DISENO DE ILUMINACION INTELIGENTE PARA UNA TIENDA COMERCIAL

(1)

I

NSTITUTO

P

OLITÉCNICO

N

ACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

“DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE

PARA UNA TIENDA COMERCIAL”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

P R E S E N T A:

J UAN LUI S ACOSTA AYALA

J ORGE ARNULFO MORENO ORTI Z

MÉXICO, D. F. NOVIEMBRE DE 2009

A S E S O R E S:

M. C. RUBÉN ORTI Z YÁÑEZ

(2)

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LOPEZ MATEOS"

TEMA DE TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO ELECTRICISTA POR LA OPCION DE TITULACION

TESISffilECTIVA YEXAMENORALINDlVIDUAL DEBERA(N) DESARROLLAR

c-JUANLUISA(X)STAAYAIA

JORGEARNULFO MORENOORTIZ

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

APLICANDO DISEÑAR

DE CONTROL LUMINARIAS

CALIDAD ADECUADA ELECTRÓNICO,

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MÉXICO, D. F., A 12 DE MAYO DE 2010

ASESORES

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DISEÑO DE ILUMINACIÓN PARA UNA TIENDA COMERCIAL

DISEÑO DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE PARA UNA TIENDA

COMERCIAL

CONTENIDO

§ PLANTEAMIENTO.

§ JUSTIFICACIÓN.

§ OBJETIVO GENERAL Y ESPECÍFICOS

§ INTRODUCCIÓN.

§ NOMENCLATURA.

ÍNDICE

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

1.1 Concepto de edificio inteligente 1

1.2 Inteligencia artificial 2

1.2.1 Grados de inteligencia 3

1.3 Impacto de ahorro de energía en la iluminación 3

1.4 Impacto ambiental 5

1.5 Principios de la iluminación artificial 5

1.5.1 Órgano visual 5

1.5.2 Alumbrado 7

1.5.3 Fotometría 8

1.5.3.1 Flujo luminoso 9

1.5.3.2 Intensidad luminosa 10

1.5.3.3 Iluminancia 10

1.5.3.4 Ley inversa de los cuadrados 11

1.5.3.5 Luminancia 12

1.5.3.6 Rendimiento luminoso 12

(6)

CAPITULO II. LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA.

2.1 Antecedentes Historicos 16

2.2 Lámparas ahorradoras de energía 17

2.3 Tipos de lámparas ahorradoras de energía. 17

2.3.1 Lámparas de bajo voltaje. 17

2.3.2 Lámparas fluorescentes compactas. 19

2.3.3 Partes de una CFL. 21

2.3.4 Funcionamiento de una lámpara CFL. 23

2.3.5 Ventajas de las lámparas CFL. 25

2.3.6 Características de las lámparas CFL. 25

2.4 Campo de aplicación de las lámparas ahorradoras compactas. 27

2.5 Lámparas fluorescentes con balastro electrónico. 27

2.5.1 Tubo de descarga. 28

2.5.2 Balastro electromagnético. 29

2.5.3 Funcionamiento de las lámparas fluorescentes. 29

2.5.4 Ventajas de las lámparas fluorescentes. 31

2.5.5 Código de identificación de los tubos fluorescentes de acuerdo con su diámetro. 31

2.6 Lámparas de alta intensidad (HID). 32

2.6.1 Lámparas de luz mixta. 33

2.6.2 Lámparas de vapor de mercurio. 33

(7)

2.6.5 Lámparas de aditivos metálicos (MH). 34

2.6.6 Lámparas multi-vapor de MH. 35

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

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

2.7 Instrucciones de instalación y remplazo de la lámpara. 35

2.8 Instrucciones de operación. 36

2.9 Lámpara de LED 36

2.9.1 Historia de la lámpara de LED. 36

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

2.9.3 El SSL (LED de luz blanca) 37

2.9.4 Características Especiales de Iluminación Interior con Lámparas de LED 38

CAPITULO III. DISEÑO, CARACTERÍSTICAS Y MÉTODOS DE CÁLCULO DE LA ILUMINACIÓN. 3.1 Definición de iluminación 39

3.2 Métodos de calculo 40

3.2.1 Método de lumen 41

3.2.1.1 Nivel de iluminacion requerido. 41

3.2.1.2 Elección de la fuente luminosa. 42

3.2.1.3 Selección del sistema de alumbrado. 42

3.2.1.3.1 Iluminación directa. 42

3.2.1.3.2 Iluminación semi-directa. 43

3.2.1.3.3 Iluminación difusa. 43

3.2.1.3.4 Iluminación semi-indirecta. 43

3.2.1.3.5 Iluminación indirecta. 43

(8)

3.2.1.5 Propiedades esteticas. 44

3.2.1.5.1 Altura de montaje. 44

3.2.1.5.2 Índice del local. 45

3.2.1.5.3 Coeficiente de utilización. 46

3.2.1.5.4 Factor de mantenimiento. 47

3.2.1.5.5 Número de luminarios. 48

3.2.1.5.6 Distribución adecuada de luminarios. 48

3.2.2 Método punto por punto. 49

3.2.2.1 Componentes directas de un punto. 50

3.2.3 Tipos de alumbrado. 51

3.2.3.1 Alumbrado general. 51

3.2.3.2 Alumbrado suplementario. 52

3.2.4 Niveles de iluminación según la SMII. 57

CAPITULO IV. CÁLCULO Y CONTROL DE LA ILUMINACIÓN. 4.1 Dimensiones del local. 59

4.2 Niveles de iluminación. 60

4.3 Elección de la fuente luminosa. 61

4.4 Selección del sistema de iluminación. 61

4.5 Elección del luminario. 61

4.6 Altura de montaje. 63

4.7 Índice del local. 63

4.8 Coeficiente de utilización. 64

(9)

