INTRODUCCIÓN. En áreas verdes, allí donde falte la luz diurna, la luz artificial debe reemplazar al Sol, creando únicos y agradables efectos.

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INTRODUCCIÓN

Luz es confort. La buena luz hace de un espacio una vivencia. El diseño de la luz es una oportunidad y un reto para el diseñador creativo y para el constructor. El juego

artístico entre luminarias y lámparas,

y espacio interior, dá a cada recinto su propio ambiente; un estilo único.

En restaurantes, comedores y recintos de degustación, la luz despierta el apetito, ya que como se sabe, con los ojos, también se come. Y hasta la mesa mejor puesta, con los más excelentes manjares, resulta más apetitosa si ésta es resaltada con la luz adecuada.

En áreas verdes, allí donde falte la luz diurna, la luz artificial debe reemplazar al Sol, creando únicos y agradables efectos.

Los accesos, terrazas y caminos de jardín necesitan ser iluminados en forma económica. Proporcionando no sólo efectos sino también seguridad.

La luz debe ser multifuncional al igual que muchos ambientes. En salas de múltiples usos la luz puede cambiar y con ella también la impresión que produce esta sala. Las alfombras y los materiales textiles toman otro color. Las dimensiones se transforman.

La luz hace que comprar sea divertido y atractivo. La luz crea un ambiente agradable en las vitrinas al igual que en las salas de ventas. Pone de relieve a las ofertas especiales. La luz atrae a la gente.

En gimnasios, piscinas , salas de recreo, la luz es arte de vivir. Para relajarse, mejorar la condición física, la salud y buena apariencia, la luz correcta es un factor de importancia.

Una iluminación armónica crea pausas en la vida diaria para el bienestar personal.

En el hogar, la luz crea espacios, identifica a sus moradores. Satisface sus necesidades individuales y familiares. Crea espacios íntimos.

La luz permite reducir los costos. Un correcto diseño de iluminación, además del ahorro de energía eléctrica, también se puede acompañar de un larga duración de sus instalaciones y equipos. Más luz con menos calor generado por los equipos de

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iluminación, también significa menor gasto en aire acondicionado, prolongación de la vida útil y mayor rentabilidad.

JUSTIFICACIÓN

A las puertas del próximo milenio el hombre contemporáneo ha tenido que transformar su vida, aprovechando los recursos a su disposición para ser él quien controle su vida, su espacio y su tiempo, y no al contrario. Se trata, de alguna manera, de volver nuestro entorno más racional, y la iluminación inteligente hace parte de esta nueva forma de entender el mundo, porque proteger y proveer las fuentes de energía se ha convertido hoy por hoy en uno de los mayores dilemas para el hombre. Inteligencia en el control, utilización de energía y manejo de las luces es algo que hasta ahora no se ha aplicado en Colombia. La iluminación artificial es un complemento y un sustituto de la luz natural, y nos facilita la ejecución de nuestras tareas con seguridad y comodidad cuando oscurece.

El desarrollo de un sistema de iluminación alternativo surge de la disponibilidad energética de las fuentes de energía renovable es mayor que las fuentes de energía convencionales, sin embargo su utilización es más bien escasa. El desarrollo de la tecnología, el incremento de la exigencia social de utilización de energías limpias, los costos más bajos de instalación y rápida amortización, y el control que pueden realizar sobre los centros de producción las compañías eléctricas, están impulsando un mayor uso de las fuentes de energía de origen renovable en los últimos años. De igual modo, el cuestionamiento del modelo de desarrollo sostenido y su cambio hacia un modelo de desarrollo sostenible, implica una nueva concepción sobre la producción, el transporte, el diseño y el consumo de energía.

En este modelo de desarrollo sostenible, las energías de origen renovable, son consideradas como fuentes de energía inagotables, que cuentan con la peculiaridad de ser energías limpias, definidas por las siguientes características: sus sistemas de aprovechamiento energético suponen un nulo o escaso impacto ambiental, su utilización no tiene riesgos potenciales añadidos, indirectamente suponen un enriquecimiento de los recursos naturales, la cercanía de los centros de producción

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energética a los lugares de consumo puede ser viable en muchas de ellas, y son una alternativa a las fuentes de energía convencionales, pudiendo generarse un proceso de sustitución paulatina de las mismas.

En una visión global en la que la energía es un mero instrumento al servicio del desarrollo y en la que éste se encuentra ligado al bienestar, el aumento de aquella significa un incremento de éste, y por tanto, cuanto mayor sea la producción y consumo de aquella mayor será el bienestar de la sociedad que lo disfruta. Ahora bien, las sociedades industrializadas quieren disponer también de un entorno saludable, y por ello, la necesidad de desarrollar un sistema de iluminación alternativo tiene sus orígenes en este principio. Sin embargo, se siguen sin solucionar los grandes temas pendientes del agotamiento de los recursos, y de la eliminación total de los hechos que provocan la problemática ambiental⁽¹⁾

A la problemática ambiental se le suma la posición frágil de las electrificadoras en el territorio colombiano que en este momento están pasando por una serie de problemas coyunturales que afectan tanto las empresas generadoras de energía como los sistemas de interconexión nacional, lo cual causa suspensiones y cortes en el servicio repentinamente; con esto las poblaciones se ven afectadas teniendo que recurrir a sistemas de iluminación alternos que provean luz en horas de la noche; sin contar con los sobrecostos que debemos de pagar los colombianos por estos problemas. Además, dentro del mercado nacional no se consiguen sistemas de iluminación alternos diferentes a las velas, las pilas alcalinas o lámparas recargables de energía convencional (hidroeléctrica), que al final de cuentas cuando hay una suspensión del servicio prolongada, no hay forma de ser recargadas.

Cabe mencionar, que las energías alternativas se presentan como una respuesta interesante para el desarrollo de sistemas de iluminación alternativo en las casas que se encuentran alejadas de las subestaciones de distribución y por lo cual no tienen servicio energético a ninguna hora del día.

