahorradora. 109
Figura 4.4 Lámpara ahorradora. 109
Figura 4.5 Lámpara incandescente. 110
Figura 4.6 Lámpara incandescente. 110
Figura 4.7 Conexión de las lámparas para la medición de lux 111
Figura 4.8 Incremento de 5 grados (º) partiendo del origen. 112
Figura 4.9 Toma de lecturas de las mediciones. 112
Figura 4.10 Curva de distribución de la lámpara incandescente de 75 W.
114
Figura 4.11 Curva de distribución de la lámpara incandescente de 100 W.
115
Figura 4.12 Curva de distribución de la lámpara ahorradora de 10 W.
116
Figura 4.13 Curva de distribución de la lámpara ahorradora de 13 W.
117
Figura 4.14 Curva de distribución de la lámpara ahorradora tipo espiral de 20 W.
118
Figura 4.15 Curva de distribución de una lámpara de LEDS de 5.5 W.
119
Figura 4.16 Conexión para obtener las mediciones respecto ala variación de tension.
121
Figura 4.17 Verificación de las mediciones de tension y corriente.
122
Figura 4.18 Características de la variación de tension de una lámpara incandescente de 75 W.
123
Figura 4.19 Medición a 130 V. 124
Figura 4.20 Medición a 127 V. 124
Figura 4.21 Medición a 120 V. 125
Figura 4.22 Medición a 110 V. 125
Figura 4.23 Medición a 100 V. 126
Figura 4.24 Medición a 90 V. 126
Figura 4.25 Medición a 80 V. 127
Figura 4.26 Características de la variación de tension de una lámpara incandescente de 100 W.
128
Figura 4.27 Medición a 130 V. 129
Figura 4.28 Medición a 127 V. 129
Figura 4.29 Medición a 120 V. 130
Figura 4.30 Medición a 110 V. 130
Figura 4.31 Medición a 100 V. 131
Figura 4.32 Medición a 90 V. 131
Figura 4.33 Medición a 80 V. 132
Figura 4.34 Características de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 10 W.
133
Figura 4.35 Medición a 130 V. 134
Figura 4.36 Medición a 127 V. 134
Figura 4.37 Medición a 120 V. 135
Figura 4.38 Medición a 110 V. 135
Figura 4.39 Medición a 100 V. 136
Figura 4.40 Medición a 90 V. 136
Figura 4.41 Medición a 80 V. 137
Figura 4.42 Características de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 13 W.
138
Figura 4.43 Medición a 130 V. 139
Figura 4.44 Medición a 127 V. 139
Figura 4.45 Medición a 120 V. 140
Figura 4.46 Medición a 110 V. 140
Figura 4.47 Medición a 100 V. 141
Figura 4.48 Medición a 90 V. 141
Figura 4.49 Medición a 80 V. 142
Figura 4.50 Características de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 20 W.
143
Figura 4.51 Medición a 130 V. 144
Figura 4.52 Medición a 127 V. 144
Figura 4.53 Medición a 120 V. 145
Figura 4.54 Medición a 110 V. 145
Figura 4.55 Medición a 100 V. 146
Figura 4.56 Medición a 90 V. 146
Figura 4.57 Medición a 80 V. 147
Figura 4.58 Características de la variación de tension de una lámpara de LEDS de 5.5 W.
148
Figura 4.59 Medición a 130 V. 149
Figura 4.60 Medición a 127 V. 149
Figura 4.61 Medición a 120 V. 150
Figura 4.62 Medición a 110 V. 150
Figura 4.63 Medición a 100 V. 151
Figura 4.64 Medición a 90 V. 151
Figura 4.65 Medición a 80 V. 152
Figura 4.66 Efectos de la variación de tension. 153
Figura 4.67 Efectos de la variación de tension. 154
Figura 4.68 Efectos de la variación de tension. 155
Figura 4.69 Horas de vida útil de los diferentes tipos de lámparas.
156
Tabla 4.1 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 75 W.
114
Tabla 4.2 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 100 W.
115
Tabla 4.3 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora de 10W.
116
Tabla 4.4 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora de 13W
117
Tabla 4.5 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora tipo espiral de 20W.
118
Tabla 4.6 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de leds de 5.5W.
119
Tabla 4.7 Resultados de la mediciones con el scopemeter. 122
Tabla 4.8
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara incandescente de 75 W.
123
Tabla 4.9
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara incandescente de 100 W.
128
Tabla 4.10
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara ahorradora de 10 W.
133
Tabla 4.11
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara ahorradora de 13 W.
138
Tabla 4.12
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara ahorradora de 20 W.
143
Tabla 4.13
Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara de LEDS de 5.5 W.
148
Tabla 4.14 Efectos de variación de tensión. 153
Tabla 4.15 Efectos de variación de tensión. 154
Tabla 4.16 Efectos de variación de tensión. 155
Tabla 4.17 Vida útil de diferentes tipos de lámparas. 156
Tabla 4.18 Análisis comparativo del costo de la energía. 157
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