4.11 Distribución de luminarias. 64

4.12 Calculo de iluminación para áreas relocalizadas. 65

4.12 Alumbrado de emergencia. 69

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

5.2 Sensores de presencia. 71

5.2.1 Sensores de luz. 73

5.2.1 Atenuadores (dimmers). 73

5.2.3 Temporizadores (timmers). 73

5.3 Microcontroladores. 73

5.3.1 Control conmutado y temporizado para sistemas globales de control de iluminación de LEVITON. 74

5.4 Monitoreo del control de la iluminación 77

5.5 Beneficios del control de la iluminación. 77

5.6 Diseño del control para la iluminación. 78

5.7 Programación de los paneles Z-MAX. 78

CAPITULO VI Evaluación de costos. 6.1 Aplicaciones del cálculo de costos. 84

6.2 Concepto de costo. 84

6.3 Clasificación según su grado de variabilidad. 85

6.4 Clasificación según su asignación. 86

6.5 Parámetros para fijar los costos directos e indirectos en el diseño de la iluminación. 86

(10)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 87

BIBLIOGRAFÍA. 89

ANEXOS. 90

(11)

PLANTEAMIENTO

A favor del ahorro de energía y el buen aprovechamiento de la misma se plantea diseñar una iluminación en función de las necesidades requeridas por los dueños de una tienda comercial ya que en la actualidad es demandado un confort por el usuario, durante su actividad de adquisición de bienes, perecederos y comestibles; esto conlleva a buscar una solución para que la estancia en el establecimiento sea más placentera y cómoda; así mismo para que el edificio comercial tenga un alto número de usuarios quienes son potenciales clientes del negocio y se esta manera producirán ganancias.

Por ello se pretende efectuar el diseño de la iluminación con el concepto de iluminación inteligente, lo cual implica proyectar luminarios eficaces con lámparas ahorradoras de energía propia para este inmueble y la automatización del sistema de iluminación aplicando microcontroladores lógicos y sensores de presencia, foto celdas, etc.; de tal forma que se logre la administración de la energía eléctrica demandada por la iluminación y con esto obtener un ahorro de energía sustancial, lo cual repercutirá en un costo menor y se verá reflejado en la facturación o recibo de la energía consumida.

(12)

JUSTIFICACIÓN

En la actualidad se producen desperdicios sustanciales de energía eléctrica en los diferentes sectores industriales y comerciales lo cual se ve ampliamente reflejado en la factura total pagada por dicho servicio; por lo cual se propone el diseño de la iluminación inteligente aplicando el concepto de edificio inteligente para pretender un sustancial ahorro de energía eléctrica y al mismo tiempo un ahorro de recursos económicos, todo esto por medio de la utilización y aplicación de tecnología de vanguardia en lo que se refiere a lámparas ahorradoras de energía, luminarias eficaces y dispositivos de control eléctrico así como la correcta utilización de la luz natural para obtener la administración de energía en el sistema de iluminación y crear en el inmueble un ambiente agradable para los clientes de un centro comercial.

Con el ahorro de energía eléctrica logrado en un sistema de iluminación de esta envergadura, esto implica menos demanda de energía eléctrica y en consecuencia se abate la necesidad de la generación de ella y si consideramos que un alto porcentaje se genera a través de plantas termoeléctricas, las cuales consumen energético fósil para su producción, y este proceso produce una emisión importante de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera lo cual contribuye a la contaminación.

Este ángulo ecológico que aparentemente no se nota pero se manifiesta en el medio ambiente (calentamiento global), nos permite desde este enfoque también justificar el presente proyecto, además del económico, manifestado en la facturación por el ahorro de energía en un sistema de iluminación inteligente.

(13)

OBJETIVO GENERAL

Diseñar la iluminación inteligente de una tienda comercial aplicando luminarias eficaces, lámparas ahorradoras de energía y dispositivos de control electrónico, para proporcionar luz artificial en la cantidad y calidad adecuada en donde y cuando se necesite.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Crear condiciones de confortabilidad para clientes y trabajadores en una tienda comercial en lo que se refiere al sistema de iluminación con criterio de ahorro de energía.

Mostrar a plenitud productos y servicios que ofrece la tienda comercial realizando una correcta administración.

(14)

INTRODUCCIÓN

AHORRO DE ENERGÍA

El ahorro de energía y el aprovechamiento de las energías renovables son acciones que permiten cuidar bienes públicos como los energéticos no renovables y el medio ambiente. Igualmente, permiten fortalecer la competitividad de la economía, cuidar la economía familiar y hacer un uso más eficiente de la infraestructura energética del país.

En México, la facturación energética anual supera los 400 mil millones de pesos anuales de acuerdo a la CONAE. Según la experiencia nacional e internacional, se pueden lograr ahorros de más del 20% de la energía que actualmente se consume con acciones cuyo costo es casi nulo o con inversiones con altas tasas de retorno. Esto significa que, en México, se pueden ahorrar, sin modificar los servicios que se tienen gracias a la energía, más de 80 mil millones de pesos anuales en la facturación energética. 1

En los comercios y empresas, el uso eficiente de la energía permite reducir costos de operación y producción, para así elevar significativamente los márgenes de utilidad y afrontar los retos de competitividad ante la globalización de las economías.

La reducción del consumo de energía en las grandes superficies comerciales implica mejorar la eficacia en energética de los procesos existentes en el sector, tanto por lo que se refiere a las instalaciones como por lo que respecta a las condiciones de uso y funcionamiento. En el presente proyecto, se lleva a cabo un repaso de las tecnologías disponibles en el mercado para aumentar la eficiencia energética de las instalaciones y mejorar el impacto sobre el medio ambiente a la ve que se incrementa el confort de los usuarios.