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar un sistema de iluminación que trabaje con energía alternativa, que provea de luz durante la suspención de energía eléctrica en horas de la noche, o en lugares

(1) www.unescoeh.org/manual/html/energía2.html

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donde no se dispone de la misma por estar retiradas de la estación de distribución; a un costo razonable.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Diseñar un sistema de iluminación que no sólo sirva para uso residencial durante la suspensión de energía sino que también se pueda desenvolver en otros ambientes sin alterar su entorno.

 Elaborar un sistema cuyo impacto ambiental sea bajo o en mejores condiciones nulo, o sea; elaborar un producto ambientalmente sensible.

 Utilizar tanto materiales como procesos productivos que se encuentren dentro de la región.

 Desarrollar el sistema de iluminación con un costo razonable.

1.1. LA ENERGÍA

⁽²⁾

Las tormentas, los volcanes los huracanes, etc., son fenómenos con los que se manifiesta la energía, con los que la naturaleza siempre ha asombrado a la humanidad.

De ellos se ha intentado obtener provecho, utilizando los recursos energéticos que repercuten en nuestro propio beneficio. Podemos decir que la energía solar es el origen de todas las demás, ya que el viento, la lluvia, los alimentos, los combustibles, etc., no existirían sin la energía que recibimos del sol:

(2)GOMEZ, L. Arcadio. Educación en Tecnología 1. Editorial: McGRAW Hill, Aravaca (Madrid), 1994. Pagina 8

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1.1.1 Energía muscular: la energía muscular fue durante mucho tiempo la única utilizada por la humanidad. La mayoría de los utensilios utilizados por el hombre como piedras, cuchillos, ruedas, palancas, etc., fueron accionados por este tipo de energía, propia del hombre y de los animales domésticos. En realidad este tipo de energía procede de la “energía química”, liberada por los alimentos al metabolizarse en el organismo.

1.1.2 El fuego: el hombre prehistórico descubrió que golpeando dos trozos de pedernal o frotando dos palos se producía gran cantidad de calor y luz producido por la combustión de los mismos. Su utilidad se dio en acciones como la caza (para cercar manadas de animales), la fabricación de elementos a través de las fundiciones, la agrupación de los clanes en la oscuridad, la cocción de alimentos, el calentamiento del habita, etc. A raíz de este descubrimiento se produce la primera revolución energética.

1.1.3 El agua: posteriormente al hallazgo del fuego, empezó a utilizarse el agua como medio de transporte de materiales y de personas. El mecanismo que se empleó durante muchos años fue la rueda hidráulica; que es un motor que transforma directamente la fuerza viva de una corriente de agua en movimiento giratorio al recibir el impulso de aquélla en superficies inclinadas respecto a la dirección del movimiento del agua.

1.1.4 El viento: la energía eólica ha sido la energía no muscular que durante mucho tiempo se ha utilizado para el movimiento de embarcaciones o molinos de viento. En la actualidad se emplea para la obtención de electricidad; fue utilizada por los chinos hace más de 6000 años, y más tarde los egipcios la emplearon para mover sus molinos de viento y bombear agua a sus terrenos, llegando siglos más tarde a Europa.

Actualmente los molinos de viento han sido sustituidos por unos sistemas que llevan unas aspas; la fuerza del viento produce el giro de éstas, lo que provoca a su vez la rotación de una dinamo que transforma la energía cinética de rotación en eléctrica.

1.1.5 Combustibles (no renovables): con la extracción del carbón y el descubrimiento posterior del petróleo, a partir del siglo XVIII, la gran mayoría de la energía consumida por el hombre se obtiene de los combustibles, que es una sustancia capaz de combinarse a un cuerpo oxidante con desprendimiento de energía. Los combustibles generalmente están constituidos por carbono, carbono e hidrógeno o carbono,

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hidrógeno y oxigeno. Pueden ser sólidos (carbón y leña), líquidos (petróleo, gasolina, gas-oil, fuel-oil, alcohol metílico) o gaseosos (metano, hidrógeno).

1.1.6 Electricidad: en el siglo XIX se revolucionó muy significativamente la técnica industrial con el empleo de la energía eléctrica. Esta energía se obtiene fundamentalmente a partir de las energías hidroeléctricas (alternativa) y térmicas (no alternativa). La pila de Volta y la bombilla de Edison señalan períodos de gran relevancia en el uso de la electricidad.

1.1.7 Recursos naturales: en la actualidad se aprovechan energías que parten directamente de los recursos naturales. Estas energías se obtienen fundamentalmente del sol, el vapor natural, el calor interno de la tierra, las mareas, el viento, etc., - energías renovables-.

1.1.8 Energía nuclear: en el siglo XX, la fisión de núcleos atómicos pesados y la fusión de núcleos pequeños hacen que se libere gran cantidad de energía. Mediante estos procedimientos se descubre la forma más potente de energía conocida hasta el momento, que se denomina energía nuclear, (uranio).

1.2. MARCO DE ANTECEDENTES

El tratamiento de la iluminación es otro de los ámbitos mimados y frecuentados por la actividad de diseño, puesto que en el mismo conviven algunos factores que enfatizan la fascinante dimensión de las ambiguas relaciones existentes entre lo natural y la artificial. En este complejo territorio de la luz se conjugan conceptos y disciplinas como la arquitectura, el arte, la innovación o la tecnología, lo que ha convertido en este sector uno de los más dinámicos, fértiles e interesantes de los últimos decenios.

Las primeras lamparas de incandescencia, ideadas a la mitad del siglo XIX, fueron saludadas como excentricidades científicas de escasa aplicación a la dinámica vital de la sociedad, no sólo coetánea sino también futura. La historia como en tantas otras ocasiones, se ha encargado de restar validez a las impresiones iniciales del siglo pasado y ha situado en su justo lugar la autentica revolución que supuso la iluminación

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7

artificial en el terreno de las ideas estéticas. En efecto, a partir de este descubrimiento, la visión de la ciudad y de su arquitectura ya no responde únicamente a la imagen diurna y el aprovechamiento solar. La luz se comporta como un nuevo material que, desde su paradójica naturaleza inmaterial y etérea, condiciona, transforma, desvirtúa o enfatiza la definición de formas y volúmenes en el espacio.

Durante el siglo XX, dos grandes actitudes han marcado la posición de los creadores ante el tema de la luminotecnia. El Movimiento Moderno se apropio de la luz artificial por sus inmensas prestaciones técnicas, como único sustituto posible de la claridad natural. La segunda postura adoptada frente a esta cuestión tiene su inicio en el momento en que, ante las nuevas investigaciones y descubrimientos en dicho campo, se contemplaron las posibilidades de regulación de la difusión lumínica. de esta manera, la luz adquiere la capacidad de crear atmósferas sugerentes, diversas y con un enorme contenido lírico y escenográfico que la convierte en un componente más de las técnicas de caracterización de espacios.

La experimentación formal y conceptual en este ingente campo de estudio se ha traducido en la invención de nuevos y sofisticados sistemas de difusión lumínica. La principal contribución a la manipulación de ambientes internos por medio de la utilización de la luz se produjo a partir del descubrimiento de las bombillas de bajo voltaje, las halógenas, dicroicas, los reguladores de intensidad y las múltiples posibilidades de fibra óptica, aplicados a las tipologías más frecuentadas: lámparas de suspensión, de pie, de sobremesa y apliques murales o de techo. Las distintas variables morfológicas y la incorporación de materiales de gran expresividad (especialmente el aluminio fundido) han animado de manera espectacular la dinámica creativa en este ámbito.

En el panorama del diseño contemporáneo, no obstante se debe apreciar una desigual evolución en los distintos planos que configuran la actividad luminotécnica. Así, durante la época correspondiente a los inicios de la segunda mitad del siglo XX, la creación de lámparas y luminarias presentaba un alto grado de innovación en el terreno ideológico, que no se acompañó de una investigación paralela en el sector tecnológico.

Así, los modelos domésticos se construían mediante materiales y técnicas de gran simplicidad, ajenos a la introducción de novedades en otros ámbitos como los servicios públicos o la aeronáutica: vidrio soplado, hojas plegadas y pantallas de geometría elemental y estampados convencionales fabricadas a partir de PVC. Este estancamiento también puede extenderse en el campo del mobiliario, con menores

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8

posibilidades de transformación debido a sus severas propiedades volumétricas y proporcionales.

No obstante, durante la década de los noventa las innovaciones tecnológicas han penetrado en ámbitos de mayor proximidad como el doméstico. Esta evolución se ha hecho perceptible en la estructura y composición de lámparas pero, sobre todo, en los materiales. Así, durante los decenios precedentes se utilizaron metales fundidos y vidrio estampado, componentes elementales que están dejando paso al uso masivo de materiales plásticos (especialmente los tecnopolímeros), la fibra de carbono, componentes metálicos de uso muy especifico o, incluso, el vidrio elástico comprimido.

Asimismo, se emplea el policarbonato en sus dos modalidades (serigrafiado o mórbido y traslúcido), que retorna como sustituto del poliuretano termoplástico empleado hasta hace poco tiempo.

La incorporación masiva de materiales y tecnologías es producto de la concientización por parte de una industria que, a partir de pequeñas empresas con gran visión de futuro, pretende ofrecer una cuidada evolución tecnológica de sus productos. Así, el empleo de mecanismos derivados de la electrónica (que aumenta la versatilidad de uso y permite reducir el precio de las piezas), el alto grado cualitativo de la efectividad lumínica y la contención del consumo energético son los factores que más han influido en la recuperación de este importante sector. Esta evolución ha cristalizado en una tendencia más o menos generalizada que podría denominarse la superlampada technological style. ⁽³⁾

Con este sintagma no se define una determinada corriente estilística o morfológica, sino que se constata el resultado actual de una serie de transformaciones y adelantos en el campo estructural y tecnológico que permiten al diseñador enfrentarse a sus proyectos sin excesivas preocupaciones de esa índole. A este proceso de modernización, sin embargo; no ha acompañado una evolución consecuente en el plano tipológico formal. Las innovaciones se han destinado al perfeccionamiento y adaptación de unos modelos y esquemas morfológicos ya establecidos y avalados por la tradición, sin que se puedan delimitar unas determinadas actitudes o corrientes estéticas.

Sin embargo, ante la avalancha de recursos tecnológicos que han cristalizado en esa postura eminentemente mecanista y pragmática, se ha impuesto en los inicios de la década de los noventa la necesidad de recuperación de varios aspectos que tienden a

(3)REDEMACHER, Sabina. El Mueble de Diseño. Primera edición: editorial Atrium Internacional S.A. Barcelona 1998

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la humanización de la luminotecnia: la memoria histórica, la poética del objeto y su esencia decorativista.

Ante esta revitalización de propuestas historicistas, los diseñadores actuales han apostado por una actitud intermedia y equilibrada en la que se rechazan los excesos derivados tanto de un anocrismo evocador como de la pura exaltación tecnológica. En esa posición imparcial, los autores persiguen superar la vacuidad de contenidos ideológicos propia de la creación actual, introduciendo matices y gestos de tensión ambiental. De esta manera, las luminarias de la actualidad investigan en los repertorios más variados de materiales constructivos y en los estilos más diversos, logrando una soltura y autonomía total para definir una estética creativa vanguardista, sin los prejuicios de la tradición y libres de influencias ajenas.

En forma de conclusión, las lámparas moderna se adaptan a las formas simples, buscan la sencillez absoluta y reducen sus componentes. Limitan su volumen visual, al tiempo que incrementan sus aportaciones tecnológicas, pues cada día resultan más frecuentes los modelos capaces de variar sus posiciones y sus intensidades de manera especialmente flexible. Decoran con su discreta presencia cualquier rincón, sin resultar excesivas ni ostentosas.

1.3. MARCO CONCEPTUAL

La producción de energía trae consigo la consecuencia inevitable de una perturbación ambiental. Ya sea que consideremos la destrucción de bosques para suministrar madera a las personas del mundo en desarrollo, o la contaminación atmosférica que acompaña la generación de electricidad en plantas que usan carbón como combustible, los problemas ambientales crecen a medida que las necesidades de energía aumentan.