En los grandes almacenes, los departamentos (confección, deportes, hogar, complementos, etc.) se distribuyen por plantas en un edificio de diseño vertical. Prácticamente no existen acristalamientos en el cierre del edificio, lo cual conlleva tener que utilizar alumbrado artificial. Asimismo, la disposición en altura obliga a utilizar energía para desplazar personas y mercancías de forma vertical.

(15)

NOMENCLATURA

Nombre Símbolo Descripción

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

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

Dióxido De

Carbono CO2

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

Bióxido De

Azufre SO2

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

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

Intensidad

Luminosa I Es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Candela Cd Es la intensidad luminosa emitida por una fuente. Iluminancia E Es el flujo luminoso que incide sobre una

superficie por unidad de área.

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

Luminancia L Es la densidad angular y superficial de flujo luminoso que incide, atraviesa o emerge de una superficie siguiendo una dirección determinada. Reflectancia Ρ Cantidad de energía que es reflejada por un objeto

luego de que este incide sobre él.

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

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

Lumen Lm Es la unidad del flujo Luminoso. Flujo

Luminoso F ó

ø

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

Radiante FR ó

ø

R Es la medida de la potencia luminosa total emitida.

Rendimiento

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

CAPITULO 1

GENERALIDADES DE ILUMINACIÓN INTELIGENTE Y PRINCIPIOS DE

LA ILUMINACIÓN ARTIFICIAL.

1.1 Concepto De Edificio Inteligente

Es muy difícil dar con exactitud una definición sobre un edificio inteligente, por lo que se citarán diferentes conceptos, de acuerdo a la compañía, institución o profesional de que se trate.

Intelligent Building Institute (IBI), Washington, D.C., E.U.

Un edificio inteligente es aquel que proporciona un ambiente de trabajo productivo y eficiente a través de la optimización de sus cuatro elementos básicos: estructura, sistemas, servicios y administración, con las interrelaciones entre ellos. Los edificios inteligentes ayudan a los propietarios, operadores y ocupantes, a realizar sus propósitos en términos de costo, confort, comodidad, seguridad, flexibilidad y comercialización.

Compañía HoneywelI, S.A. de C. V., México, D.F.

Se considera como edificio inteligente aquél que posee un diseño adecuado que maximiza la funcionalidad y eficiencia en favor de los ocupantes, permitiendo la incorporación y/o modificación de los elementos necesarios para el desarrollo de la actividad cotidiana, con la finalidad de lograr un costo mínimo de ocupación, extender su ciclo de vida y garantizar una mayor productividad estimulada por un ambiente de máximo confort.

Compañía AT&T, S.A. de C.V., México, D.F.

Un edificio es inteligente cuando las capacidades necesarias para lograr que el costo de un ciclo de vida sea el óptimo en ocupación e incremento de la productividad, sean inherentes en el diseño y administración del edificio.

Como un concepto personal, considero un edificio inteligente aquél cuya regularización, supervisión y control del conjunto de las instalaciones eléctrica, de seguridad, informática y transporte, entre otras, se realizan en forma integrada y automatizada, con la finalidad de lograr una mayor eficacia operativa y, al mismo tiempo, un mayor confort y seguridad para el usuario, al satisfacer sus requerimientos presentes y futuros. Esto sería posible mediante un diseño arquitectónico totalmente funcional, modular y flexible, que garantice una mayor estimulación en el trabajo y, por consiguiente, una mayor producción laboral.

Objetivos

Los objetivos o finalidad de un edificio inteligente, son los siguientes:

a) Satisfacer las necesidades presentes y futuras de los ocupantes, propietarios y operadores del edificio.

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e) La modularidad de la estructura e instalaciones del edificio.

f) Mayor confort para el usuario.

g) La no interrupción del trabajo de terceros en los cambios o modificaciones.

h) El incremento de la seguridad.

i) El incremento de la estimulación en el trabajo.

j) La humanización de la oficina.

Tecnológicos

a) La disponibilidad de medios técnicos avanzados de telecomunicaciones.

b) La automatización de las instalaciones.

c) La integración de servicios

Ambientales

a) La creación de un edificio saludable.

b) El ahorro energético.

c) El cuidado del medio ambiente.

Económicos

a) La reducción de los altos costos de operación y mantenimiento.

b) Beneficios económicos para la cartera del cliente.

c) Incremento de la vida útil del edificio.

d) La posibilidad de cobrar precios más altos por la renta o venta de espacios.

e) La relación costo-beneficio.

f) El incremento del prestigio de la compañía.

1.2 Inteligencia Artificial

La Inteligencia Artificial es una de las ramas de la informática que ha sido capaz de cumplir con muchas de las esperanzas y las predicciones iníciales. La posibilidad de construir una maquina que pueda rivalizar o superar la capacidad de razonamiento del cerebro humano ha atraído durante muchos años la imaginación del hombre.

No existe una definición para la IA que tenga aun aceptación general lo cual no es de extrañar ya que tampoco ha existido nunca una definición universalmente aceptada de la inteligencia humana. La mayor parte de la controversia actual acerca de lo que constituye y de lo que no constituye una evidencia de (inteligencia artificial) en una maquina podría compararse con la preocupación de los filósofos medievales acerca del numero exacto de ángeles que ocuparían la cabeza de un alfiler.

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capacidad de abstracción, generalización, inventiva y por supuesto la capacidad de recordar.

Una definición que se le puede dar ya que el tema es muy extenso es que es la disciplina que se encarga de construir procesos que al ser ejecutados sobre una arquitectura física producen acciones o resultados que maximizan una medida de rendimiento determinada, basándose en la secuencia de entradas percibidas y en el conocimiento almacenado en tal arquitectura. 2

¿Puede ser un edificio inteligente?