Por ello, las energías alternativas o renovables se muestran de cara al futuro para suministrar la energía necesaria para satisfacer la demanda creciente con la población;

a continuación se mostrara una tabla donde se enuncian sus características y sus principales ventajas y desventajas:

Tabla N° 1 : Características, ventajas y desventajas de las energías alternativas

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ENERGÍA SOLAR

Como fuente de energía, el Sol posee una larga vida de virtudes. Ante todo, la energía solar es abundante, limpia y no ocasiona contaminación. Y a diferencia de los combustibles fósiles que se han acumulado a través de centenares de millones de años y que ya se acerca a su fin, dentro de algunas décadas (en el caso del petróleo y el gas), o de algunos siglos (en el caso del carbón), la energía que irradia el Sol es casi inagotable. Su rendimiento depende de numerosos factores, como son el grado de nubosidad, el coeficiente de enturbamiento atmosférico, el contenido de vapor de agua, las montañas, la vegetación, los edificios y otros parámetros que suelen expresarse en distintas estadísticas de frecuencia, mensuales y horarias.

VENTAJAS DESVENTAJAS

No ocasionan contaminación Altos costos de las células solares

Necesitan un mantenimiento mínimo. Su rendimiento depende de numerosos factores.

Ya se han desarrollado sistemas de iluminación con

esta energía. Para poder generar una producción significativa de

electricidad mediante la energía solar, se requiere instalar un numero grande de células solares.

Se ha hecho grandes contribuciones en la

investigación de este tipo de energía. La tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, es todavía incipiente.

Tiene aplicaciones en distintos campos (navegación, vehículos, cocinas, satélites, entre otras).

A pesar de disponer de numerosos documentos meteorológicos muy detallados, no es posible expresar numéricamente con seguridad plena las condiciones futuras de la radiación solar.

El tamaño de la instalación puede ser variables,

según la potencia de los aparatos a instalar. Tiene un alto costo de obtención.

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ENERGÍA EÓLICA

El potencial de la energía eólica se estima en veinte veces superior al de la energía hidráulica. Está adquiriendo cada vez mayor implantación gracias a la concreción de zonas de aprovechamiento eólico y a una optimización en la utilización de nuevos materiales en las máquinas: aerogeneradoras.

No ocasiona contaminación al medio ambiente, es una energía limpia ya que no tiene productos secundarios.

Posee grandes desventajas para la producción de energía eléctrica, ya que cada aerogenerador posee una ineficiencias inherentes que obliga a quien la diseña a aumentar su tamaño para lograr una potencia determinada y, consecuentemente, aumenta también su costo.

Los precios de obtención están bajando

considerablemente. El viento no presenta la misma intensidad en todas las regiones.

Se ha desarrollado investigaciones profundas

alrededor de este tipo de energía. Produce contaminación y visual y acústica.

Hay nuevos desarrollos que se sustentan fundamentalmente en la incorporación de nuevos materiales en el diseño de las aspas y la torre.

Puede provocar la muerte de aves, además de la erosión del terreno circundante.

Hay mejores conocimientos de aerodinámica, innovación en generadores eléctricos y sistemas de regulación y control electrónica computarizada que permite al aerogenerador “seguir” al viento en su fluctuación constante, para que entregue energía en su punto optimo.

Para poder generar una producción significativa de electricidad con aerogeneradores, se requiere instalar un número grande de ellos en agrupaciones llamadas parques eólicos.

No hay un manejo de las cargas del sistema en el que se controla la demanda de baja prioridad cuando no hay viento suficiente.

No hay incorporados sistemas de almacenamiento o payo que resuelven las flutuaciones cortas, al tiempo que suministran la energía necesaria.

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El territorio colombiano es muy montañoso.

LA BIOMASA

Es la energía contenida en la materia orgánica y que tiene diversas formas de aprovechamiento, según se trate de materia de origen animal o vegetal. Sólo en materia vegetal, se estima que se producen anualmente doscientos millones de toneladas. El principal aprovechamiento energético de la biomasa es la combustión de la madera, que genera contaminación atmosférica y un problema indirecto de desertización y erosión, salvo que se realice una planificación forestal correcta. Los desechos orgánicos también son utilizables mediante transformaciones químicas principalmente, siendo las más conocidas las aplicaciones de digestores anaeróbicos para detritus orgánicos y la producción de biogás procedente de residuos sólidos urbanos. Sin embargo, la creciente innovación tecnológica de materiales y equipos está afianzando nuevos sistemas de aprovechamiento de los residuos ganaderos y forestales, y consolida un esperanzador futuro en la línea de los biocombustibles, de modo que se pueda compatibilizar una agricultura sostenible con un diseño de producción energética que respete el entorno^.

Como recurso energético para países tropicales como Colombia, por su ubicación en la zona ecuatorial, se ven especialmente favorecidos por la intensidad de la radiación recibida. Esto representa una gran ventaja para la explotación del recurso con fines energéticos, pero por desgracia aún no ha sido aprovechada.

No hay aplicación del biogás en sistemas de iluminación.

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Representa una solución viable y ecológica para el

desecho de los grupos concentrados de población Lograr dar una buena educación hacia el consumidor, la sustitución de hábitos y costumbres que generan de forma consciente o inconsciente desechos, la participación individual en la recuperación selectiva, etc.

En la actualidad existen granjas o explotaciones agrarias capaces de autoabastecerse de energía aprovechando el biogás que generan.

Bien sea biodigestores o cámaras de calentamiento;

se necesita un buen espacio para su adaptación, además no se cuenta con los costos de fabricación, cimentación y conducción de la energía producida, haciendo que esta energía sea mas recomendable para zonas rurales alejadas

Costos más bajos de construcción. No se necesita acero que es escaso y caro, particularmente en el campo.

Los microorganismos que participan en la producción del metano tienen una actividad óptima entre 20° y 30°C. a temperaturas más bajas la producción del gas se reduce.

Como no hay piezas móviles, los costos de mantenimiento y desgastes son casi insignificantes.

Es fácil de mantener una temperatura adecuada ya que toda la estructura está bajo tierra.

ENERGÍA MAREMOTRIZ

Este tipo de energía se consigue gracias a las variaciones en el nivel del mar, es decir, de las mareas. Se construye una presa en los estuarios que permite retener el agua cuando la marea alcanza su nivel mas alto, en estos lugares el mar no es capaz de alcanzar desniveles de entre 7 y 10 metros.

La producción de energía que se consigue es bastante considerable, ya que se obtiene a través de una planta de funcionamiento, y podría abastecer a un gran numero de población.

Es un sistema de producción de energía poco utilizado actualmente, porque supone una inversión inicial muy alta, y en ocasiones los posibles problemas sociales y medioambientales pueden desaconsejar su construcción.

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Es muy poca la información que se tiene sobre este tipo de energía.

Estos cambios bruscos sobre las mareas no se da por igual en todos los territorios.

ENERGÍA HIDROELÉCTRICA

Es la energía potencial que impulsa el agua en su trayectoria desde las montañas al mar, puede ser capturada y transformada en energía eléctrica mediante los embalses. Esta agua retenida sirve para nuestro uso personal, para la agricultura la ganadería y la industria. Cuando se abren la compuertas del embalse, el agua liberada impulsa unas turbinas que mueven una dinamo, la cual transforma la energía mecánica en energía eléctrica.

En la actualidad es la energía mas utilizada en todo el territorio colombiano.

Constituye una barrera arquitectónica para la fauna y la flora de la zona.

No contamina. Puede alterar sensiblemente los ecosistemas e

incluso el microclima.

No requiere de mucho mantenimiento después de su instalación.

Favorece la cimentación e impide que parte de los nutrientes sean arrastrados de forma natural a partir del embalse.

Cada una de las empresas de generación de este tipo de energía en Colombia se están viendo afectadas por problemas de orden social.

Su recurso es el agua, en el cual se ve un agotamiento paulatino debido a distintos problemas, como las sequías y la contaminación por parte de aguas negras y núcleos de población.

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ENERGÍA GEOTÉRMICA

A medida que se profundiza en el subsuelo la temperatura aumenta, por término medio, un grado centígrado por cada 33 metros de profundidad (grado geotérmico).

Existen zonas en el globo terrestre en las que la temperatura aumenta con mayor rapidez (regiones volcánicas), de forma que se alcanzan grandes temperaturas a relativamente poca profundidad. Si un acuífero subterráneo se encuentra próximo a estas zonas, es posible que éste surja de forma natural en forma de vapor de agua (geiser) o emanaciones de agua caliente, aunque también puede quedar ocluido en el interior de la Tierra por no encontrar una salida al exterior.

Su producción serviría para abastecer una núcleo

de población. Al igual que la energia maremotriz, es un sistema de

producción de energía poco utilizado actualmente, porque supone una inversión inicial muy alta, y en ocasiones los posibles problemas sociales y medioambientales pueden desaconsejar su construcción.

Los recursos geotérmicos mundiales sólo son aprovechables en una pequeña parte, pero lo suficientemente grande como para poder hablar de una fuente energética renovable de gran magnitud.

La existencia de zonas a elevada temperatura a profundidades asequibles y la existencia cerca de ellas de rocas porosas capaces de retener agua. NO SE DA POR IGUAL.

Se puede afirmar que la única forma de la energía geotérmica que ha sido comercialmente desarrollada hasta la fecha pertenece a la categoría de los sistemas hidrotérmicos. Ni los sistemas geopresurizados ni los de roca seca caliente parecen tener posibilidades de explotación comercial a una escala significativa en las próximas décadas.

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Los recursos geotérmicos de alta temperatura son muy escasos comparados con los de baja temperatura, e incluso estos últimos son claramente insuficientes para pensar que la participación geotérmica en el contexto energético permita la sustitución de las fuentes energéticas tradicionales, pero sí puede ser importante para paliar las necesidades de energía de una región determinada.

CRITERIOS SOLAR EÓLICA BIOMAS

A MAREMOTRI

Z GEOTERMIC

A HIDROELÉCTRI CA

Investigación

desarrollada 3 3 2 1 1 3

Uso actual en sistemas de

iluminación 3 0 0 0 0 3

Cantidad del

recurso 3 2 3 2 2 2

Contaminación 3 3 3 3 3 2

Rendimiento 2 2 2 1 1 2

Fluctuación del

recurso 2 2 3 1 1 2

Factores climáticos

adversos 2 1 3 2 3 2

Distancia de

distribución 3 1 2 0 0 0

Espacio requerido 3 0 1 0 0 0

TOTAL 24 14 19 10 11 16

Como se vio anteriormente, la energía solar es la más apta para ser aplicada a sistemas de iluminación para uso residencial.

¿Cómo se tomo el puntaje de los criterios?

CRITERIOS PUNTAJES DE EVALUACIÓN

NULA POCA REGULAR MUCHA

Investigación desarrollada 0 1 2 3

Tabla N° 2: cuadro de selección de la energía alternativa

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Uso actual en sistemas de

iluminación 0 1 2 3

Cantidad del recurso 0 1 2 3

Rendimiento 0 1 2 3

Contaminación 3 2 1 0

Espacio requerido 3 2 1 0

Fluctuación del recurso 3 2 1 0

Factores climáticos adversos 3 2 1 0

Distancia de distribución 3 2 1 0

Espacio requerido 3 2 1 0

CUADRO DE SELECCIÓN DE LA ENERGÍA ALTERNATIVA

SOLAR 25%

HIDROELÉCTRICA 17%

BIOMASA 20%

EÓLICA MAREMOTRIZ 15%

11%

GEOTERMICA 12%

figura N°1: Cuadro de selección de la energía alternativa

1.4. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

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En el mercado Colombiano no hay en la actualidad sistemas de iluminación solares, que ofrezcan una solución técnica viable en el instante en que por distintas causas se suspenda el suministro de energía convencional, además de ser independiente de éste tipo de energía, y que al mismo tiempo se encuentre acorde con la realidad industrial de la región y el nivel económico de sus habitantes.