Claro que se puede desarrollando un software "inteligente" para la operación del edificio. Diseñado para generar rutas de salida en caso de incendio, tomando en consideración las características estructurales del edificio y las necesidades de los usuarios de un edificio que requiera una mayor satisfacción.

1.2.1 Grados de inteligencia.

A continuación analizaremos los grados de inteligencia de un edificio y del punto de vista tecnológico.

Grado 1. Inteligencia mínima

Un sistema básico de automatización del edificio, el cual no esta integrado. Existe una automatización de la actividad y servicios de comunicaciones aun que no están integrados.

Grado 2. Inteligencia media.

Tiene un sistema de automatización totalmente integrado, sistemas de automatización de la actividad; sin una completa integración de las comunicaciones.

Grado 3. Inteligencia máxima.

Sus sistemas de automatización del edificio y de la actividad y comunicaciones se encuentran totalmente integrados.

Para el desarrollo de este proyecto se deben involucrar como mínimos los siguientes sistemas.

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

Con lo cual se integrara el edificio con un nivel de inteligencia aceptable.

1.3 Impacto De Ahorro De Energía en la iluminación.

(19)

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

Otro es optar por luminarios convencionales considerando únicamente la inversión inicial., en lugar de invertir en equipos de iluminación ahorradores de energía eléctrica.

Lo anterior resulta totalmente contraproducente, pues estos supuestos beneficios se contrarrestan por una baja productividad de los empleados y por un incremento en los costos de operación y mantenimiento.

Al diseñar un sistema de iluminación para un edificio bajo el concepto de ahorro de energía se debe de considerar:

Teniendo en cuenta que el costo inicial, incluye el costo del equipo, colocación e instalación contra el costo de operación producido por el consumo de energía eléctrica y el costo de mantenimiento donde incide principalmente la vida de la fuente luminosa.

Actualmente es posible ahorrar hasta un 70% en el consumo de energía con la aplicación de lámparas ahorradoras de energía eléctrica y la automatización de la iluminación; en comparación con equipos tradicionales, sin que ello signifique sacrificar los niveles de iluminación establecidos para desarrollar cada tarea deseada o especificada. A continuación este concepto se ilustra con la grafica productividad y niveles de iluminación.3

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

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1.4 Impacto Ambiental

Además, con sistemas de iluminación eficientes se obtiene un beneficio en el medio ambiente; que se manifiesta al disminuir el consumo de energía; pues consecuentemente se disminuye la generación de energía eléctrica del país; de tal forma, si todas las empresas y negocios aplicaran productos más eficientes; se lograría ahorrar energía aproximadamente hasta un 50%, esto significa retardar la instalación de nuevas plantas generadoras del tipo: Carbo Eléctricas, Termoeléctricas Y Turbo Jet. 4

Las cuales para su operación utilizan combustibles pesados y contaminantes por el tipo de emisión que producen. Por lo anterior se podría obtener una reducción estimada en los niveles de "Bióxido de azufre (SO2) de 7 a 5 % y en el bióxido de carbono (CO2),

que son la principal causa de la lluvia ácida; todo esto según "La Agencia De Protección Ambiental (EPA)", por lo cual gradualmente se esta cambiando el clima global; esto es conocido como: “Efecto Invernadero”.

1.5 Principios De Iluminación Artificial

Características de la luz artificial. La luz artificial es indispensable cuando la natural

desaparece. Si en una habitación bien decorada no se han tomado en cuenta los cambios de luz, todo su encanto desaparece cuando la iluminación se torna deficiente. Si se conocen y manejan óptimamente los efectos que produce cada tipo de luz artificial, ésta no representará ningún problema. Luz combustible. Se obtiene del fuego, como las velas, lámparas de petróleo o kerosene, una chimenea, etc. Esta luz es irregular y parpadea mucho, por esto sólo debe utilizarse decorativamente. Iluminación incandescente

1.5.1 Órgano Visual

Agudeza Visual o poder separador del ojo

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

(21)

Campo visual

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

Campo de visión neta: visión precisa.

Campo medio: se aprecian fuertes contrastes y movimientos.

Campo periférico: se distinguen los objetos si se mueven.

Análisis ergonómico y características de una iluminación funcional

Una iluminación correcta es aquella que permite distinguir las formas, los colores, los objetos en movimiento y apreciar los relieves, y que todo ello, además, se haga fácilmente y sin fatiga, es decir, que asegure el confort visual permanentemente.

El análisis ergonómico de la iluminación de un puesto o zona de trabajo, pasa por tener en cuenta los siguientes condicionantes:

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

Condicionantes del observador

Dentro de este factor analizaremos:

Capacidad visual. Edad.

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

La agudeza visual.

La sensibilidad al contraste. La rapidez de percepción.

Condicionantes del entorno

Dentro de los condicionantes del entorno se analizará:

(22)

Condicionantes de la tarea

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

Dimensiones de los objetos a observar o manipular. Contraste.

Dificultad de la tarea (duración, velocidad de respuesta, etc.).

Condicionantes de la estructura

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

Posición de los puntos de luz.

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

Condiciones para el confort visual

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

Nivel de iluminación. Deslumbramientos.

Equilibrio de las luminancias.

No debemos, no obstante, olvidarnos de otro factor fundamental para conseguir un adecuado confort visual en los puestos de trabajo, que es el tipo de iluminación: natural o artificial. La iluminación de los locales de trabajo debe realizarse, siempre que no existan problemas de tipo técnico, con un aporte suficiente de luz natural, aunque ésta, por sí sola, no garantiza una iluminación correcta, ya que varía en función del tiempo. Es preciso pues compensar su insuficiencia o ausencia con la luz artificial.