1.5. ANÁLISIS DEL PROBLEMA

La iluminación de uso residencial, obtiene su energía de una forma renovable, la hidroeléctricidad y de una energía convencional, la termoelectricidad. De todas las formas de producción de energía, la hidroeléctrica es quizá la menos dañina para el ambiente, en el sentido en que rara vez se producen efectos químicos. Los efectos principales son consecuencia de cambios a la región local debido a inmersión de tierras, pérdida de hábitat animal y modificaciones de la hidrología local, por ejemplo, la alteración de las características del flujo del río y aguas freáticas.

Sin embargo, este tipo de energía posee otros problemas inherentes para un funcionamiento regular:

1.5.1. La deuda que tiene el gobierno por más de $9.000 millones con las electrificadoras, lo que conlleva a un paro indefinido por las mismas dejando por lo menos el 25% del país en penumbras.

1.5.2. El alza notificada por el Ministerio de Minas y Energía; el hecho tiene un responsable directo: los crecientes sobrecostos que han tenido que soportar las

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empresas del sector, como consecuencia del recrudecimiento de las acciones terroristas contra su infraestructura.

1.5.3. Dentro del mercado nacional no existen hasta el momento sistemas de iluminación independientes que funcionen con energía solar, lo cual hace que la persona que quiera obtener alguna de estas luminarias tenga la necesidad bien sea de importarla del mercado internacional o comprar todo un sistema de paneles solares que a la final tienen un mejor provecho si se logra obtener de ellos una producción de energía significativa, de forma tal que no solo sirva para sistemas de iluminación sino para usos de otros sistemas eléctricos. Sin embargo estos sistemas son demasiado costosos:

OFERTA DE PLANTAS SOLARES GENERADORAS DE ENERGÍA ELECTRICA

“Empresa Solar LTDA”

PLANTA ECO-51-1

Cantidad Detalle Vr Unit Vr Total

1 Panel solar de 55 Watt 1.030.000 1.030.000

1 Regulador de voltaje 195.000 195.000

1 Batería de 50 A/h

solar 240.000 240.000

4 Lamparas de 12 V – 20

W 50.000 200.000

INVERSIÓN 1.665.500

PLANTA ECO-55-2

solar 240.000 240.000

W 50.000 200.000

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20

PLANTA ECO-55-3

1 Batería de 95 A/h solar 295.000 295.000 8 Lamparas de 12 V – 20

W 50.000 400.000

PLANTA ECO-55-4

solar 521.859 521.859

W 50.000 400.000

1.5.5 Se buscan cada vez en mayor proporción sitios hidroeléctricos remotos, muchas veces en áreas silvestres, causando destrucción de los bosques naturales, creadores de fuentes hídricas, ocasionando la desaparición de manantiales que con la ocurrencia de otros, forman fuentes superficiales de gran valor económico y vital para la supervivencia del ser humano y su alimentación, alterándose de forma grave la cadena alimenticia por ende, la fauna regional.

1.5.6 El agotamiento del recurso hídrico por uso indiscriminado del mismo al igual de la contaminación que recibe de empresas y núcleos de población residentes dentro de la ciudad.

1.5.7 Se ha pronosticado el consumo de energía eléctrica se duplicará entre 1985 y 2060. Tan solo la incertidumbre en cuanto a necesidades de energía será para entonces mayor que el consumo mundial total del 2000. ⁽⁴⁾

(4)HENRY, J. Glynn y HEINKE, Gary W. Ingeniería Ambiental. Segunda edición en español. Méjico: Prentice Hall y Pearson, 1999. Pagina 60

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1.5.8 El ciclo de la actividad solar que se produce por la emergencia de flujo magnético a través de la fotosfera, constituyendo un ciclo de manchas una de sus manifestaciones. El campo magnético general del Sol; de intensidad muy débil, tiene naturaleza poloidal; a diferencia del campo magnético de las manchas. Los grupos de manchas, generalmente bipolares, aparecen en la superficie del astro con una alineación este-oeste; esa disposición sugiere que su campo magnético posee carácter toroidal. La intensidad de este campo multiplica por mil la intensidad del campo magnético del sol. En cada nuevo ciclo de manchas, la polaridad magnética de los grupos se invierte y; con ellos, se pone de manifiesto la existencia de un ciclo magnético de unos 22 años. Algunos científicos aseguran que el ciclo ya empezó y que para los años comprendidos entre 2001 y 2003 se recibirá una mayor cantidad de radiación solar, lo cual va a causar emergencia entre la sociedad; tal ves por la sequías prolongadas que se pueden presentar.⁽⁵⁾ (Ver anexo A)

1.6. ENERGÍA SOLAR

Cuando se habla de energía solar hay que tener en cuenta algunas características inherentes a ésta; como son:

Cuando se hace referencia a la energía solar, se trata de la radiación que proviene del sol y es aprovechada directamente por una serie de equipos o dispositivos diseñados específicamente para convertir la radiación solar en calor (fototérmicos) o en electricidad (Fotovoltaicos).

La radiación solar sobre la superficie terrestre se presenta en dos formas:

 Radiación directa: que no tiene cambios en su dirección desde el sol.

 Radiación difusa: que cambia de dirección básicamente al chocar con la nubosidad.

(5) www.sunspotcycle.com/

(22)

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Para aprovechar esta energía en los equipos de conversión eficientemente, es necesario evaluar el recurso solar en la región donde se piensan instalar, de modo que constituya un parámetro vital de diseño.

 Disponibilidad del recurso solar.

Para poder concebir una aplicación determinada de la energía solar, se requiere como información básica conocer la cantidad del recurso solar de que se dispone en el lugar.