1.5.2. Alumbrado

A fin de prefijar la iluminación apropiada para una zona industrial, es necesario en primer lugar analizar la tarea visual a desarrollar y determinar la cantidad y tipo de iluminación que proporcione el máximo rendimiento visual y cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad. El segundo paso consiste en seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luz requerida de la manera más satisfactoria.

Análisis de la Tarea Visual.

(23)

al brillante y del suave al áspero), la naturaleza del material con respecto a la transmisión de luz ( desde lo opaco al traslúcido y hasta el transparente) el grado del efecto tridimensional (desde una superficie lisa hasta una de relieve complicado) y las características de reflexión de los alrededores más inmediatos.

Distintas combinaciones de estos factores pueden dar lugar a una infinita variedad de problemas de alumbrado industrial. La selección del mejor tipo de alumbrado para una situación determina lleva consigo la consideración de la cantidad de luz, el grado de difusión, la dirección y la calidad espectral. La cantidad adecuada de luz para realizar cómodamente una tarea visual concreta es siempre un requisito fundamental. Algunas tipos de trabajos se llevan a cabo mejor con luz muy difusa, al objeto de eliminar las sombras. Otras admiten una fuerte componente direccional, lo que incluso es preferible en algunos casos en los que deben apreciarse irregularidades de contorno y superficie. En algunas aplicaciones, las imágenes reflejadas de una fuente de bajo brillo en una zona extensa pueden mejorar la visibilidad, en cambio en otras reflexiones especialmente si la fuente es de alto brillo pueden ser en extremo molestas. Algunos procesos de inspección se llevan mejor acabo con luz transmitida que con luz reflejada. El color de la luz puede servir a veces para aumentar el contraste y la visibilidad. Son los casos en que el trabajo se encuentre en un sitio distinto del banco de trabajo normal. El alumbrado deben proyectarse teniendo presente este punto.

Selección del Equipo

En la práctica, la selección de la fuente y del equipo depende tanto de razones económicas como de la naturaleza de la tarea visual y del contorno. La extensión y forma de la zona a iluminar, la reflectancia de las paredes techos y suelos, las horas de funcionamientos anuales, la potencia nominal y otros factores menos importantes deben tenerse en cuenta al seleccionar el equipo Idóneo que habrá de ser económico tanto por su funcionamiento como por su instalación. El grado requerido de fidelidad de color es también importante en la elección de la fuente de la luz.

Calidad del alumbrado. La iluminación de interiores puede involucrar las consideraciones referentes a calidad tales como las relaciones de brillo, deslumbramiento directo, reflectancias y acabos apropiados de paredes, suelos, elementos estructurales y máquinas. La importancia de estos factores de calidad varía de acuerdo con la severidad y duración de la tarea visual, pero nunca deben olvidarse.

Ambiente agradable. La gente realiza sus trabajos mejor en un ambiente en el que están a gusto. Por ello, el proyecto de un buen alumbrado influye consideraciones que conciernen a todo el contorno. A menudo se puede hacer mucho en este sentido coordinando las combinaciones de colores modelos de luz y el entramado de los interiores con la selección de la fuente de luz y las luminarias.

1.5.3 Fotometría

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Pero esta sensibilidad no es igual en todo el intervalo y tiene su máximo para 555 nm (amarillo-verdoso) descendiendo hacia los extremos (violeta y rojo). Con la fotometría pretendemos definir unas herramientas de trabajo, magnitudes y gráficos, para la luz con las que poder realizar los cálculos de iluminación. Para trabajar con la luz visible se definen unas magnitudes y unidades para poder evaluar los fenómenos luminosos

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una forma de energía. Si la energía se mide en joule (J) en el Sistema Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es más simple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, por ejemplo, una bombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminancia, la luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz.

1.5.3.1 Flujo luminoso

Para hacernos una primera idea consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60 W. Está claro que la de 60 W dará una luz más intensa. Pues bien, esta es la idea: ¿cuál luce más? o dicho de otra forma ¿cuánto luce cada bombilla?

Figura 1.1 Lámparas incandescentes de distintas potencias eléctricas.

Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos sólo a la potencia consumida por la bombilla de la cual solo una parte se convierte en luz visible, es el llamado flujo luminoso. Podríamos medirlo en watts (W), pero parece más sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que tome como referencia la radiación visible.

Empíricamente se demuestra que a una radiación de 555 nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro le corresponden 683 lumen.5

(25)

NOMBRE SÍMBOLO UNIDAD

Flujo luminoso Lumen(lm)

1.5.3.2 Intensidad luminosa

El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz, por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por contra, si pensamos en un proyector es fácil ver que sólo ilumina en una dirección. Parece claro que necesitamos conocer cómo se distribuye el flujo en cada dirección del espacio y para eso definimos la intensidad luminosa.

[image:25.612.216.401.269.404.2]

Flujo Luminoso Intensidad _Luminosa

Figura 1.2 Diferencia entre flujo e intensidad luminosa.

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

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD IMAGEN

Intensidad luminosa

I

Candela (cd)

1.5.3.3 Iluminancia

(26)

Figura 1.3 Iluminación a distintas distancias.

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad el lux (lx) que es un lm/m2_.

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD

Iluminancia

E

Lux (lx)

En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que ocurre cuando oímos alejarse a un coche; al principio se oye alto y claro, pero después va disminuyendo hasta perderse.

Lo que ocurre con la iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados que relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley solo es válida si la dirección del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie.

1.5.3.4 Ley inversa de los cuadrados:

Figura 1.4 Ley de los cuadrados inversos.

A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la ley del

(27)

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

1.5.3.4 Luminancia

Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una superficie (iluminancia). Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de cuentas es la que vemos. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso que veamos un foco luminoso como en el que veamos luz reflejada procedente de un cuerpo la definición es la misma.

Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su símbolo es L y su unidad es la cd/m2. También es posible encontrar otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/cm2) o el nit (1 nt = 1 cd/m2).

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD IMAGEN

luminancia

L

Candela/metro cuadrado (cd/m2)

1.5.3.5 Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa.

(28)

[image:28.612.220.412.89.211.2]

Figura 1.5 Rendimiento luminoso.

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

NOMBRE SIMBOLO UNIDAD

Rendimiento luminoso

Ƞ

1.5.3.6 Gráficos y diagramas.

(29)

Figura 1.6 Influencia de la luminaria en la forma del haz de luz.

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

A continuación veremos los gráficos más habituales en luminotecnia:

Diagrama polar o curva de distribución luminosa. En estos gráficos la intensidad

luminosa se representa mediante un sistema de tres coordenadas (I,C, ). La primera de ellas I representa el valor numérico de la intensidad luminosa en candelas e indica la longitud del vector mientras las otras señalan la dirección.

Diagramas isocandela. A pesar de que las curvas de distribución luminosa son

herramientas muy útiles y prácticas, presentan el gran inconveniente de que sólo nos dan información de lo que ocurre en unos pocos planos meridionales (para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta qué pasa en el resto. Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representación plana con información sobre la intensidad en cualquier dirección se definen las curvas isocandela.

En los diagramas isocandelas se representan en un plano, mediante curvas de nivel, los puntos de igual valor de la intensidad luminosa. Cada punto indica una dirección del espacio definida por dos coordenadas angulares.

Curvas isolux. Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e

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

(30)

[image:30.612.72.554.86.448.2]

(31)

CAPITULO 2 LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

CAPITULO 2

LÁMPARAS AHORRADORAS DE ENERGÍA

2.1 Antecedentes Históricos

Desde que Thomas Alva Edison patentó la bombilla incandescente, en 1879, se han venido desarrollando hasta la fecha otros tipos de lámparas menos consumidoras de energía eléctrica y de características mucho más eficientes.

Desde los albores de la humanidad el método más común de obtener luz ha sido generando previamente calor, como ocurre cuando hacemos una antorcha con la rama de un árbol o encendemos una vela, o una lámpara de queroseno.

Por otra parte, si calentamos un trozo de metal con una llama intensa, veremos como a medida que se calienta pasa del color naranja al amarillo intenso. Pero si además logramos impartirle una temperatura tan alta como para que alcance el estado de incandescencia, obtendremos entonces luz blanca. Esa es la manera de lograr que una lámpara incandescente emita luz.

En el caso específico de una lámpara o bombilla incandescente, la corriente eléctrica que fluye por el delgado filamento metálico de tungsteno provoca que se caliente a una temperatura tan alta, que al llegar al blanco incandescente emite luz visible.

Debido a ese fenómeno físico, el 90% del total de la energía eléctrica que consume una lámpara incandescente para emitir luz se pierde por disipación de calor al medio ambiente, sin que esa pérdida reporte ningún beneficio útil.

En la práctica, durante todo el tiempo que permanece encendida una lámpara incandescente disipa más radiaciones infrarrojas (no visibles, pero que se perciben en forma de calor), que ondas electromagnéticas de luz visible para el ojo humano.

No obstante, millones de hogares en todo el mundo se alumbran todavía con lámparas incandescentes, a pesar de que desde finales de los años 30 del siglo pasado existen otros tipos de lámparas con similares o mejores prestaciones y menor consumo energético.

(32)

CAPITULO 2 LAMPARAS AHORRADORAS DE ENERGIA

2.2 Lámparas Ahorradoras De Energía

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

2.3 Tipos de lámparas ahorradoras de energía

Lámpara de bajo voltaje.

Lámparas fluorescentes compactas.

Lámparas fluorescentes con balastro electrónico.

Lámparas de energía de alta intensidad con halógenos metálicos.

2.3.1 Lámparas Halógenas De Bajo Voltaje.

Es una lámpara reflectora de vidrio prensado y bulbo con halógeno encapsulado de alta eficiencia y gran flujo luminoso que ahorra energía y a la vez suministra un haz de luz de alta calidad y de gran precisión.

Existen 3 tipos de lámparas

par – 38 par 16 par – 20/30

Figura 2.1 Lámparas de halógeno de bajo voltaje.

v Características de la par-38

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

(33)

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

Luz más blanca y brillante que realza los objetos iluminados.

Mayor eficiencia.

El flujo luminoso y la temperatura de color se mantienen constantes durante toda su vida, ya que no se ennegrece el bulbo.

Son de construcción robusta, resistente a la intemperie.

v Características generales de la par 16.

La lámpara par 16 es un reflector halógeno de 51mm de diámetro, con casquillo rosca y opera a 120v. de esta manera se elimina la dificultad de tener que usar

soquets especiales y transformadores, como los que requieren otras lámparas

halógenas compactas, tal como la dicronica simplificando notablemente su instalación.

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

Las lámpara par 16 de 40w y 60w, son mas eficientes en comparación con otras de su tipo en el mercado, incluyendo el tipo JDR. El ahorro de energía que se obtiene con las Masterline al sustituir a las par 16 convencionales de 55w y 75w es de 27% a 20% suministrado a la misma cantidad de luz.3

2

(34)

v Características generales de la par 20/30

Diseñadas con un reflector especial, que junto con el lente, forma un sistema de de reflexión que controla y define con precisión el has de luz el bulbo halógeno esta encapsulado y posesionado óptimamente en el punto focal del reflector.

Opera a 130v y tiene un base roscada, por lo que es un remplazo directo e lámparas reflectoras R20 Y R30 convencionales.

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

La lámparas por par 20/30 son de alta eficiencia y proporcionan con el mismo o menor consumo de energía una mayor cantidad que las reflectoras convencionales.