A partir de mediciones realizadas por el HIMAT, Universidad Nacional y otros, con modelos matemáticos, se cuenta con un mapa de radiación solar para el país. Esta constituye una herramienta de vital importancia para los diseñadores e instaladores de equipos y sistemas solares, ya que a partir de un mapa de radiación solar dimensionan los equipos necesarios para obtener la energía que se requiere en el consumo esperado del usuario de la instalación. Ver figura 2:

(23)

23

RADIACION SOLAR PROMEDIO EN COLOMBIA

Figura N° 2. Radiación solar en Colombia (datos en KW-h/m²dia)

Con el fin de facilitar la posición del Sol y su observador se definen los siguientes ángulos:⁽⁶⁾

(6) OROZCO, Carlos Alberto, Manual de Energía Solar, Universidad Tecnológica de Pereira, 1991, pagina 31

(24)

24



∑

: inclinación de la superficie expuesta al Sol (pared, calentador solar o paneles solares fotovoltáicos).



L

: latitud, 4.88°≈ 5° para Pereira



W

: ángulo horario 15° por cada hora, cero al mediodía.

 Ø:

Acimut solar. Angulo entre la proyección del rayo del sol en el plano norte-sur y el sur.

 y :

es el ángulo entre la normal a la superficie vertical y el sur, -180° < Ψ < 180°, es positivo al Oeste y negativo al Este.



y =

0 si la superficie mira directamente al Sur.



y

= 90 si la superficie mira directamente al Oeste.



y

= -90 si la superficie mira directamente al Este.

 θ

_z: complemento de β. Es llamado el ángulo cenital.

 β :

altura solar,

β = π

^{/2 -}

θ

_z

(25)

25

Angulos solares (figura N° 3)

(1)Fuente: OROZCO, Carlos Alberto, Manual de Energía Solar, Universidad Tecnológica de Pereira, 1991, pagina 31

y

(26)

26

1.7. ILUMINACIÓN

⁽⁷⁾

La máxima sensibilidad del ojo humano, y por tanto la máxima sensación de luminosidad, a igualdad de intensidad energética, se produce cuando la radiación tiene una longitud de onda cercana a los 5550 Å, que correspondería a un tipo de luz amarillenta. La luz normalmente emitida por los diversos tipos de lámparas es una mezcla de muchas longitudes de onda diferentes produciendo un efecto total blanquecino, con ligeros tonos amarillentos, azulados o anaranjados, según los casos.

Cuando se habla de iluminación hay que tener en cuenta unas variables muy importantes para su diseño y desarrollo, tales como:

1.7.1 El flujo luminoso es una evaluación de la radiación que, por unidad de tiempo, actúa sobre el ojo humano (esto es, la que aproximadamente posee una longitud de onda entre 4300 Å y 6000 Å). Si se considera el flujo total que pasa a través de una superficie cerrada, en cuyo interior se encuentra la fuente luminosa, queda determinada la llamada potencia luminosa de la fuente de luz, que es una magnitud característica de dicha fuente. Si ésta es puntual y emite luz en todas las direcciones, el flujo luminoso total se reparte en un ángulo sólido de 4π estereoradianes, que, como ya se sabe, es el valor del ángulo sólido que corresponde a una superficie esférica en cuyo centro se supone la fuente (al igual que 2π es el valor de radianes del ángulo que correspondería al arco de circunferencia completa, en el caso de dos dimensiones).

1.7.2 Intensidad luminosa de una fuente es el flujo emitido por la misma por cada unidad de ángulo sólido. En el SI la unidad de intensidad luminosa, llamada candela, (símbolo cd) es una unidad fundamental, definida de forma experimental como la intensidad luminosa de una pequeña superficie de cuerpo negro radiando bajo unas ciertas condiciones estándares. La intensidad puede variar dependiendo de la dirección en que sea medida, ya que el flujo no puede ser igual en todas las direcciones posibles. La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm) que, de acuerdo

(7)CENSOLAR. Instalaciones de Energía Solar, Sistemas de Conversión Eléctrica, tomo V. Segunda edición: Progrensa. República de Argentina 1991 (todos los conceptos vistos en esta sección), paginas 166-173

1 lm = 1 cd * 1 sr

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con las definiciones de intensidad luminosa, será el producto de una candela por un estereoradian.

Si la radiación fuese monocromática con λ = 5550 Å, una potencia luminosa total de radiación de 1 W generaría un flujo luminoso de aproximadamente 683 lúmenes. Sin embargo, como normalmente la radiación está formada por ondas de longitudes diferentes, el rendimiento luminoso siempre es menor que el límite teórico de 683lm/W.

1.7.3 La iluminancia o iluminación es la relación entre el flujo luminoso y el área de la superficie que lo recibe. Esta es la magnitud que realmente mide la “luminosidad” o

“claridad” que existe en una determinada zona, o sobre un determinado objeto. La unidad SI de iluminación es el lux (símbolo lx), que corresponde a un flujo luminoso de 1 lumen repartido en 1 m² de superficie. Para hacerse a una idea de los valores de la iluminación en diversos casos, diremos que plena luz solar puede producir unos 100 000 lux, mientras que en interior de una habitación con ventanas dicho valor pudiera estar comprendido entre 500 y 1000 lux. El valor que se considerar mínimo para poder leer es de unos 100 lux. La iluminación producida por la luna llena es tan sólo de 0.2 lux. Los niveles de iluminación requeridos se ajustarán a las disposiciones vigentes en cada caso. A titulo orientativo, en la tabla 4 se recogen los valores usualmente recomendados.

Máximo Mínimo Trabajos de gran precisión (relojería, grabados,

etc.

5000 2500

Trabajos manuales normales 1000 500

Trabajos con grandes objetos, que requieren poca

apreciación de detalles 300 150

Trabajos normales de oficina (mecanografía,

lectura) 800 400

Archivos, salas de espera y similares 300 100

Aulas 750 250

Lugares determinados de vivienda (mesas, sitios de lectura, etc.)