2.3.2 Lámparas Fluorescentes Compactas CFL

Las lámparas ahorradoras de energía denominadas CFL (Compact Fluorescent Lamp – Lámpara Fluorescente Compacta) son una variante mejorada de las lámparas de tubos rectos fluorescentes, que fueron presentadas por primera vez al público en la Feria Mundial de New York efectuada en el año 1939.

(35)

Generalmente las lámparas o tubos rectos fluorescentes son voluminosos y pesados, por lo que en 1976 el ingeniero Edward Hammer, de la empresa norteamericana GE, creó una lámpara fluorescente compuesta por un tubo de vidrio alargado y de reducido diámetro, que dobló en forma de espiral para reducir sus dimensiones. Así construyó una lámpara fluorescente del tamaño aproximado de una bombilla común, cuyas propiedades de iluminación eran muy similares a la de una lámpara incandescente, pero con un consumo mucho menor y prácticamente sin disipación de calor al medio ambiente.

Aunque esta lámpara fluorescente de bajo consumo prometía buenas perspectivas de explotación, el proyecto de producirla masivamente quedó engavetado, pues la tecnología existente en aquel momento no permitía la producción en serie de una espiral de vidrio tan frágil como la que requería en aquel momento ese tipo de lámpara.

Sin embargo, con el avance de las tecnologías de producción, hoy en día, además de las lámparas CFL con tubos rectos, las podemos encontrar también con el tubo en forma de espiral, tal como fueron concebidas en sus orígenes y que podemos ver en la foto de la derecha.

No obstante, en la década de los años 80 del siglo pasado otros fabricantes apostaron por la nueva lámpara y se arriesgaron a lanzarla al mercado, pero a un precio de venta elevado, equivalente a lo que hoy serían 30 dólares (unos 27 euros aproximadamente) por unidad. Sin embargo, los grandes pedidos que hizo en aquellos momentos el gobierno norteamericano a los fabricantes y su posterior subvención por el ahorro que representaban estas lámparas para el consumo de energía eléctrica, permitieron ir disminuyendo poco a poco su precio, hasta acercarlo al costo de producción.4

Hoy en día una lámpara CFL estándar, entre 9 y 14 watt, se puede adquirir normalmente en diferentes establecimientos comerciales, a un precio que oscila alrededor de los 2 euros o menos (equivalente a algo más de 2 dólares), aunque se fabrican también con diferentes estructuras y potencias, que se comercializan a un precio más alto.

(36)

[image:36.612.159.416.102.403.2]

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

2.3.3 Partes De Una Lámpara CFL

Las lámparas fluorescentes CFL constan de las siguientes partes:

Tubo Fluorescente:

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

Tubo fluorescente compacto

Plato montaje

Balastro electrónico.

Polvo fluorescente tricromatico.

Clips de fijación

Cuerpo de policarbonato.

(37)

[image:37.612.245.368.84.273.2]

Figura 2.4 Filamentos colocados dentro de los tubos de una lámpara CFL.

Base:

La base de la lámpara ahorradora CFL se compone de un receptáculo de material plástico, en cuyo interior hueco se aloja el balasto electrónico. Unido a la base se encuentra un casquillo con rosca normal E-27 (conocida también como rosca Edison), la misma que utilizan la mayoría de las bombillas o lámparas incandescentes. Se pueden encontrar también lámparas CFL con rosca E-14 de menor diámetro (conocida como rosca candelabro). No obstante, existen variantes con otros tipos de conectores, de presión o bayoneta, en lugar de casquillos con rosca, que funcionan con un balasto electrónico externo, que no forma parte del cuerpo la lámpara.

Balasto Electrónico:

Las lámparas CFL son de encendido rápido, por tanto no requieren cebador (encendedor, starter) para encender el filamento, sino que emplean un balasto electrónico en miniatura, encerrado en la base que separa la rosca del tubo de la lámpara. Ese balasto suministra la tensión o voltaje necesario para encender el tubo de la lámpara y regular, posteriormente, la intensidad de corriente que circula por dentro del propio tubo después de encendido.

El balasto electrónico se compone, fundamentalmente, de un circuito rectificador diodo de onda completa y un oscilador, encargado de elevar la frecuencia de la corriente de trabajo de la lámpara entre 20 000 y 60 000 hertz aproximadamente, en lugar de los 50 ó 60 hertz con los que operan los balastos electromagnéticos e híbridos que emplean los tubos rectos y circulares de las lámparas fluorescentes comunes antiguas.5

(38)

[image:38.612.230.382.84.306.2]

Figura 2.5 Elementos que componen el balasto electrónico.

2.3.4 Funcionamiento de una lámpara CFL

El funcionamiento de una lámpara fluorescente ahorradora de energía CFL es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y manuable.

Cuando enroscamos la lámpara CFL en un portalámpara (igual al que utilizan la mayoría de las lámparas incandescentes) y accionamos el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador de diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara.

A continuación un circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado en función de amplificador de corriente, un enrollado o transformador (reactancia inductiva) y un capacitor o condensador (reactancia capacitiva), se encarga de originar una corriente alterna con una frecuencia, que llega a alcanzar entre 20 mil y 60 mil ciclos o hertz por segundo.

(39)

[image:39.612.237.375.85.343.2]

Figura 2.6 Partes de una CFL.

Desde el mismo momento en que los filamentos de una lámpara CFL se encienden, el calor que producen ioniza el gas inerte que contiene el tubo en su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos. A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos. En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, cuya misión será la de mantener el arco eléctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno.

(40)

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

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

Recuperación de la inversión en 6 meses (manteniendo las lámparas encendidas un promedio de 6 horas diarias) por concepto de ahorro en el consumo de energía eléctrica y por incremento de horas de uso sin que sea necesario reemplazarlas. 7

Tiempo de vida útil aproximado entre 8000 y 10000 horas, en comparación con las 1000 horas que ofrecen las lámparas incandescentes.