800 300

Alumbrado ambiente de viviendas 100 50

Tabla N° 3: niveles de iluminación máximo y mínimo recomendados, en lux

(1) Fuente: enciclopedia CENSOLAR, tomo IV, sistemas de conversión de energía eléctrica pag. 169

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Cocinas 500 250

Dormitorios 250 100

Lugares de paso, garajes, etc. 100 50

Cuartos de baño 300 150

Autopista y carreteras principales 25 15

Carreteras secundarias 15 10

Otras vías 25 10

Plazas públicas 20 10

1.7.4 La eficacia luminosa de una lámpara es la relación entre el número de lúmenes que produce y el número de vatios que consume, siendo ésta la característica que más hay que valorar a la hora de elegir un modelo determinado.

1.7.5 El índice de rendimiento en color es una medida relativa del parecido de la luz que produce la lámpara con la luz natural. Un índice de 100 significaría una lámpara que imitara perfectamente la luz solar.

1.7.6 La temperatura de color de una lámpara es la que correspondería a la de una cuerpo negro que radiase luz de características lo más parecidas posible a la de la lámpara. La temperatura de color de la luz solar es igual a la de la superficie del Sol (cerca de 6000°C). Cuanto más alta sea la temperatura de color e una fuente de luz, mayor porcentaje de radiación de longitud de onda correspondiente al color azul y cuanto sea más baja sea, más proporción de luz roja contiene. Cuanto mayor sea la temperatura de color, mayor es el nivel de iluminación. Para niveles bajos es aconsejable utilizar lámparas de colores cálidos y para niveles altos, lámparas de colores más fríos.

1.7.7 Luminarias: son unidades completas de iluminación que están formadas por una lámpara o lámparas juntas con las partes diseñadas para distribuir la luz, para ubicar y proteger las lámparas, o para conectar las lámparas a la fuente de alimentación.

Están clasificadas por la CIE (Comisión Internacional de Iluminación) según el porcentaje de salida de la luz arriba y debajo de la horizontal, como sigue:

Directa 0 – 10% hacia arriba 90 – 100% hacia abajo Semidirecta 10 – 40 % hacia arriba 60 – 90% hacia abajo

Tabla N° 4: porcentaje de salida de la luz arriba y debajo de la horizontal.

(2) Fuente: Donald Fink, Manual de Ingeniería Eléctrica, sección 26 - 43

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Difusa general 40 – 60% hacia arriba 40 – 60% hacia abajo Semindirecta 60 – 90% hacia arriba 10 – 40% hacia abajo Indirecta 90 – 100 hacia arriba 0 – 10 hacia abajo

Este sistema de clasificación se aplica a todos los tipos de luminarias para iluminación general en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. Las luminarias están diseñadas para dirigir la luz y para aumentar la superficie efectiva de la fuente de ésta. Lo que disminuye la brillantez al tiempo que no absorbe más del flujo de la luz que el necesario.

1.7.8 Sistemas de iluminación. Los sistemas de iluminación son instalaciones de una o más luminarias y muchas veces se clasifican de acuerdo a su trazo o ubicación con respecto al trabajo visual u objeto iluminado: iluminación general localizada e inclinación local (suplementaria). También se clasifican de acuerdo al tipo de luminaria CIE (Comisión Internacional de Iluminación) que se utilice.⁽¹⁵⁾

1.7.8.1 Iluminación directa. Cuando las luminarias dirigen del 90% al 100% de su salida hacia abajo, forman un sistema de iluminación directa. La distribución puede variar desde difundida hasta altamente concentrada, dependiendo del material del reflector, acabado, contorno y los medios de control y blindaje que se utilicen. Las unidades de iluminación directa pueden tener la utilización más alta de todos los tipos, pero esta utilización puede reducirse en diversos grados por los medios de control de brillantez requeridos para reducir al mínimo el brillo directo. El brillo y las sombras reflejados pueden ser problemas con iluminación directa a menos que las separaciones sean muy pequeñas. Las unidades para zonas grandes también son ventajosas en este respecto.

1.7.8.2 Iluminación semidirecta. La distribución proveniente de unidades semidirectas es predominantemente hacia abajo (60 a 90), pero con una pequeña componente hacia arriba para iluminar el cielo raso y las paredes superiores. Las características son, en esencia, las mismas que para iluminación directa excepto que la componente hacia arriba tenderá a suavizar las sombras y mejorar las relaciones de iluminación del local.

1.7.8.3 Iluminación difusa general: cuando las componentes de luz hacia abajo y hacia arriba provenientes de luminarias suspendidas y montadas en la superficie

(15) FINK, Donald G. y BEATY, H.. Wayne. Manual de Ingeniería Eléctrica tomo IV. Décimo tercera edición: Mc GRAW Hill, 1996, sección 26-43

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sean casi iguales (del 40% al 60% de a salida total de la luminaria), el sistema se clasifica como difuso general. Estas luminarias distribuyen la luz más o menos en forma semejante en todas direcciones, en general en espacios que requieren visión crítica y prolongada.

1.7.8.4 Iluminación semi/indirecta: son sistemas de iluminación que emiten del 60%

al 90% de su salida hacia arriba. Las características de iluminación de éstos son similares a las de los sistemas indirectos que se verán a continuación, excepto que la componente hacia abajo muchas veces produce una iluminancia que casi iguala a la del techo. Sin embargo, si la componente hacia abajo se hace demasiado grande y no se controla debidamente, puede resultar un brillo directo o reflejado.

1.7.8.5 Iluminación indirecta: los sistemas de iluminación clasificados como indirectos son los que dirigen del 90% al 100% de la luz hacia arriba, el cielo raso y paredes laterales superiores. Su mayor ventaja es que casi todas las sombras quedan eliminadas.

El concepto inicial del diseño general de iluminación es el de producir un nivel de iluminación en luxes promedio especificada, o un plano horizontal en un local. La luz generada por las lámparas en dicho sistema se ve afectada en varias formas y reducida en forma considerable por la reflexión, difusión y absorción al incidir en reflectores y medios de transmisión de las luminarias y en cielos rasos, paredes, pisos y en objetos del local.

INTRODUCCIÓN

Luz es confort. La buena luz hace de un espacio una vivencia. El diseño de la luz es una oportunidad y un reto para el diseñador creativo y para el constructor. El juego

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