No requieren inversión en mantenimiento.

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

Ocupan prácticamente el mismo espacio que una lámpara incandescente.

Tienen un flujo luminoso mucho mayor en lúmenes por watt (lm-W) comparadas con una lámpara incandescente de igual potencia.

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

2.3.6 Características de las lámparas ahorradoras CFL

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

Al igual que las lámparas incandescentes, sólo hay que enroscarlas en el portalámparas, pues no requieren de ningún otro dispositivo adicional para funcionar.

(41)

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

Encendido inmediato tan pronto se acciona el interruptor, pero con una luz débil por breves instantes antes que alcancen su máxima intensidad de iluminación.

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

Tonalidades de blanco

Tonalidades Temperatura del color en grados Kelvin (ºK)

Blanco extra cálido 2 700 (Igual que una incandescente) Blanco cálido 3 500

[image:41.612.85.526.387.601.2]

Blanco 3 500

Tabla 2.1.Tonalidades de blanco. 9

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

Parámetro Fluorescente CFL Incandescente común

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

Eficiencia 600 lm - 11W = _{54,35 lm – W} 720 lm-60W = 12 lm-W Vida útil 8 000 a 10 000 horas 1 000 horas Lámparas necesarias

para cubrir 8 000 horas

de trabajo. 1 8

Consumo de energía para 8 000 horas de

trabajo.

11 x 8 000 / 1 000 =

88 kW-h 60 x 8 000 / 1 000 = 480 kW-h Relación del consumo

eléctrico en %. 18,3 % 100 %

Tabla 2.2 Comparación de Lámparas ahorradoras vs. Convencionales.10

9

(42)

2.4 Campo de aplicación

Lámparas Fluorescentes Compactas

Baños. Pasillos. Privados. Oficinas.

Lámparas Fluorescentes Ahorradoras De Energía Eléctrica.

Escuelas.

Edificios de oficinas. Industrias.

Hospitales.

Centros comerciales. Laboratorios.

Pasillos de circulación.

Nota: En general donde se requiera alumbrados generales y se busque el ahorro de energía durante su operación.

Lámparas De Halogenuros Metálicos.

Son ideales para la iluminación interna y externa. En el edificio inteligente se aplica para la iluminación de:

Internas

Auditorios. Salas.

Estacionamientos bajo techo. Vestíbulos.

Exterior

Monumentos. Jardines.

Fachadas a gran altura.

2.5 Lámparas fluorescentes con balastro electrónico.

Las lámparas fluorescentes producen el 70% de la luz artificial en todo el mundo. Su economía excelente y características eco-amigable hacen la primera elección para muchas aplicaciones. Las lámparas fluorescentes se combinan la eficacia luminosa con bajo consumo de energía.

(43)

menor consumo de energía eléctrica, comparadas con las lámparas incandescentes en igualdad de condiciones de iluminación.

La tecnología más antigua conocida en las lámparas fluorescentes es la del encendido por precalentamiento. De ese tipo de lámpara aún quedan millones funcionando en todo el mundo a pesar del avance tecnológico que han experimentado en estos últimos años y las nuevas variantes que se han desarrollado. Sin embargo, su principio de funcionamiento no ha variado mucho desde 1938 cuando se introdujeron las primeras en el mercado.

A continuación se mencionan cuales son las partes principales que componen las lámparas fluorescentes más elementales:

Tubo de descarga

Casquillos con los filamentos

Cebador, encendedor o arrancador (starter) Balastro (ballast)

2.5.1 Tubo de descarga.

El cuerpo o tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrica de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende, fundamentalmente, de la potencia en watt (W) que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a 25,4 mm (equivalente a una pulgada) en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar con forma circular.

[image:43.612.230.382.567.636.2]

La pared interior del tubo se encuentra recubierta con una capa de sustancia fosforescente o fluorescente, cuya misión es convertir los rayos de luz ultravioleta (que se generan dentro y que no son visibles para el ojo humano), en radiaciones de luz visible. Para que eso ocurra, su interior se encuentra relleno con un gas inerte, generalmente argón (Ar) y una pequeña cantidad de mercurio (Hg) líquido. El gas argón se encarga de facilitar el surgimiento del arco eléctrico que posibilita el encendido de la lámpara, así como de controlar también la intensidad del flujo de electrones que atraviesa el tubo.

Figura 2.7 partes de una lampara flourecente

A. Patillas o pines de contacto.

(44)

C. Filamento de tungsteno.

D. Mercurio (Hg) líquido.

E. Átomos de gas argón (Ar).

F. Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (P).

G. Tubo de descarga de cristal.

2.5.2 Balastro electromagnético

El balasto electromagnético fue el primer tipo de inductancia que se utilizó en las lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes:

Núcleo. Parte fundamental del balasto. Lo compone un conjunto de chapas

metálicas que forman el cuerpo o parte principal del transformador, donde va colocado el enrollado de alambre de cobre.

Carcasa. Envoltura metálica protectora del balasto. Del enrollado de los balastos

magnéticos comunes salen dos o tres cables (en dependencia de la potencia de la lámpara), que se conectan al circuito externo, mientras que de los balastos electrónicos salen cuatro.

Sellador. Es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el

núcleo del balasto. Su función es actuar como aislante entre el enrollado, las chapas metálicas del núcleo y la carcasa.

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

2.5.3 Funcionamiento de las lámparas fluorescentes

[image:44.612.216.398.507.619.2]

Las lámparas fluorescentes funcionan de la siguiente forma:

(45)

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

2. El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. 3. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente

eléctrico necesario para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón.

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

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

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

b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se

genere una fuerza contra electromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara.

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

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